Ползунок кривошипно-рычажный

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найти источники:  «Скользящая и кривошипная связь»  -  новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( март 2018 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон )

Кривошипно-шатунные механизмы парового двигателя с траверсой, соединяющей поршень и кривошип .

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

Изгибы муфты кривошипа ползуна.

Слайдер кривошипно-связь представляет собой механизм , четыре линии связи с тремя книзу суставов и одной призматической или скольжения, сустава. ^[1] Вращение кривошипа вызывает линейное движение ползуна, или расширение газов против скользящего поршня в цилиндре может управлять вращением кривошипа.

Есть два типа кривошипов: рядные и офсетные.

1. Рядный: ползунок-кривошип, расположенный в линию, расположен так, чтобы линия движения 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 механизмом быстрого возврата.

Также существует два метода проектирования каждого типа: графический и аналитический .

Кинематика линейного кривошипа [ править ]

Смещение конца соединительного стержня приблизительно пропорционально косинус от угла поворота кривошипа, когда она измеряется от верхней мертвой точки (ВМТ). Таким образом, возвратно-поступательное движение, создаваемое устойчиво вращающимся кривошипом и шатуном, приблизительно представляет собой простое гармоническое движение :

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

где x - расстояние конца шатуна от оси кривошипа, l - длина шатуна, r - длина кривошипа, а α - угол кривошипа, измеренный от верхней мертвой точки (ВМТ). . Технически возвратно-поступательное движение шатуна отличается от синусоидального движения из-за изменения угла шатуна во время цикла, правильное движение, заданное уравнениями движения поршня, равно:

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

Пока шатун намного длиннее кривошипа, разница незначительна. Эта разница становится значительной в высокоскоростных двигателях, которым могут потребоваться балансирные валы для уменьшения вибрации из-за этого « вторичного дисбаланса ».${\displaystyle l>>r}$

Механическое преимущество кривошипа, отношение между силой на шатуне и крутящий момент на валу, изменяется в течение цикла кривошипа в. Отношения между ними примерно:

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

где - крутящий момент, а F - сила, действующая на шатун. Но на самом деле крутящий момент максимален при угле поворота коленвала менее α = 90 ° от ВМТ для данной силы, действующей на поршень. Один из способов вычислить этот угол - выяснить, когда скорость малого хода (поршня) шатуна становится максимальной в направлении вниз при постоянной скорости вращения кривошипа. Скорость поршня x 'выражается как:${\displaystyle \tau \,}$

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

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 треугольного синуса , можно определить, что угол между кривошипом и шатуном составляет 88,21738 °, а угол шатуна составляет 18,60647 ° от вертикали (см. Уравнение движения поршня # Пример ).

Когда кривошип приводится в движение шатуном, проблема возникает, когда кривошип находится в верхней мертвой точке (0 °) или нижней мертвой точке (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 начать движение с помощью шатуна. По этой причине в паровозах , колеса которых 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 иметь возможность приложить крутящий момент для запуска поезда.

Дизайн [ править ]

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 линейным ползуном кривошипа, точка поворота плеча кривошипа должна находиться на одной линии с этой точкой штифта. Инсульта ( (& Dgr ; r ₄ ) _макс ) из ползуна кривошипно - шатунного в линии определяется как максимальное линейное расстояние ползунок может перемещаться между двумя крайними точками его движения. При использовании линейного ползуна кривошипа движение кривошипа и ведомых звеньев симметрично.о скользящей оси . Это означает, что угол поворота кривошипа, необходимый для выполнения прямого хода, эквивалентен углу, необходимому для выполнения обратного хода. По этой причине рядный кривошипно-ползунковый механизм обеспечивает сбалансированное движение. Это сбалансированное движение предполагает и другие идеи. Если предположить, что шатун приводится в движение с постоянной скоростью , время, необходимое для выполнения прямого хода, равно времени, необходимому для выполнения обратного хода.

Графический подход [ править ]

Графический метод проектирования в линии кривошипно-ползунного механизма включает в себя использование рукописных или компьютеризированной диаграмм . Эти диаграммы нарисованы в масштабе для облегчения оценки и успешного проектирования. Базовая тригонометрия , практика анализа взаимосвязи между элементами треугольника с целью определения любых неизвестных значений, может использоваться с графическим компасом и транспортиром вместе с этими диаграммами для определения требуемой длины хода или длины звеньев.

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 кривошипа. Этот недавно нарисованный круг представляет потенциальное 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 ползуном можно легко измерить, чтобы определить ход шатуна ползуна.

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 будет ходом механизма, (ΔR ₄ ) _макс .

Аналитический подход [ править ]

Для аналитического проектирования кривошипа линейного ползуна и достижения желаемого хода необходимо определить соответствующие длины двух звеньев, кривошипа и толкателя. В этом случае плечо кривошипа будет обозначаться как L ₂ , а ведомое звено будет обозначаться как L ₃ . У всех линейных кривошипно-ползунковых механизмов ход в два раза превышает длину кривошипа. Следовательно, по ходу можно определить длину плеча кривошипа. Эти отношения представлены как:

L ₂ = (ΔR ₄ ) _макс ÷ 2

Как только L ₂ найден, можно определить длину ведомого ( L ₃ ). Однако, поскольку ход механизма зависит только от длины плеча кривошипа, длина толкателя незначительна. Как правило, длина ведомого звена должна быть как минимум в 3 раза больше длины плеча кривошипа. Это на счет для часто нежелательного повышенного ускорения выхода , или выхода, соединительного рычага.

Смещение кривошипно-ползунковой конструкции [ править ]

Положение смещенного ползунка-кривошипа определяется по формуле, аналогичной формуле для встроенной формы; используя те же буквы, что и на предыдущей диаграмме, и смещение :${\displaystyle o}$

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

Его скорость ( первая производная от его положения) может быть представлена ​​как:

${\displaystyle {\frac {-r\cos(\alpha )(r\sin(\alpha )+o)}{\sqrt {l^{2}-(r\sin(\alpha )+o)^{2}}}}-r\sin(\alpha )}$

Его ускорение ( вторая производная от его положения) можно представить в виде сложного уравнения:

${\displaystyle {\dfrac {r\sin \left({\alpha }\right)\left(r\sin \left({\alpha }\right)+o\right)-r^{2}\cos ^{2}\left({\alpha }\right)}{\sqrt {l^{2}-\left(r\sin \left({\alpha }\right)+o\right)^{2}}}}-{\dfrac {r^{2}\cos ^{2}\left({\alpha }\right)\left(r\sin \left({\alpha }\right)+o\right)^{2}}{\left(l^{2}-\left(r\sin \left({\alpha }\right)+o\right)^{2}\right)^{\frac {3}{2}}}}-r\cos \left({\alpha }\right)}$

Аналитический подход [ править ]

Аналитический метод для проектирования смещения кривошипного механизма ползуна представляет собой процесс , посредством которого треугольная геометрия оценивается с целью определения обобщенных отношений между определенными длинами, расстояниями и углами. Эти обобщенные зависимости отображаются в виде 3 уравнений и могут использоваться для определения неизвестных значений практически для любого смещения ползунка-кривошипа. Эти уравнения выражают длины звеньев L ₁ , L ₂ и L ₃ в зависимости от хода (ΔR ₄ ) _max , угла дисбаланса β и угла произвольной линии M , θ _M. Произвольная линия M - это уникальная дизайнерская линия, которая проходит через точку поворота кривошипа и крайнее убранное положение ползуна. Эти 3 уравнения выглядят следующим образом:

L ₁ = (ΔR ₄ ) _max × [ (sin (θ _M ) sin (θ _M - β)) / sin (β) ]

L ₂ = (ΔR ₄ ) _max × [ (sin (θ _M ) - sin (θ _M - β)) / 2sin (β) ]

L ₃ = (ΔR ₄ ) _max × [ (sin (θ _M ) + sin (θ _M - β)) / 2sin (β) ]

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

Инверсии слайдера и кривошипа [ править ]

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

Ползунок-кривошип - это четырехзвенная связь, которая имеет кривошип, который вращается, соединенный с ползунком, который перемещается по прямой линии. Этот механизм состоит из трех важных частей: кривошипа, который представляет собой вращающийся диск, ползуна, 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 ползун начинает двигаться обратно в трубку, шатун тянет колесо, чтобы завершить вращение.

Различный механизм с фиксацией разных звеньев кривошипной цепи ползуна выглядит следующим образом:

Первая инверсия

Эта инверсия достигается, когда звено 1 (наземное тело) закреплено. Применение - поршневой двигатель , поршневой компрессор и т. Д.

Вторая инверсия

Эта инверсия достигается, когда звено 2 (кривошип) зафиксировано. Применение - механизм быстрого возврата Whitworth, роторный двигатель и т. Д.

Третья инверсия

Эта инверсия достигается при закреплении звена 3 ( шатун ). Применение - кривошипно-шатунный механизм, качающийся двигатель и т. Д.,

Четвертая инверсия

Эта инверсия получается, когда звено 4 (ползунок) зафиксировано. Применение - ручной насос , маятниковый насос или двигатель Bull и т. Д.

Галерея [ править ]

• Генератор качающейся функции Log (u) для 1 <u <10.

• Генератор бегунок-качалок функции Tan (u) для 0 <u <45 °.

• Кривошипно-шатунный механизм перевернутого типа.

• Пространственный кривошипно-ползунковый механизм

См. Также [ править ]

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

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

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