Ползунок-кривошипно-рычажный механизм - Slider-crank linkage - Wikipedia

Кривошипно-шатунные механизмы паровой машины с крейцкопф связь поршень и заводить.

Кривошипно-ползунковые механизмы с эксцентриситетом 0 и 1,25.

Изгибы муфты кривошипа ползуна.

А шатунно-ползунковый механизм представляет собой четырехзвенный механизм с тремя поворотными шарнирами и одним призматическим или скользящим шарниром.^[1] Вращение заводить приводит в движение линейное движение ползунка или расширение газов против скольжения поршень в цилиндре может управлять вращением кривошипа.

Есть два типа кривошипов: рядные и офсетные.

1. Рядный: ползунок установленного в линию кривошипа расположен таким образом, чтобы линия хода шарнирного соединения ползуна проходила через базовое соединение кривошипа. Это создает симметричное движение ползунка вперед и назад при вращении кривошипа.
2. Смещение: если линия хода шарнирного соединения ползуна не проходит через базовый шарнир кривошипа, движение ползуна не симметрично. Он движется в одном направлении быстрее, чем в другом. Это называется механизм быстрого возврата.

Также есть два метода создания каждого типа: графический и аналитический.

Кинематика рядного ползуна-кривошипа

Смещение конца шатуна примерно пропорционально косинус из угол вращения кривошипа при измерении от верхняя мертвая точка (ВМТ). Таким образом, возвратно-поступательное движение, создаваемое постоянно вращающимся кривошипом и шатуном, составляет примерно простые гармонические колебания:

${\displaystyle x=r\cos \alpha +l}$

куда Икс - расстояние конца шатуна от оси кривошипа, л длина шатуна, р - длина кривошипа, а α угол поворота кривошипа, измеренный от верхней мертвой точки (ВМТ). Технически возвратно-поступательное движение шатуна отклоняется от синусоидальный движение из-за изменения угла шатуна во время цикла, правильное движение, заданное Уравнения движения поршня является:

${\displaystyle x=r\cos \alpha +{\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}\alpha }}}$

Пока шатун намного длиннее шатуна ${\displaystyle l>>r}$ разница незначительна. Эта разница становится существенной в высокоскоростных двигателях, которые могут нуждаться в балансирные валы чтобы уменьшить вибрацию из-за этого »вторичный дисбаланс ".

В механическое преимущество кривошипа соотношение между усилием на шатуне и крутящий момент на валу изменяется в течение цикла кривошипа. Отношения между ними примерно:

${\displaystyle \tau =Fr\sin(\alpha +\beta )\,}$

куда ${\displaystyle \tau \,}$ крутящий момент и F сила на шатуне. Но на самом деле крутящий момент максимален при угле поворота коленвала меньше α = 90 ° от ВМТ для заданного усилия на поршне. Один из способов вычислить этот угол - узнать, когда Шатун малая (поршневая) скорость становится максимальной в направлении вниз при постоянной скорости вращения кривошипа. Скорость поршня x 'выражается как:

${\displaystyle x'=(-r\sin \alpha -{\frac {r^{2}\sin \alpha \cos \alpha }{\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}\alpha }}}){\frac {d\alpha }{dt}}}$

Например, для длины штока 6 дюймов и радиуса кривошипа 2 дюйма численное решение приведенного выше уравнения обнаруживает, что минимумы скорости (максимальная скорость движения вниз) находятся при угле поворота кривошипа 73,17615 ° после ВМТ. Затем, используя закон треугольника синуса, установлено, что угол между кривошипом и шатуном составляет 88,21738 °, а угол шатуна составляет 18,60647 ° от вертикали (см. Уравнения движения поршня # Пример ).

Когда кривошип приводится в движение шатун, проблема возникает, когда кривошип находится в верхняя мертвая точка (0 °) или нижняя мертвая точка (180 °). В этих точках цикла кривошипа сила на шатуне не вызывает крутящего момента на кривошипе. Следовательно, если кривошип неподвижен и оказывается в одной из этих двух точек, он не может быть запущен с помощью шатуна. По этой причине в паровозы, колеса которого приводятся в движение кривошипами, шатуны прикреплены к колесам в точках, разделенных некоторым углом, так что независимо от положения колес при запуске двигателя, по крайней мере, один шатун будет в состоянии приложить крутящий момент для запуска поезд.

Дизайн

Линейный ползун кривошипа ориентирован таким образом, чтобы точка поворота кривошипа совпадала с осью линейного движения. Следящий рычаг, который является звеном, соединяющим кривошип с ползуном, соединяется со штифтом в центре скользящего объекта. Считается, что этот штифт находится на оси линейного перемещения. Следовательно, чтобы считаться в соответствии кривошипно-шатунный ползун, точка поворота шатуна должна быть в соответствии с этой точкой. В Инсульт ((ΔR₄)_{Максимум}) линейного ползуна кривошипа определяется как максимальное линейное расстояние, которое ползун может пройти между двумя крайними точками своего движения. При использовании линейного ползуна кривошипа движение кривошипа и ведомых звеньев симметричный о скольжении ось. Это означает, что угол поворота коленчатого вала, необходимый для выполнения прямого хода, эквивалентен углу, необходимому для выполнения обратного хода. По этой причине рядный кривошипно-ползунковый механизм обеспечивает сбалансированное движение. Это уравновешенное движение предполагает и другие идеи. Предполагая, что шатун приводится в движение с постоянным скорость, время, необходимое для выполнения прямого хода, равно времени, необходимому для выполнения обратного хода.

Графический подход

В графический Метод проектирования рядного кривошипно-ползункового механизма предполагает использование нарисованных вручную или компьютеризированных диаграммы. Эти диаграммы нарисованы для шкала для облегчения оценки и успешного дизайна. Базовый тригонометрия, практика анализа взаимосвязи между элементами треугольника с целью определения любых неизвестных значений, может использоваться с графическим компас и транспортир рядом с этими диаграммами, чтобы определить необходимый ход или длину звена.

Когда необходимо рассчитать ход механизма, сначала определите уровень земли для указанного кривошипно-ползункового механизма. Этот уровень земли является осью, на которой расположены шарнир шатуна и штифт ползуна. Нарисуйте точку поворота шатуна в любом месте на этом уровне земли. После того, как положения штифтов установлены правильно, установите графический компас на заданную длину звена шатуна. Поместив точку компаса в точку поворота кривошипа, поверните циркуль, чтобы образовать круг с радиусом, равным длине шатуна. Этот недавно нарисованный круг представляет возможное движение шатуна. Далее нарисуйте две модели механизма. Эти модели будут ориентированы таким образом, чтобы отображались оба крайних положения ползунка. Когда обе диаграммы нарисованы, линейное расстояние между втянутым ползунком и выдвинутым ползунком можно легко измерить, чтобы определить ход ползунка-кривошипа.

Втянутое положение ползуна определяется дальнейшей графической оценкой. Теперь, когда путь кривошипа найден, переместите рычаг ползуна кривошипа в положение, которое помещает его как можно дальше от ползуна. После рисования шатун должен совпадать с первоначально нарисованной осью уровня земли. Затем из свободной точки на шатуне нарисуйте ведомое звено, используя его измеренную или заданную длину. Нарисуйте эту длину, совпадающую с осью уровня земли, но в направлении к ползунку. Несвязанный конец толкателя теперь будет в полностью втянутом положении ползуна. Далее необходимо определить выдвинутое положение ползунка. От точки поворота шатуна нарисуйте новый шатун, совпадающий с осью уровня земли, но в положении, наиболее близком к ползуну. В этом положении новый шатун должен располагаться под углом 180 градусов от втянутого шатуна. Затем нарисуйте ссылку читателя заданной длины таким же образом, как упоминалось ранее. Отцепленная точка нового ведомого теперь будет в полностью выдвинутом положении ползунка.

Теперь должны быть известны как задвинутое, так и выдвинутое положение ползунка. С помощью измерительной линейки измерьте расстояние между этими двумя точками. Это расстояние и будет ходом механизма, (ΔR₄)_{Максимум}.

Аналитический подход

Для аналитического проектирования кривошипа линейного ползуна и достижения желаемого хода необходимо определить соответствующие длины двух звеньев, кривошипа и ведомого элемента. В этом случае шатун будет называться L₂, а ссылка для читателя будет называться L₃. У всех линейных кривошипно-ползунковых механизмов ход в два раза больше длины шатуна. Следовательно, с учетом хода можно определить длину плеча кривошипа. Эти отношения представлены как:

L₂ = (ΔR₄)_{Максимум} ÷ 2

Один раз L₂ найдена длина ведомого (L₃) можно определить. Однако, поскольку ход механизма зависит только от длины плеча кривошипа, длина толкателя незначительна. Как правило, длина ведомого звена должна как минимум в 3 раза превышать длину плеча кривошипа. Это связано с часто нежелательным повышенным ускорением. урожай или вывод соединительного рычага.

Смещение кривошипно-ползунковой конструкции

Аналитический подход

В аналитический метод для проектирования кривошипно-кривошипно-смещенного механизма скольжения - это процесс, при котором геометрия оценивается для определения обобщенных отношений между определенными длинами, расстояниями и углами. Эти обобщенные зависимости отображаются в форме 3 уравнений и могут использоваться для определения неизвестных значений практически для любого смещения ползунка-кривошипа. Эти уравнения выражают длины звеньев, L₁, L₂, и я₃, как функция хода,(ΔR₄)_{Максимум}, угол дисбаланса, β, а угол произвольной прямой M, θ_M. Произвольная линия M это уникальная дизайнерская линия, которая проходит через точку поворота кривошипа и крайнее втянутое положение ползуна. Эти 3 уравнения выглядят следующим образом:

L₁ = (ΔR₄)_{Максимум} × [(грех (θ_M) sin (θ_M - β)) / sin (β)]

L₂ = (ΔR₄)_{Максимум} × [(грех (θ_M) - грех (θ_M - β)) / 2sin (β)]

L₃ = (ΔR₄)_{Максимум} × [(грех (θ_M) + sin (θ_M - β)) / 2sin (β)]

С помощью этих соотношений можно рассчитать длину 3 звеньев и определить любые связанные неизвестные значения.

Инверсия ползунка-кривошипа

Крупным планом - линейный привод обратной лопаты, который образует перевернутый ползунок.

Инверсия ползунковой цепи возникает, когда шатун или муфта рычажного механизма ползунка-кривошипа становится заземляющим звеном, поэтому ползунок соединяется непосредственно с кривошипом. Этот перевернутый ползунок представляет собой кривошипно-ползунковый рычажный механизм, который часто используется для приведения в действие шарнирного соединения в строительном оборудовании, таком как кран или обратная лопата, а также для открытия и закрытия качающихся ворот или дверей.^[2][3][4]

Ползунок - это четырехзвенная навеска что есть заводить который вращается вместе с ползунком, который движется по прямой линии. Этот механизм состоит из трех важных частей: кривошипа, который представляет собой вращающийся диск, ползунка, который скользит внутри трубки, и шатуна, который соединяет части вместе. Когда ползунок перемещается вправо, шатун толкает колесо по кругу на первые 180 градусов вращения колеса. Когда ползунок начинает возвращаться в трубку, шатун тянет колесо, чтобы завершить вращение.

Различный механизм путем фиксации разных звеньев кривошипной цепи ползуна выглядит следующим образом:

Первая инверсия

Эта инверсия достигается, когда звено 1 (наземное тело) закреплено. Заявление- Поршневой двигатель, Поршневой компрессор так далее...

Вторая инверсия

Эта инверсия достигается, когда звено 2 (кривошип) зафиксировано. Применение - механизм быстрого возврата Whitworth, Роторный двигатель, так далее...

Третья инверсия

Эта инверсия получается при звене 3 (шатун ) фиксированный. Применение - кривошипно-шатунный механизм, качающийся двигатель и т. Д.,

Четвертая инверсия

Эта инверсия получается, когда ссылка 4 (ползунок) зафиксирована. Ручной насос, маятниковый насос или Бычий двигатель, так далее.

Галерея

• 
• 

  Генератор качающейся функции Log (u) для 1

• 

  Генератор ползункового переключателя функции Tan (u) для 0

• 

  Кривошипно-шатунный механизм перевернутого типа.

• 

  Пространственный шатунно-кривошипный механизм

Смотрите также

• Кривошип (механизм)
• Кинематическая диаграмма
• Четырехзвенная навеска
• Ручной насос
• Уравнения движения поршня
• Поршневой двигатель
• Паровой двигатель с качающимся цилиндром
• Скотч-кокетка
• Крейцкопф

Рекомендации

1. Хартенберг, Р. И Дж. Денавит (1964) Кинематический синтез связей, Нью-Йорк: McGraw-Hill, онлайн-ссылка Корнелл Университет.
2. Дизайн машин 3 / е, Роберт Л. Нортон, 2 мая 2003 г., МакГроу Хилл. ISBN  0-07-247046-1
3. Мышка, Дэвид (2012). Машины и механизмы: прикладной кинематический анализ. Нью-Джерси: образование Пирсона. ISBN  978-0-13-215780-3.
4. Дж. М. Маккарти и Г. С. Со, Геометрический дизайн связей, 2-е издание, Springer 2010 г.

внешняя ссылка

• Перевернутый шатунный механизм в коллекции моделей Reuleaux в Корнельском университете
• Mechanicaldesign101.com - конспект лекций по рычажному механизму ползунка.