Engineering
Механизм быстрого возврата
Кривошип вращается равномерно, но ползун режет медленно, а возвращается быстро. Измените радиус кривошипа и следите за отношением времён ходов; задайте силу резания и посмотрите, как момент мотора растёт на медленном ходе, пока колесо по инерции проносит ползун через быстрый возврат.
Что происходит
Привод поперечно-строгального станка. Мотор вращает большое зубчатое колесо; палец кривошипа на нём, на расстоянии r от центра, скользит в пазу кулисы — рычага, который качается вокруг оси на d = 0,45 м ниже центра колеса. Кулиса длиной 1 м двигает ползун через палец, входящий в паз ползуна. Кулиса меняет направление качания там, где касается окружности, которую описывает палец кривошипа, sin α = r/d: на дальней стороне колеса, за π + 2α каждого оборота, палец далеко от оси качания, и ползун идёт медленно, выполняя резание; на ближней стороне, за π − 2α, он быстро возвращается. При r = 0,25 м длительности ходов относятся как 2,2 к 1, а ползун проходит 2·L·r/d = 1,11 м; при r = 0,30 м — 2,7 к 1 и 1,33 м.
Пока на рабочем ходе резец находится над заготовкой, на ползун действует сила резания: момент мотора на медленном ходе растёт — при пальце в верхней точке до F·L·r/(d + r), то есть 71 Н·м при 200 Н, — и за каждый ход сила 300 Н совершает 180 Дж работы резания на заготовке длиной 0,6 м. Тяжёлое колесо по инерции проносит ползун через обратный ход.
Модель: жёсткие колесо, кулиса и ползун; пальцы скользят в пазах без трения; мотор с ограниченным моментом держит скорость кривошипа. Вес деталей не учитывается.
Что попробовать
Следите за секундомером: медленный ход и возврат. Укоротите кривошип и сравните отношение; увеличьте силу резания и наблюдайте за моментом мотора.
Уравнения модуля
Уравнения sin α = r/d t_cut = (π + 2α)/ω, t_return = (π − 2α)/ω stroke = 2·L·r/d v_max = L·r·ω/(d ± r) τ = F·L·r/(d + r) (pin at the top)
