Особенности механических передач с переключающей пружиной

На рис. 3.4 показаны два типа поворотных передаточных устройств (ПУ), применяемых в механических передачах с переключающей пружиной.Обозначения углов α и βповорота звеньев ПУ соответствуют обозначениям переменных α и β на рис. 3.1.

Поворотное переключающее ПУ первого типа на рис. 3.4а является аналогом прямоходового ПУ, показанного на рис. 3.2в. Функции органа управления и толкателя выполняют приводной рычаг 1 и ось О (сечение оси О показано на рисунке в виде затемненного круга). Приводной рычаг 1 закреплен на оси О и имеет возможность поворачиваться вместе с осью. Угол α поворота рычага 1 условно ограничен затемненными прямоугольниками.

Представим, что к оси О присоединен подвижный контактный узел (ПКУ), например, с пальцевым контактом как на рис. 2.3.

В соответствии с рис. 3.1 будем считать, что положение рычага 1 и оси О с ПКУ характеризуется угловой координатойα, причем α=β. Для рассматриваемой изобразительной модели величина α увеличивается при повороте рычага 1 против часовой стрелки. Сжатая относительно своего свободного состояния переключающая пружина 2, действуя на рычаг силой F_ПП (вдоль оси пружины), создает момент М_ПП относительно оси вращения рычага. Момент М_ПП силы F_ПП зависит от угла поворота β приводного рычага. На рисунке рычаг показан в таком положении, при котором F_ПП имеет максимальное значение, а М_ПП =0. Это положение неустойчиво, т.к. любое малое отклонение от него приведет к повороту рычага до упора в крайнее правое устойчивое положение (β=α=0) или в крайнее правое устойчивое положение (β=β_К=α_К) под действием момента М_ПП, создаваемого силой F_ПП.

Механическая характеристика (МХ) ПУ в виде графика зависимости момента М_ПП, создаваемого переключающей пружиной, от угла β поворота приводного рычага показана на рис. 3.4а. Угол β₀ на графике соответствует неустойчивому положению рычага 1 при М_ПП =0. График показывает, что при повороте рычага против часовой стрелки из начального положения, при котором α=0, момент М_ПП, создаваемый пружиной, сначала противодействует перемещению рычага до того, пока не будет выполнено условие β=β₀ , а затем способствует перемещению рычага в том же направлении. Аналогичным образом действует переключающая пружина на рычаг при его повороте по часовой стрелке в направлении момента М_отк из положения β=β_К.

Характеристика управления (ХУ) ПУ показана на рис. 3.4а.

Поворотное передаточное устройство второго типа, показанное на рис. 3.4б, имеет рычажный механизм с двумя рычагами: ведущим 3 и ведомым 1. Рычаг 1 закреплен на оси (сечение оси показано в виде затемненного круга) и поворачивается вместе с ней на угол α по аналогии с рис. 3.4а. Ведущий рычаг 2 свободно поворачивается относительно оси на угол β. Углы поворота рычагов условно ограничены упорами в виде затемненных треугольников.Через переключающую пружину 2передаетсяусилие от ведущего рычага 3 ведомому рычагу 1. С помощью двух рычагов, соединенных пружиной друг с другом, создается гибкая связь между выходной переменной α передаточного устройства ПУ и входной переменной β. Для этого ПУ α≠β.Полный угол β_К поворота ведущего рычага больше полного угла α_К поворота ведомого рычага.

Механическая характеристика (МХ) ПУ в виде графика зависимости момента М_ПП силы F_ПП переключающей пружины, действующей на ведомый рычаг 1, от угла β поворота ведущего рычага 3показана на рис. 3.4б. Нижний участок графика (М_ПП<0) показывает зависимость момента М_ПП от угла поворота β ведущего рычага, когда β увеличивается от 0 до β_К. Верхний участок графика (М_ПП >0) отражает зависимость М_ПП от β, когда β уменьшается от β_К до 0. В обоих случаях знак М_ПП изменяется на противоположный, как только ведущий рычаг переходит через положение β=β₁ или β=β₂ при котором переключающая пружина сжата в максимальной степени (когда оси симметрии рычагов совпадают).

Характеристика управления (ХУ) ПУ показана на рис. 3.4б. График ХУ свидетельствует о том, что ПУ второго типа является существенно нелинейным звеном (см. п. 1.6.2) механической передачи. В такой механической передаче переключающая пружина быстро перекидывает ведомый рычаг из одного крайнего положения в другое крайнее положение (α=0 и α=α_К) при полном угловом перемещении ведущего рычага в пределах 0≤β≤β_К.

Электромагнитные приводные устройства

Электромагнит – входное устройство дистанционно

Управляемого аппарата

Электромагнитные приводы применяются в электромагнитных аппаратах контактной коммутации силовых цепей и цепей управления.

Входным устройством электромагнитного аппарата является электромагнит, который подключается к электрической цепи постоянного или переменного тока. Соответственно по обмотке катушки электромагнита постоянного тока после включения аппарата протекает постоянный ток, по обмотке катушки электромагнита переменного тока – переменный ток. Для определенности представим, что при постоянном токе полярность напряжения, приложенного к обмотке электромагнита, не изменяется, на времени включения аппарата. Ток протекает по виткам обмотки в одном направлении. Переменный ток, как это принято, будем представлять синусоидальным по форме. Переменный ток изменяет свое направление в витках обмотки с удвоенной частотой переменного напряжения электрической цепи, к которой подключена обмотка электромагнита.

Электромагнит аппарата можно представить следующим образом. Как известно, вокруг провода, по которому протекает электрический ток, образуется магнитное поле. Его представляют с помощью линий магнитной индукции, которые замкнуты и представляют собой концентрические окружности относительно провода. Направление линии магнитной индукции определяется по правилу буравчика. Если провод свернуть в виток, то линии магнитной индукции сконцентрируются внутри витка, и внутри витка сконцетрируется магнитный поток.

В электромагните (рис. 3.5) витки провода 2 размещаются на каркасе 1, образуя обмотку катушки электромагнита, которая является источником магнитодвижущей силы (МДС). Величина МДС равна произведению силы тока I, протекающего по виткам, на количество витков w. Благодаря МДС концы катушки с обмоткой становятся полюсами (N и S) электромагнита.

Линии магнитной индукции (представлены пунктирными линиями на рис. 3.5а) охватывают витки катушки, имея снаружи катушки направление от северного полюса N к южному полюсу S электромагнита. Если по обмотке катушки протекает постоянный ток I, то электромагнит является аналогом постоянного магнита. Чтобы определить расположение северного полюса у электромагнита, нужно мысленно охватить кистью правой руки катушку так, чтобы четыре пальца показывали направление тока в витках, тогда большой отогнутый палец покажет на северный полюс. При переменном токе расположение полюсов электромагнита изменяется с удвоенной частотой тока.

Электромагнитом называют также устройство (рис. 3.5б), состоящее из неподвижной катушки и подвижного якоря 3, который имеет возможность перемещаться внутри катушки вдоль ее оси. Якорь выполняют из ферромагнитного материала (электротехнической стали). Если по виткам катушки протекает ток, то якорь втягивается магнитным полем в катушку. При этом с помощью штока 4, скрепленного с якорем, от якоря может быть передано силовое воздействие F_ЭМ какому-либо объекту, например, передаточному устройству (ПУ) аппарата. Для ПУ, показанному на рис. 3.2а, шток служит толкателем, а якорь – органом управления (ОрУ), т.к. непосредственно на якорь действует электромагнитная сила тягиF_ЭМ со стороны магнитного поля, созданного катушкой электромагнита. Управление электромагнитом осуществляется по электрической цепи (ЭЦУ), к которой подключена обмотка катушки электромагнита.