Шарнирный четырехзвенник

 

Рассмотрим шарнирный четырехзвенник (рис.2.27), который находится в равновесии под действием заданных моментов: движущего М_дв на ведущем звене 1 и момента

сопротивления М_с на ведомом звене 3.

 

Рис.2.27

 

Если не учитывать силы тяжести звеньев, силы инерции и силы трения, то линия действия силы F₃₂ совпадает с линией шатуна 2 (при обозначении реакций между звеньями в кинематических парах первая цифра индекса обозначает номер звена, на которое действует эта реакция, вторая – номер звена, со стороны которого действует реакция. Так, F₃₂- это сила, действующая на звено 3 со стороны звена 2).

Таким образом, углом давления в шарнирном четырехзвеннике является угол ₃₂ между линией шатуна 2 и скоростью точки С, которая направлена перпендикулярно к коромыслу 3. Этот угол давления характеризует соотношение между полезной составляющей силы F₃₂, преодолевающей момент сопротивления М_с (т.е. сила F₃₂ ^. cos₃₂), и полной силой F₃₂. Вторая составляющая F₃₂^.sin₃₂ растягивает (или сжимает) ведомое звено. Из условия равновесия звена 3 М_с=F₃₂ ^. cos₃₂ ^. ₃ следует, что

F₃₂=М_с/(₃ сos₃₂)

Согласно этой формуле с увеличением угла давления для преодоления одного и того же момента сопротивления к ведомому звену требуется прикладывать большую силу. Это приводит к увеличению реакций во всех кинематических парах и, как следствие, к увеличению потерь на трение и к меньшему КПД.

При движении механизма угол давления меняется. Экстремальных значений угол давления в шарнирном четырехзвеннике достигает в положениях, когда кривошип располагается на линии стойки по обе стороны от шарнира А (рис. 2.28).

 

Рис. 2.28

 

Кривошипно-ползунный механизм

При ведомом ползуне 3 угол давления – это угол между линией шатуна и направляющей стойки (рис. 2.29,а).

Для преодоления силы сопротивления F_c вдоль шатуна должна действовать сила F₃₂. Из условия равновесия ползуна F_c=F₃₂ ^. cosследует, что F₃₂=F_c/cos₃₂. Экстремальных значений угол давления достигает, когда кривошип располагается перпендикулярно линии направляющих стойки.

При ведомом кривошипе 1 (рис. 2.29,б) углом давления ₁₂ является угол между осью шатуна 2 и перпендикуляром к кривошипу 1. При этом угол давления ₁₂ дважды за оборот кривошипа достигает значения 90⁰ и кривошип может проходить эти положения только счет кинетической энергии вращающихся масс.

 

 

Рис.2.29а,б

 

Кривошипно-кулисный механизм

В аксиальном кулисном механизме (е=0) (рис. 2.30) при ведомой кулисе угол давления во всех положениях равен нулю, т.к. реакция в поступательной паре между шатуном 2 и кулисой 3 (без учета сил трения) направлена перпендикулярно направляющей, а скорость точки В звена 3 направлена перпендикулярно звену 3, т.е. они совпадают.

В дезаксиальном кривошипно-кулисном механизме (рис.2.31) при ведомом звене 3 угол давления определяется как₃₂=arcsin е/_вс,где _вс–расстояние между точками В и С.

При больших углах давления в механизме может возникнуть самоторможение. Самоторможение – это явление, при котором ведомое звено не может быть приведено в движение, как бы велика не была приложенная к нему сила со стороны смежного подвижного звена.

При проектировании рычажных механизмов рекомендуется, чтобы при рабочем ходе угол давления не превышал:

а) при вращающемся ведомом звене: 45º - 50º;

б) при поступательно движущемся ведомом звене: 30º - 35º.

 

 

Рис.2.30 Рис.2.31