Проектирование кулисных механизмов

Четырехзвенные кулисные механизмы изображены на рис. 6.

При (обычно ) кулиса 3 совершает возвратно-вращательное движение (механизм с качающейся кулисой, рис. 6а).

При (обычно ) кулиса 3 за один оборот кривошипа 1 тоже поворачивается на один оборот (механизм с вращающейся кулисой, рис. 6б).

Кулисные механизмы обладают ценным свойством - передача усилия с кривошипа на кулису (через ползун 2) происходит при нулевом значении угла давления. Во многих случаях применяют кулисные механизмы с дополнительной двухповодковой группой (шестизвенные, рис. 7,8). Широко распространены мальтийские механизмы (рис. 10), имеющие схему кулисного механизма, но только и высшей парой.

а) Проектирование шестизвенного механизма с качающейся кулисой

Дано (рис. 7): ход выходного звена (ползуна 5) H, коэффициент изменения его средней скорости при прямом и обратном ходах , расстояние между осями вращения кривошипа 1 и кулисы 3; кривошип вращается равномерно .

Из уравнения

находим угловой ход кулисы

(8)

Длина кулисы

(9)

Длина кривошипа

(10)

При определении размера b (см. рис. 7) следует ориентироваться на минимальные значения угла давления . Для этого необходимо траекторию точки D расположить так, чтобы она делила пополам стрелку h, величина которой определяется по формуле

(11)

Длина звена 4 должна быть выбрана также с учетом угла давления по формуле

(12)

(ориентировочно можно принять ).

б) Проектирование шестизвенного механизма с вращающейся кулисой

Дано (рис. 8): ход H ползуна 5, длина кривошипа 1, коэффициент изменения средней скорости выходного звена 5 ; кривошип вращается равномерно

Расстояние между осями вращения кривошипа 1 и кулисы 3 найдем по формуле

(13)

где угол

Крайние положения точки D ползуна 5 () определяются положениями точки , когда направления кулисы 3 и шатуна 4 совпадают. Так как траектория точки D пересекает ось вращения кулисы 3 в точке B, то длина кривошипа ВС

(14)

Длина шатуна 4 должна быть такой, чтобы угол давления , поэтому

(15)

Для получения меньших усилий в поступательной паре 2-3 (камень 2 - кулиса 3) желательно брать длину кривошипа 1 как можно большей, однако следует учитывать, что при этом возрастают габариты механизма.

в) Проектирование механизма с качающимся цилиндром

Такой механизм, применяемый в гидроприводах, по кинематике является кулисным (рис. 9). При переходе из одного крайнего положения в другое поршень 2 перемещается на расстояние H (ход поршня), а ведомое коромысло 1 длиной поворачивается на нужный угол . Чтобы полностью использовать цилиндр, задаются величиной коэффициента , определяемого конструктивно. Схему механизма при минимальных углах давления получим, если принять и точку B расположить на продолжении прямой . Тогда в крайних положениях (в остальных положениях )

(16)

(17)

Длина стойки (из )

(18)

Если , то можно уменьшить габариты механизма, переместив точку B в положение по дуге окружности радиусом так, чтобы в крайнем левом положении звена 1 ; в этом случав длина стойки .

Если в начале движения нужно преодолеть большую нагрузку на ведомом звене 1, то целесообразно принять , в этом случае угол давления .

г) Проектирование мальтийского механизма

Дано (рис. 10): межосевое расстояние и число пазов , креста 2, определяемое исходя из рабочего процесса машины или прибора.

При повороте кривошипа 1 на угол выходное звено 2 (крест) поворачивается на угол , затем останавливается и выстаивает в течение времени поворота кривошипа на угол ; неподвижное положение креста фиксируется специальным устройством, не показанным на чертеже.