Mechanizm dźwigni przełączającej – zasada działania
Mechanizm dźwigni przełączającej jest zasadą techniczną wykorzystywaną do generowania lub wywierania dużych sił przy stosunkowo niewielkim użyciu siły. Zasada ta jest stosowana głównie w przemyśle w celu zabezpieczenia pozycji bez stałego użycia siły – na przykład za pomocą szybkich zacisków.
Dźwignia i przenoszenie siły
Efekt dźwigni to fundamentalne zjawisko, które wyjaśnia przenoszenie siły w mechanizmach dźwigniowych. Opiera się ona na zależności między siłą wywieraną na dźwignię, odległością tej siły w stosunku do punktu podparcia i obciążeniem przenoszonym przez dźwignię.
Przenoszenie siły to proces, w którym siła wywierana na dźwignię jest przenoszona do innego punktu. Dźwignia to ciało sztywne, które może obracać się wokół stałego punktu, tak zwanego punktu podparcia. Siły mogą być przykładane do różnych punktów podparcia wzdłuż dźwigni w celu podnoszenia lub przesuwania ładunków. Siła wywierana na dźwignię jest również nazywana siłą ściskającą lub siłą rozciągającą. Siła ta jest wywierana na jednym końcu ramienia dźwigni lub w punkcie pomiędzy punktem podparcia a końcem. Wielkość i kierunek siły ściskającej określają skuteczność przemieszczania ładunku. Efekt dźwigni jest wywoływany przez różne długości ramion dźwigni po obu stronach punktu podparcia. Jeśli ramię siły jest dłuższe niż ramię ładunku, mniejsza siła może przesunąć większy ładunek. I na odwrót, jeśli ramię ładunku jest dłuższe, do przesunięcia tego samego ładunku wymagana jest większa siła.
Jak działa mechanizm dźwigni przełączającej?
Mechanizm dźwigni przełączającej to mechaniczna zasada działania, która jest często wykorzystywana w różnych zastosowaniach, takich jak mocowanie uchwytów, dociskanie lub przenoszenie ruchu. Funkcja dźwigni przełączającej opiera się na wykorzystaniu dwóch lub więcej ramion dźwigni, które są połączone ze sobą w taki sposób, że mogą tworzyć kąt zbliżony do kolana.
Dźwignia przełączająca składa się z co najmniej dwóch sztywnych ramion dźwigni o stałej długości, które są połączone ze sobą za pomocą przegubu. Mechanizm działa w taki sposób, że stała długość dźwigni wymusza ruch końców dźwigni poprzez boczny ruch przegubu łączącego. Gdy dźwignia przełączająca zostanie przesunięta poza stan prosty, może utrzymać duże obciążenia przy stosunkowo niewielkim wysiłku przy użyciu stałego ogranicznika.
Działanie mechanizmu dźwigni przełączającej opiera się na już wyjaśnionym efekcie dźwigni i przenoszeniu siły. W zależności od orientacji ramion dźwigni względem siebie, efekt dźwigni zwiększa siłę ściskającą wywieraną przez końce dźwigni wraz ze wzrostem wydłużenia dźwigni przełączającej przy stałej sile działającej na złącze. Samoblokowanie następuje przy prawie prostym położeniu dźwigni przełączającej, co oznacza, że niska siła trzymania jest już wystarczająca do pochłonięcia bardzo dużego obciążenia lub utrzymania napięcia.
Jak zbudowana jest dźwignia przełączająca?
Konstrukcja mechanizmu dźwigni przełączającej przejawia się w jego charakterystycznej zdolności do wytworzenia silnej siły zacisku lub siły trzymającej przy minimalnym wysiłku, gdy tylko mechanizm zostanie ustawiony w pozycji „nadmiernie rozciągniętej”. Oto główne elementy i sposób ich działania:
- Ramiona dźwigni: Dźwignia przełączająca składa się z co najmniej dwóch ramion. Ramiona te są połączone ze sobą, tworząc kąt podobny do ludzkiego kolana, gdy dźwignia jest używana.
- Przeguby: Ramiona dźwigni są połączone ze sobą co najmniej jednym przegubem. Przegub ten pozwala ramionom dźwigni poruszać się względem siebie. W przypadku wielu dźwigni przełączających istnieją dodatkowe przeguby, które pozwalają na większą swobodę ruchu lub określone sekwencje ruchów.
- Punkt podparcia: Punkt podparcia to stały punkt, wokół którego poruszają się ramiona dźwigni. W dźwigni przełączającej punkt podparcia może znajdować się w jednym z przegubów lub w oddzielnej części mechanizmu.
- Punkt siły: Jest to punkt, w którym siła jest wywierana na dźwignię w celu jej uruchomienia. Pozycja i rodzaj przyłożonej siły mogą się różnić w zależności od konstrukcji i przeznaczenia dźwigni przełączającej.
- Punkt obciążenia: W punkcie tym wywierane jest obciążenie lub opór. Jest to zatem punkt, w którym działa wywierana siła zacisku.
- Mechanizm nadmiernego rozciągnięcia: Kluczem do mechanizmu przełączającego jest możliwość osiągnięcia pozycji, w której ramiona dźwigni i osie łączące są ustawione prawie lub całkowicie w jednej linii. W tej pozycji, która jest często określana jako „nadmiernie rozciągnięta” lub „przekraczająca martwy punkt”, mechanizm osiąga maksymalną siłę trzymania i się stabilizuje. Do utrzymania tej pozycji wymagana jest jedynie minimalna siła.
(1) Mały kąt θ (2) Duży kąt θ (3) Kąt θ = 180° (martwy punkt)
Mechanizm nadmiernego rozciągnięcia i blokada przed martwym punktem
Jak już wspomniano, dźwignie przełączające mają mechanizm nadmiernego rozciągnięcia, który pozwala ramionom dźwigni poruszać się w pozycji nadmiernie rozciągniętej. Centralną cechą tego mechanizmu jest blokada w martwym punkcie lub mechanizm samoblokujący. To samoblokowanie odpowiada za wysoką siłę trzymania i siłę zacisku przy jednoczesnym wywieraniu minimalnej siły.
Martwy punkt w mechanizmie dźwigniowym to moment, w którym ramiona dźwigni i osie łączące tworzą linię prostą. W tej pozycji dźwignia jest najbardziej wysunięta. Martwy punkt to punkt, w którym mechanizm dźwigni przełączającej wywiera największą siłę. Stan ten jest bardzo niestabilny i opuszczają go niewielkie zmiany siły w dowolnym kierunku.
Blokada po martwym punkcie występuje, gdy mechanizm zostanie przesunięty nieco poza ten martwy punkt. W tej pozycji nadmiernego rozciągnięcia pozycji ramiona dźwigni są ustawione w taki sposób, że tworzą lekko zagięty kształt kolana. W przypadku nadmiernego przeprostu przegub kolana blokuje się automatycznie. Po osiągnięciu tej pozycji do zablokowania dźwigni potrzeba bardzo niewiele siły. Ten typ mechanizmu blokującego jest szczególnie przydatny w zastosowaniach, które wymagają silnej, stałej siły zacisku bez ciągłego wywierania siły ręcznej. Przykładami są klucze, zamki zatrzaskowe i urządzenia przytrzymujące w technologii produkcji.
Gdzie używane są dźwignie przełączające?
Mechanizm dźwigni przełączającej jest często używany w aplikacjach, które wymagają dużej siły zacisku lub siły trzymania przy minimalnej ciągłej sile nacisku. Przykładami są uchwyty mocujące w obrabiarkach, urządzenia mocujące w produkcji i mechanizmy blokujące w różnych urządzeniach. Dźwignie przełączające są również używane do blokowania lub zabezpieczania komponentów.
Poniższa przykładowa ilustracja przedstawia zacisk dźwigniowy, który składa się z dwóch elementów połączonych ze sobą za pomocą dwóch złączek. Element stały to linia AB, a dźwignia to linia CD. Gdy dźwignia jest uruchomiona, punkt D porusza się wokół punktu A, ponieważ punkt C porusza się wokół punktu B. Martwy punkt z linią BCD jest osiągany podczas ruchu. W tym stanie na komponent generowana jest maksymalna działająca siła. Martwy punkt jest stanem niestabilnym, każda zmiana siły chce zmienić ten stan. Aby uzyskać wysoką siłę trzymania elementu – bez konieczności wywierania siły na punkt D przez cały czas – mechanizm został zaprojektowany w taki sposób, że martwy punkt jest przekraczany w kierunku czerwonej strzałki. Ruch kończy się podparciem głowicy zacisku na elemencie (nie pokazano).
MISUMI oferuje zaciski przegubowe w różnych wersjach, w tym z pionowym lub poziomym kierunkiem zaciskania. W naszym sklepie internetowym można również znaleźć dodatkowe akcesoria do zacisków przegubowych, takie jak śruby mocujące, wsporniki lub przedłużenia ramion.
