Krzywka
Krzywka jest elementem obrotowym lub ślizgowym w mechanicznym połączeniu , używanym zwłaszcza do przekształcania ruchu obrotowego w ruch liniowy . Często jest to część obracającego się koła (np. koła mimośrodowego) lub wału (np. cylindra o nieregularnym kształcie), który uderza w dźwignię w jednym lub kilku punktach na jej torze kołowym. Krzywka może być prostym zębem, który jest używany na przykład do dostarczania impulsów mocy do młota parowego lub mimośrodowej tarczy lub innego kształtu, który wytwarza płynny ruch posuwisto-zwrotny (w przód iw tył) w popychaczu , który jest dźwignią kontakt z kamerą. Zegar krzywkowy jest podobny i był szeroko stosowany do sterowania maszynami elektrycznymi (typowym przykładem jest elektromechaniczny zegar w pralce) przed pojawieniem się niedrogiej elektroniki, mikrokontrolerów , układów scalonych , programowalnych sterowników logicznych i sterowania cyfrowego .
Wał rozrządczy
Krzywkę można postrzegać jako urządzenie, które przekształca ruch obrotowy w ruch posuwisto-zwrotny (lub czasami oscylacyjny). [ wymagane wyjaśnienie ] Typowym przykładem jest wałek rozrządu w samochodzie , który przejmuje ruch obrotowy silnika i przekształca go w ruch posuwisto-zwrotny niezbędny do obsługi zaworów dolotowych i wydechowych cylindrów .
Wykres przemieszczenia
Krzywki można scharakteryzować za pomocą ich wykresów przemieszczeń, które odzwierciedlają zmieniającą się pozycję, jaką popychacz mógłby przyjąć, gdy powierzchnia krzywki porusza się w kontakcie z popychaczem. W pokazanym przykładzie krzywka obraca się wokół osi. Diagramy te odnoszą położenie kątowe, zwykle w stopniach, do przemieszczenia promieniowego występującego w tym położeniu. Diagramy przemieszczeń są tradycyjnie przedstawiane jako wykresy z wartościami nieujemnymi. Prosty diagram przemieszczenia ilustruje ruch popychacza przy stałym wzroście prędkości, po którym następuje podobny powrót z przerwą pomiędzy nimi, jak pokazano na rysunku 2. Wzrost to ruch popychacza z dala od środka krzywki, zatrzymanie to ruch, w którym popychacz jest w spoczynku, a powrót to ruch popychacza w kierunku środka krzywki.
Powszechnym typem są siłowniki zaworów w silnikach spalinowych. W tym przypadku profil krzywki jest zwykle symetryczny i przy zwykle spotykanych prędkościach obrotowych powstają bardzo duże siły przyspieszenia. W idealnym przypadku wypukła krzywa między początkiem a maksymalnym położeniem siły nośnej zmniejsza przyspieszenie, ale wymaga to niepraktycznie dużych średnic wału w stosunku do siły nośnej. Zatem w praktyce punkty, w których zaczyna się i kończy wznoszenie, oznaczają, że na profilu pojawia się styczna do okręgu podstawowego. Jest to ciągłe ze styczną do okręgu końcówki. Podczas projektowania krzywki podano wznios i kąt przebywania θ . Jeśli profil jest traktowany jako duży okrąg podstawowy i mały okrąg wierzchołkowy, połączone wspólną styczną, dającą siłę nośną L , zależność można obliczyć, biorąc pod uwagę kąt φ między jedną styczną a osią symetrii ( φ to π / 2 − θ / 2 ), gdzie C to odległość między środkami okręgów (wymagane), a R to promień podstawy (podany), a r promień okręgu wierzchołkowego (wymagane):
- C = L / 1 - grzech φ i r = R - L grzech φ / 1 - grzech φ
Krzywka tarczowa lub talerzowa
Najczęściej używaną krzywką jest płytka krzywkowa (znana również jako krzywka tarczowa lub krzywka promieniowa ), która jest wycinana z kawałka płaskiego metalu lub płyty. Tutaj popychacz porusza się w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu wałka rozrządu. W takiej konstrukcji krzywek płytowych istotnych jest kilka kluczowych terminów: koło podstawowe , koło główne (o promieniu równym sumie promienia popychacza i promienia koła podstawowego), krzywa podziałowa, która jest krzywą promieniową wykreśloną przez zastosowanie przemieszczeń promieniowych od głównego koła we wszystkich kątach i kąt separacji płatków ( LSA - kąt między dwoma sąsiednimi płatkami krzywki wlotowej i wylotowej).
Okrąg podstawowy to najmniejszy okrąg, który można narysować na profilu krzywki.
Kiedyś powszechnym, ale obecnie przestarzałym zastosowaniem tego typu krzywek były krzywki do automatycznego programowania obrabiarek. Każdy ruch lub operacja narzędzia była kontrolowana bezpośrednio przez jedną lub więcej krzywek. Instrukcje tworzenia krzywek programujących i danych generowania krzywek dla najpopularniejszych marek maszyn były zawarte w odniesieniach inżynieryjnych jeszcze w epoce współczesnej CNC .
Ten typ krzywki jest stosowany w wielu prostych sterownikach urządzeń elektromechanicznych , takich jak zmywarki do naczyń i pralki, do uruchamiania mechanicznych przełączników sterujących różnymi częściami.
Cylindryczna krzywka
Cylindryczna krzywka lub krzywka lufowa to krzywka, w której popychacz porusza się po powierzchni cylindra. W najpowszechniejszym typie popychacz porusza się w rowku wyciętym w powierzchni cylindra. Te krzywki są zasadniczo używane do przekształcania ruchu obrotowego w ruch liniowy równoległy do osi obrotu cylindra. Cylinder może mieć kilka rowków wyciętych w powierzchni i napędzać kilka popychaczy. Cylindryczne krzywki mogą zapewniać ruchy, które obejmują więcej niż jeden obrót cylindra i generalnie zapewniają dodatnie pozycjonowanie, eliminując potrzebę stosowania sprężyny lub innego elementu utrzymującego popychacz w kontakcie z powierzchnią sterową.
Zastosowania obejmują napędy obrabiarek, takie jak piły posuwisto-zwrotne, oraz baryłki zmiany biegów w przekładniach sekwencyjnych , na przykład w większości nowoczesnych motocykli .
Szczególnym przypadkiem tej krzywki jest skok stały , gdzie położenie popychacza jest liniowe wraz z obrotem, jak w przypadku śruby pociągowej. Cel i szczegóły wykonania wpływają na to, czy to zastosowanie nazywa się krzywką, czy gwintem, ale w niektórych przypadkach nazewnictwo może być niejednoznaczne.
Cylindryczne krzywki mogą być również używane do odniesienia wyjścia do dwóch wejść, gdzie jedno wejście to obrót cylindra, a drugie to położenie popychacza wzdłuż krzywki. Wyjście jest promieniowe do cylindra. Były one kiedyś powszechne w przypadku specjalnych funkcji w systemach sterowania, takich jak mechanizmy kierowania ogniem dla dział na okrętach wojennych i mechanicznych komputerach analogowych.
Przykładem cylindrycznej krzywki z dwoma wejściami jest tokarka powielająca, której przykładem jest tokarka z rękojeścią siekiery Klotz, która tnie rękojeść siekiery do postaci kontrolowanej przez wzór działający jako krzywka dla mechanizmu tokarki.
Kamera twarzowa
Kamera twarzowa wytwarza ruch za pomocą popychacza jadącego po powierzchni dysku. Najpopularniejszy typ ma popychacz poruszający się w szczelinie, tak że uwięziony popychacz wytwarza ruch promieniowy z dodatnim pozycjonowaniem bez potrzeby stosowania sprężyny lub innego mechanizmu utrzymującego popychacz w kontakcie z powierzchnią sterową. Kamera twarzowa tego typu ma zazwyczaj tylko jedno gniazdo dla obserwatora na każdej twarzy. W niektórych zastosowaniach pojedynczy element, taki jak koło zębate, krzywka baryłkowa lub inny element obrotowy z płaską powierzchnią czołową, może oprócz innych celów pełnić funkcję krzywki czołowej.
Krzywki czołowe mogą zapewniać powtarzalny ruch z rowkiem, który tworzy zamkniętą krzywą lub mogą zapewniać generowanie funkcji z zatrzymanym rowkiem. Krzywki używane do generowania funkcji mogą mieć rowki, które wymagają kilku obrotów, aby objąć całą funkcję, iw tym przypadku funkcja generalnie musi być odwracalna , aby rowek nie przecinał się samoistnie, a wartość wyjściowa funkcji musi się różnić wystarczająco przy odpowiednich obrotach czy jest wystarczająca ilość materiału oddzielającego sąsiednie segmenty rowka. Powszechną formą jest stała krzywka prowadząca, w której przemieszczenie popychacza jest liniowe wraz z obrotem, na przykład płyta spiralna w uchwycie spiralnym . Funkcje nieodwracalne, które wymagają samoprzecięcia rowka, można zaimplementować za pomocą specjalnych konstrukcji popychaczy.
Wariant krzywki czołowej zapewnia ruch równoległy do osi obrotu krzywki. Typowym przykładem jest tradycyjny okienny skrzydłowy , w którym rygiel montowany jest na górze dolnego skrzydła, a popychacz jest hakiem na górnym skrzydle. W tym zastosowaniu krzywka służy do zapewnienia mechanicznej przewagi w wymuszaniu zamknięcia okna, a także zapewnia działanie samoblokujące, podobnie jak niektóre przekładnie ślimakowe , z powodu tarcia.
Krzywki czołowe mogą być również używane do odniesienia pojedynczego wyjścia do dwóch wejść, zwykle gdzie jednym wejściem jest obrót krzywki, a drugim promieniowe położenie popychacza. Wyjście jest równoległe do osi krzywki. Kiedyś powszechne były mechaniczne obliczenia analogowe i funkcje specjalne w systemach sterowania.
Kamera czołowa, która implementuje trzy wyjścia dla pojedynczego wejścia obrotowego, to gramofon stereo , w którym stosunkowo stały rowek prowadzący prowadzi igłę i ramię gramofonu, działając jako popychacz typu rocker (ramię) lub liniowy (gramofon z liniowym śledzeniem) oraz sam rysik działa jako popychacz dla dwóch ortogonalnych wyjść do reprezentowania sygnałów audio. Ruchy te są w płaszczyźnie promieniowej do obrotu płyty i pod kątem 45 stopni do płaszczyzny dysku (normalnie do powierzchni rowka). Położenie ramienia było używane przez niektóre gramofony jako wejście sterujące, takie jak wyłączanie urządzenia lub ładowanie następnej płyty w stosie, ale było ignorowane w prostych jednostkach.
Kamera w kształcie serca
Ten typ krzywki w kształcie symetrycznego serca służy do powrotu wałka utrzymującego krzywkę do zadanej pozycji poprzez nacisk rolki. Były używane we wczesnych modelach zegarów Post Office Master do synchronizacji czasu zegarowego z czasem Greenwich, kiedy popychacz aktywujący był automatycznie naciskany na krzywkę za pomocą sygnału z dokładnego źródła czasu.
Kamera upuszczająca ślimaka
Ten typ krzywki był używany na przykład w mechanicznych zegarach odmierzających czas, aby napędzać mechanizm przesuwania dnia dokładnie o północy i składał się z popychacza unoszonego przez krzywkę przez 24 godziny po spiralnej ścieżce, która kończyła się ostrym odcięciem, w którym obserwujący spadłby i aktywował dzienny postęp. Tam, gdzie wymagana jest dokładność pomiaru czasu, jak w zegarach z taktowaniem, były one zwykle genialnie rozmieszczone tak, aby miały popychacz rolkowy do podnoszenia ciężaru spadania przez większość jego podróży do prawie pełnej wysokości i tylko na ostatnią część jego podróży dla ciężaru zostać przejęty i wsparty przez solidnego zwolennika z ostrą krawędzią. Zapewniło to, że ciężar spadł w określonym momencie, umożliwiając dokładne wyczucie czasu. Osiągnięto to dzięki zastosowaniu dwóch krzywek ślimakowych zamontowanych współosiowo, przy czym rolka początkowo spoczywała na jednej krzywce, a końcowy stały popychacz na drugiej, ale nie stykał się z jej profilem krzywki. W ten sposób krzywka rolkowa początkowo przenosiła ciężar, aż w końcowej części biegu profil krzywki nierolkowej uniósł się bardziej niż drugi, powodując przejęcie ciężaru przez solidny popychacz.
Krzywka liniowa
Krzywka liniowa to taka, w której element krzywkowy porusza się po linii prostej, a nie obraca. Element krzywkowy jest często płytą lub blokiem, ale może mieć dowolny przekrój poprzeczny. Kluczową cechą jest to, że dane wejściowe są ruchem liniowym, a nie obrotowym. Profil krzywki może być wycięty w jednej lub więcej krawędzi płyty lub bloku, może być jedną lub większą liczbą szczelin lub rowków na powierzchni elementu lub może nawet być profilem powierzchni dla krzywki z więcej niż jednym wejściem. Rozwój krzywki liniowej jest podobny, ale nie identyczny z rozwojem krzywki obrotowej.
Typowym przykładem krzywki liniowej jest klucz do zamka bębenkowego . Kołki działają jako podążacze. Przykładem takiego zachowania jest duplikat klucza w maszynie do powielania kluczy, w której oryginalny klucz działa jak krzywka sterująca do wycinania nowego klucza.
Historia
Mechanizmy krzywkowe pojawiły się w Chinach około 600 rpne w postaci mechanizmu spustowego kuszy z wahaczem w kształcie krzywki. Jednak mechanizm spustowy nie obracał się wokół własnej osi, a tradycyjna chińska technologia generalnie w niewielkim stopniu wykorzystywała stale obracające się krzywki. Niemniej jednak późniejsze badania wykazały, że takie mechanizmy krzywkowe faktycznie obracały się wokół własnej osi. Podobnie, nowsze badania wskazują, że krzywki były używane w młotach napędzanych wodą przez drugą połowę zachodniej dynastii Han (206 pne - 8 ne), jak zapisano w Huan Zi Xin Lun. Złożone tłuczki zostały również wspomniane w późniejszych zapisach, takich jak Jin Zhu Gong Zan i Tian Gong Kai Wu, wśród wielu innych zapisów o tłuczkach napędzanych wodą. W czasach dynastii Tang drewniany zegar w napędzanym wodą urządzeniu astronomicznym, ostrogi wewnątrz napędzanej wodą kuli armilarnej, automatyczny alarm w pięciokołowym zegarze napędzanym piaskiem, figurki ze sztucznego papieru w obracającej się latarni, wszystkie mechanizmy. Chiński hodometr, który wykorzystywał mechanizm dzwonka i gongu, jest również krzywką, jak opisano w Song Shi. W książce Nongshu pionowe koło napędzanej wodą skrzyni wiatrowej jest również krzywką. Spośród tych przykładów tłuczek napędzany wodą i napędzana wodą skrzynia wiatrowa mają wewnątrz dwa mechanizmy krzywkowe. Krzywki, które obracały się w sposób ciągły i działały jako integralne elementy maszyn, były wbudowane w hellenistyczne automaty napędzane wodą z III wieku pne. Krzywka i wałek rozrządu pojawiły się później w mechanizmach Al-Jazari i Shooshtari, którzy używali ich w swoich automatach, opisanych w 1206 roku. Krzywka i wałek rozrządu pojawiły się w mechanizmach europejskich od XIV wieku. Waldo J Kelleigh z Electrical Apparatus Company opatentował regulowaną krzywkę w Stanach Zjednoczonych w 1956 roku do użytku w inżynierii mechanicznej i broni.
Zobacz też
- Ruch posuwisto-zwrotny – powtarzalny ruch liniowy w przód iw tył
- Silnik krzywkowy - silnik tłokowy, w którym tłoki napędzają wałek uruchamiany krzywką
- Tarcza sterująca - Mechanizm przełączający między ruchem posuwisto-zwrotnym a obrotowym
- Korba (mechanizm) - Prosta maszyna przenosząca ruch do lub z obracającego się wału w pewnej odległości od linii środkowej
- Mimośrodowy (mechanizm) - Okrągły dysk sztywno przymocowany do obracającej się osi z przesunięciem środka w stosunku do osi
Linki zewnętrzne
- Strony projektu krzywki Tworzy animowane krzywki dla określonych ruchów popychacza.
- Kinematic Models for Design Digital Library (KMODDL) — filmy i zdjęcia setek działających modeli układów mechanicznych na Uniwersytecie Cornell. Zawiera również bibliotekę e-booków z klasycznymi tekstami na temat projektowania mechanicznego i inżynierii.
- Wprowadzenie do mechanizmów - krzywki Klasyfikacja, nomenklatura, ruch i konstrukcja krzywek; informacje dotyczące kursu Wprowadzenie do mechanizmów na Uniwersytecie Carnegie Mellon.
- Funkcja krzywki wielomianowej z plikiem Excel VBA do zademonstrowania jej ruchu
| Kontrola władz : Biblioteki narodowe |
|---|
