Mechanizm szybkiego powrotu
Mechanizm szybkiego powrotu to urządzenie do wytwarzania ruchu posuwisto-zwrotnego , w którym czas potrzebny na przemieszczenie w suwie powrotnym jest krótszy niż w suwie do przodu. Jest napędzany przez ruchu kołowego (zwykle jakiś silnik ) i wykorzystuje system połączeń z trzema parami obrotowymi i parą ślizgową. Mechanizm szybkiego powrotu to podklasa mechanizmu suwakowo-korbowego z przesuniętą korbą.
Szybki powrót jest wspólną cechą narzędzi, w których działanie odbywa się tylko w jednym kierunku posuwu, takich jak frezarki i piły mechaniczne , ponieważ pozwala poświęcić mniej czasu na powrót narzędzia do pozycji wyjściowej.
Historia
Na początku XIX wieku metody cięcia obejmowały narzędzia ręczne i korby, które często trwały długo. Joseph Whitworth zmienił to, tworząc mechanizm szybkiego powrotu w połowie XIX wieku. Korzystając z kinematyki, ustalił, że siła i geometria obracającego się złącza wpłynie na siłę i ruch połączonego ramienia. Z inżynieryjnego punktu widzenia mechanizm szybkiego powrotu wpłynął na technologię rewolucji przemysłowej , minimalizując czas pełnego obrotu, zmniejszając w ten sposób ilość czasu potrzebnego na cięcie lub prasowanie.
Aplikacje
Mechanizmy szybkiego powrotu można znaleźć w całym przemyśle maszynowym w różnych maszynach:
- Kształtownik
- Prasa śrubowa
- Piła o napędzie mechanicznym
- Siłownik mechaniczny
- mechanizmy rewolwerowe
Projekt
Tarcza oddziałuje na siłę ramienia, które stanowi układ odniesienia dla mechanizmu szybkiego powrotu. Rama jest kontynuowana do przymocowanego pręta, który jest połączony z okrągłym dyskiem. Napędzany silnikiem dysk obraca się, a ramię porusza się w tym samym kierunku (zazwyczaj liniowo i od lewej do prawej), ale z inną prędkością. Kiedy dysk zbliża się do pełnego obrotu, ramię osiąga najdalszą pozycję i wraca do pozycji początkowej z większą szybkością, stąd jego nazwa. W trakcie cięcia ramię ma stałą prędkość. Po powrocie do położenia początkowego po osiągnięciu maksymalnego przemieszczenia poziomego , ramię osiąga największą prędkość .
Mechanizm szybkiego powrotu został wzorowany na korbie i suwaku (ramię), co widać w jego wyglądzie i działaniu; jednak korba jest zwykle napędzana ręcznie, a ramię ma taką samą prędkość przez cały obrót, podczas gdy ramię mechanizmu szybkiego powrotu powraca z większą szybkością. „Szybki powrót” pozwala na pracę ramienia z mniejszą energią podczas cięcia niż w początkowym cyklu dysku.
Specyfikacje
Podczas korzystania z maszyny wyposażonej w ten mechanizm bardzo ważne jest, aby nie zmuszać maszyny do osiągnięcia maksymalnego obciążenia ; w przeciwnym razie maszyna się zepsuje. Trwałość maszyny jest związana z rozmiarem ramienia i prędkością dysku, przy czym ramię może nie być wystarczająco elastyczne, aby poradzić sobie z określoną prędkością. Tworzenie układu graficznego mechanizmu szybkiego powrotu obejmuje wszystkie odwrócenia i ruchy, co jest przydatne przy określaniu wymiarów działającego mechanizmu. Układ określałby wymiary mechanizmu, podkreślając każdą część i jej interakcję między systemem. Te interakcje obejmowałyby moment obrotowy , siła, prędkość i przyspieszenie . Odnosząc te pojęcia do odpowiednich analiz (kinematyka i dynamika), można zrozumieć wpływ każdej części na inną.
Mechanika
Aby wyprowadzić wektory sił tych mechanizmów, należy podejść do projektu mechanicznego składającego się zarówno z analiz kinematycznych, jak i dynamicznych.
Analiza kinematyczna
Podział mechanizmu na osobne wektory i komponenty pozwala nam stworzyć analizę kinematyczną, która może znaleźć maksymalną prędkość, przyspieszenie i siłę, jaką mechanizm jest w stanie osiągnąć w przestrzeni trójwymiarowej. Większość równań związanych z ustawieniem mechanizmu szybkiego powrotu pochodzi z zasady Hamiltona .
Położenie ramienia można znaleźć w różnych momentach za pomocą podstawienia wzoru Eulera :
na różne komponenty, które zostały wcześniej określone, zgodnie z konfiguracją.
To podstawienie może rozwiązać różne promienie i składowe przemieszczenia ramienia przy różnych wartościach. Trygonometria jest potrzebna do pełnego zrozumienia analiz kinematycznych mechanizmu, w których cały projekt można przepisać na układ płaszczyzny, podkreślając wszystkie składowe wektorów.
Ważnym pojęciem do analizy prędkości krążka względem ramienia jest prędkość kątowa krążka:
Jeśli ktoś chce obliczyć prędkość, musi wyprowadzić kąty interakcji w jednym momencie, co czyni to równanie użytecznym.
Analiza dynamiczna
Oprócz analizy kinematycznej mechanizmu szybkiego powrotu dostępna jest analiza dynamiczna. Przy określonych długościach i mocowaniach ramię mechanizmu można ocenić, a następnie dostosować do określonych preferencji. Na przykład różnice w siłach działających na układ w danej chwili można przedstawić za pomocą zasady D'Alemberta . W zależności od projektu konstrukcyjnego mechanizmu szybkiego powrotu, twierdzenie cosinusów może być użyte do określenia kątów i przemieszczeń ramienia. Stosunek skoku roboczego (silnik) a skok powrotny można uprościć poprzez manipulację tymi koncepcjami.
Pomimo podobieństw między mechanizmami szybkiego powrotu, istnieje wiele różnych możliwości zarysu wszystkich sił, prędkości, długości, ruchów, funkcji i wektorów w mechanizmie.
Zobacz też
- Połączenie suwak-korba - Mechanizm przekształcania ruchu obrotowego w ruch liniowy
- Korba (mechanizm) - Prosta maszyna przenosząca ruch do lub z obracającego się wału w pewnej odległości od linii środkowej