4.7. Рычажные механизмы

Рычажные механизмы предназначены для преобразования одного вида движения в другое, чаще всего вращательного во вращательное, качательное, колебательное вдоль или вокруг оси.

Рассмотрим два вида рычажных механизмов – шарнирный че-тырехзвенный и кривошипно-ползунный.

Принципиальная схема шарнирного четырехзвенного механизма представлена на рис. 4.48.

Например, механизм, изображенный на рис. 4.48, со звеном 1, наиболее коротким из всех, называется однокривошипным, а его звенья, удовлетворяющие условию (l₁ + l₄) < (l₂ + l₃), называются: 1 – кривошип, 2 – шатун, 3 – коромысло и 4 – стойка. При вращении кривошипа 1 вокруг оси O₁ коромысло 3 совершает колебательное (качательное) движение вокруг оси О₂, шатун 2 совершает сложное плоскопараллельное движение, а стойка 4, как это ей и положено, остается неподвижной.

Аналогичный шарнирный четырехзвенник используется в рулевых трапециях колесных машин, обеспечивая больший угол поворота внутреннего колеса.

Рис. 4.48. Схема шарнирного однокривошипного четырехзвенного

механизма (стрелками показано направ­ление движения):

1 – кривошип; 2 – шатун; 3 – коромысло; 4 – стойка

На рис. 4.49 показан шарнирный четырехзвенник, у которого звенья образуют параллелограмм.

Рис. 4.49. Схема шарнирного двухкривошипного четырехзвенного механизма (стрелками показано направление движения):

1, 3 – кривошипы; 2 – спарник

Такой механизм применяется в чертежных приборах, а из силовых устройств – в локомотивах (паровозах, тепловозах) для передачи вращения от ведущих ко­лес ведомым, в том числе и нескольким. Звено 2, называемое спарником, здесь движется поступательно, заметим, что это то самое поступательное движение, частным случаем которого является прямолинейное.

Если у механизма на рис. 4.49 изменять длину звена 2 (шатуна), то вращение ведомого звена 1 или 3 (при одном из них – веду­щем) станет неравномерным.

Если с шатуном 2 или его продолжением в рычажных механиз­мах соединять различные точки, то при работе механизма на этих точках можно получать самые различные виды траекторий, даже прямую МN, как это показано на рис. 4.50.

Рис. 4.50. Схема прямила (стрелкой показано направление движения):

1 – кривошип; 2 – шатун; 3 – коромысло

Такой механизм, получивший название прямила, используется в технике для различных назначений. Первые прямила, или «выпрямляющие механизмы», были разработаны великим английским механиком Дж. Уаттом для своих паровых машин. Но наибольшего совершенства достигли прямила русского ученого-механика XIX в. П. Л. Чебышева. Они выдавали практически точную прямую линию, что у других механизмов получалось лишь с достаточным приближением.

Использование кривошипно-ползунных механизмов чрезвычайно широко распространено в двигателях внутреннего сгорания, насосах, прессах и т.д. Их можно составить из шарнирного четырехзвенника, если, например, коромысло заменить прямолинейно движущимся ползуном. На рис. 4.51 представлен такой кривошипно-ползунный механизм, где ползун 3 при вращении кривошипа 7 совершает колебательное прямолинейное движение вдоль направляющей ползуна. Таким ползуном в двигателях внутреннего сгорания, например, является поршень, а направляющей – цилиндр.

Рис. 4.51. Схема кривошипно-ползунного механизма

(стрелкой показано направление движения):

1 – кривошип; 2 – шатун; 3 – ползун

Контрольные вопросы

1. Назовите области применения и назначение рычажных передач.

2. Почему для соединения ведущих и ведомых колес локомотива применяют спарники, а не другие виды рычажных передач?

3. Можно ли в двигателях внутреннего сгорания применить вместо кривошипно-ползунного механизма прямило?