Кулисный механизм: виды, схема, рабочий принцип

Кулисная пара – это разновидность шарнирных механизмов. Она видоизменяет круговое движение в возвратно-поступательное либо наоборот. При этом вращающееся звено может выполнять не полный оборот. Тогда называют его качательным. Механизм состоит их 2-ух ключевых звеньев- кулисы и ползуна. Один конец кулисы закреплен на неподвижной оси.

Кулисный механизм

Кулиса собой представляет прямой или выгнутый рычажок с прорезью, в которой скользит конец иного рычага. Он двигается относительно кулисы прямолинейно. Кулисные механизмы бывают качающиеся, крутящиеся и прямые.

Кривошипно-кулисные механизмы могут обеспечивать большую скорость линейного перемещения исполнительных органов. Отличительным примером механизма кулисного типа служит система управления клапанами в автомобильных моторах, устройство управления реверсом парового мотора и т. д.

Применяются кулисные пары в металлообрабатывающих и станках по деревообработке, там, где рабочий орган должен выполнять многократные линейные перемещения с возвратным ходом.

Еще одна область использования- аналоговые вычислительные устройства, там кулисные пары помогают определять значения синусов либо тангенсов заданных углов.

Виды кулисных механизмов

В исходя из типа подвижного звена рычажной схемы в установках и подвижных узлах применяются такие варианты кулисных пар:

• Ползунный. Система рычагов, которая состоит из четырех звеньев. Весомые части- это кулиса и ползун с зафиксированной направляющей. Она даёт ползуну одну-единственную степень свободы, для совершения линейных перемещений. Качания кулисы превращаются устройством в линейное перемещение ползуна. Кинематическая схема обратима- возможно и обратное переустройство движения.
• Кривошипный. Кривошипно-кулисного механизм возведен по четырехрычажной кинематической схеме. Передает вращение кривошипа кулисе, также вращающейся или качающейся. Распространен в промышленных установках, к примеру — в продольно-долбежных и строгальных. Для них используют кривошипно-коромысловый механизм c вращающейся кулисой. Такая схема обеспечивает очень большую скорость прямого ходя и медлительный возврат. Применяется также в установках для упаковки.
• Двухкулисный. В кинематической четырехзвенной схеме есть пара кулис. Подается вращение или качание через переходный рычажок. Передаточное число неизменно и всегда составляет единицу. Используется в компенсирующих муфтах.
• Коромысловый. Состоит из коромысла, кулисы и связывающего их шатуна. Позволяет располагать оси симметрии зон движения, ведущего и ведомого звеньев под угол около 60°. Находит применение в автоматических линиях на производстве

Реже находит применение в ТС и отдельных измерительных приборах стоящий несколько особняком прямолинейно- направляющий или конхоидальный механизм.

Особенности конструкции

Устройство считается одним из подвидов кривошипно-шатунного механизма. Большинство кулисных пар выстроены по четырехзвенной кинематической схеме.

Третье звено определяет вид механизма: двухкулисный, ползунный, коромысловый или кривошипный.

Схема имеет как минимум две недвижымые оси и от одной до 2-ух подвижных осей.

В середине кулисы размещается прорезь, по которой передвигается подвижная ось. К ней шарнирно закреплен конец (или иная часть) ползуна, коромысла или второй кулисы.

В зависимости от соотношения длин в любой момент исполнительный орган может описывать как обычные пути (линейные, круговые или часть окружности), таки непростые в виде многоугольников или замкнутых кривых. Вид пути устанавливается законом движения кинематической пары – функцией координат исполнительного органа от поворотного угла оси, положения ползуна или от времени.

Рабочий принцип механизма

Рабочий принцип базируется на базовых законах прикладной механики, кинематики и статики, описывающий взаимное действие системы рычагов, имеющих как двигающиеся, так и недвижымые оси. Детали системы надеются полностью жёсткими, но обладающими конечными размерами и массой. Исходя из распределения масс рассчитывается динамика кулисного механизма, строятся диаграммы ускорений, скоростей, перемещений, рассчитываются эпюры нагрузок и факторов инерции компонентов.

Силы считаются приложенными к бесконечно малым точкам.

Рычажное устройство, которое имеет два подвижных элемента (кулиса и кулисный камень) называют кинематической парой, в этом случае кулисной.

Очень часто встречаются плоские схемы из четырех звеньев. Исходя из вида 3-го звена шарнирного механизма, отличают кривошипные, коромысловые, двухкулисные и ползунные механизмы. Любой из них обладает своим способом изменения вида движения, но они все применяют единый прицеп действия- линейное или вращательное перемещение рычагов под воздействием приложенных сил.

Траектория движения каждой точки кривошипно кулисного механизма устанавливается соотношением длин плеч и рабочими радиусами компонентов схемы.

Вращающееся или качающееся звено системы рычагов оказывает влияние на поступательно двигающееся звено в точке их сочленения. Оно начинает перемещение в направляющих, оставляющих этому звену лишь одну степень свободы, и двигается до той поры, пока не занимает крайнее положение. Это положение отвечает либо первому фазовому углу крутящегося звена, либо крайнему угловому положению качающегося. После чего при продолжении вращения или качании назад прямолинейно двигающееся звено начинает перемещение в обратном направлении. Обратный ход длится до той поры, пока не будет достигнуто крайнее положение, подходящее либо полному обороту крутящегося звена, либо второй граничной позиции качающегося.

После чего цикл работы повторяется.

Если кулисный механизм, наоборот, видоизменяет поступательное движение во вращательное, взаимное действие выполняется в обратном порядке. Усилие, передаваемое через сочленение от ползуна, прикладывается в стороне от оси вращения звена, обладающего возможностью поворота. Появляется вращающий момент, и вращающееся звено начинает вертется.

Плюсы и минусы кулисного механизма

Главным положительным качеством устройства служит его способность обеспечить высокую линейную скорость возвратного движения. Данное свойство нашло использование в станках и механизмах, которые по рабочим условиям имеют неженатый возвратный ход. Это в первую очередь долбежные и строгальные станки. Использование кулисно-рычажного приводного механизма дает возможность значительно повысить общую результативность применения установки, уменьшив время на непроизводительные такты.

Преимуществом двухкулисных систем, используемых в аналоговых вычислительных устройствах, служит большая надежность и стабильность их работы. Они выделяются большой стойкостью к подобным факторам окружающей среды, ка вибрации и электромагнитные импульсы. Это обуславливало их широкое использование в системах сопровождения целей и наведения вооружений.

Минусом этой кинематической схемы считается малые передаваемые усилия. Кривошипно-шатунная схема позволяет предавать во много раз высокую мощность.

Минусом аналоговых вычислительных устройств считается необыкновенная сложность либо даже невозможность их перепрограммирования. Они могут вычислять лишь одну, наперед заданную функцию. Для вычислительных систем общего назначения это недопустимо. С появлением программно- аппаратных средств цифровой техники, повышением ее надежности и стойкости к влияниям окружающей среды такие вычислительные системы будут сохранены в нишах узкоспециальных применений.

Проектирование (производство) кулисного механизма

Не обращая внимания на кажущуюся легкость устройств кулисного механизма, для того, чтобы он работал хорошо, необходимо провести немалую работу по его расчету и проектированию. При этом рассматриваются следующие главные моменты:

• продуктивность и КПД;
• цена изготовления и эксплуатации;
• устойчивость к отказам и межремонтный ресурс;
• точность действия;
• безопасность.

Взяв во внимание сложность взаимовлияния данных нюансов один на один, расчет кривошипно-кулисного механизма из себя представляет многоступенчатую итеративную задачу.

В ходе проектирования проводят такие варианты расчета и моделирования:

• расчет кинематики;
• динамический расчет;
• статический расчет.

В большинстве случаев проектирование и расчет разбивается на такие этапы:

• Обозначение необходимого закона движения расчетно-аналитическим или графоаналитическим методом.
• Кинематическое моделирование. Выполнение общего плана, скоростного плана, графическое моделирование факторов инерции, графика энерго-массовых зависимостей.
• Силовое моделирование. Построение плана ускорений, эпюр сил, приложенных к звеньям в нескольких положения.
• Синтез кулисно-рычажного механизма. Построение графиков перемещения, скорости, ускорений графико-дифференциальным методом. расчет динамики кулисного механизма и его динамический синтез.
• Проверка на соответствие закону движения. Конечное профилирование кулис.
• Проверка на соблюдение правил безопасности и охраны труда.
• Выпуск чертежей.

Расчет и проектирование кулисного механизма продолжительное время собой представлял очень трудный процесс, требовавший большого сосредоточения и внимательности от конструктора. В наши дни развитие средств вычислительной техники и программных продуктов семейства CAD-CAE значительно облегчил все рутинные операции по расчету. Конструктору достаточно подобрать подходящую кинематическую пару или звено из поставляемых изготовителем программ библиотек и задать их параметры на трехмерной модели. Есть модули, на которых достаточно отобразить графически закон движения, и система сама выберет и предложит на выбор пару вариантов кинематической его реализации.

Область использования

Кулисные механизмы находят использование в тех устройствах и установках, где требуется изменить вращение или качание в продольно- поступательное перемещение или сделать обратное переустройство.

Довольно широко они применяются в таких металлообрабатывающих станках, как строгальные и долбежные. Главное преимущество кулисно-рычажного механизма, состоит в его способности гарантировать большую скорость движения на обратном ходе. Это позволяет значительно повысить общую продуктивность оборудование и его энергетическая эффективность, уменьшив время, расходуемое на непроизводительные, холостые движения рабочих органов. Тут же находит использование кулисный механизм с изменяемой длиной ползуна. Это дает возможность самым лучшим образом настаивать кинематическую схему исходя из длины заготовки.

Механизм конхоидального типа используется в легком колесном транспорте, приводимом в действие ножной мускульной силой человека- так называемом шагоходе. Человек, управляющий машиной, имитируя шаги, по очереди нажимает на педали механизма, закрепленные на оси с одного конца. Кулисная пара видоизменяет качательное движение во вращение приводного вала, передаваемое дальше цепным или приводом карданного типа на ведущее колесо.

В аналоговых счётных машинах активно использовались говоря иначе синусные и тангенсные кулисные механизмы. Для визуализации самых разных функции в них используются ползунные и двухкулисные схемы. Подобные механизмы применялись в том числе в системах сопровождения целей и наведения вооружений. Их характерной чертой являлась необыкновенная надежность и стойкость к негативным влияниям окружающей среды (особенно- электро-магнитных импульсов) на фоне достаточной с целью решения задач точности. С появлением программных и аппаратных средств цифровой техники область использования механических аналоговых вычислителей сильно сократилась.

Еще одна значимая область использования кулисных пар- устройства, в которых необходимо обеспечить равноправие угловых скоростей кулис при сохранении угла между ними. Муфты, в которых разрешается неполная соосность валов, системы питания двигателей автомобиля, устройство реверса на паровом двигателе.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.