Engineering
Коленный пресс
Надавите на колено силой в несколько сотен ньютонов и посмотрите, как растёт усилие пресса по мере того, как выпрямляются звенья. На стали колено останавливается, не дойдя до мёртвой точки; нажмите сильнее или прессуйте дерево, и колено пройдёт мёртвую точку и запрётся — выключите привод, а пресс по-прежнему держит.
Что происходит
Два звена по 0,5 м висят на верхнем шарнире: верхнее — до колена, нижнее — от колена до ползуна, который ходит в вертикальных направляющих над образцом, установленным с зазором над нижним положением ползуна. Шток привода толкает колено вбок, к линии, проходящей через верхний шарнир и ползун. По мере выпрямления звеньев тот же нажим давит всё сильнее: когда звенья отклонены от этой линии на θ, образец воспринимает S = F/(2·tan θ) плюс вес ползуна и одного звена.
На стали (k = 5·10⁶ Н/м) с зазором 2 мм над нижним положением ползуна 300 Н останавливают колено при 3,0°, и на образец приходится 3,07 кН — выигрыш в силе в 10 раз; при зазоре 10 мм колено останавливается при 8,0° с усилием 1,29 кН. От 471 Н и выше колено проходит мёртвую точку и встаёт на упор в 2° за ней, и пресс запирается: выключите привод — сталь по-прежнему несёт 6,95 кН. Более мягкое дерево позволяет 300 Н сразу перевести колено через мёртвую точку. Работа привода в итоге переходит в упругую энергию образца и потенциальную энергию ползуна и звеньев.
Модель: жёсткие звенья, ползун и шток на вращательных шарнирах и в пазу; образец — пружина с демпфированием; привод толкает с ограниченной силой при заданной скорости. Без трения.
Что попробовать
Прессуйте сталь силой 300 Н и прочитайте усилие пресса. Поднимите нажим выше 470 Н: колено проскакивает мёртвую точку и запирается; выключите привод.
Уравнения модуля
Уравнения y_ram = T − 2L·cos θ S = F/(2·tan θ) + (m_ram + m_link)·g S = k·δ W_F = k·δ²/2 + ΔE_p
