何谓倍力机构?
所谓倍力机构,系指应用力矩(力 × 距离)的平衡原理,用很小的力得到大作用力的机构。
倍力机构用于连杆、杠杆、螺杆、楔子、齿轮、滑轮等机械要素。
1. 杠杆
杠杆是由杆子和支点组成的装置,用于用很小的力让大物体运动,或者让小运动变成大运动。
杠杆的构成要素杠杆由支点、力点和作用点这三要素组成。
1. 支点(The fulcrum) : 支撑杠杆
2. 力点(The post of effort) : 外部力施加在杠杆上的点
3. 作用点(The point of load): 力发挥作用的点
杠杆的机制杠杆原理中最重要的是,力点的力矩(力点上施加的力 × 支点到力点的距离)与作用点的力矩(作用点所得的力 × 支点到作用点的距离)相同。
也就是说,力的力矩平衡。
因此,通过缩短作用点与支点的距离,即可给作用点施加比力点上的力更大的力。
使用杠杆的倍力道具有指甲剪、钉子钳、水龙头把手等,在我们的日常生活中经常用到。
倍力机构② 曲柄连杆机构
曲柄连杆机构是有2个连杆和滑块组成的连杆机构的一种,该机构在输入时构件会向输入方向移动,倍力结构导致输出增大。
曲柄连杆机构的机制图2 曲柄连杆机构的机制图2表示关节O固定、A未固定的自由运动的曲柄连杆机构的机制图。
假设关节A上的垂直作用力为F0、F0作用时,B上发挥作用的水平方向的力为F2、OA节和AB的长度相同,以下算式成立。
切线周期如右侧的图3所示,所以随着θ/2角度接近90°,力度会急速增大。
因此,OA和AB越接近直线(180°),F2就越急速增大。
并且,若θ/2的角度接近90°,连杆变成一条直线,即使除去输入,对外力的耐力也非常强。
该曲柄连杆机构应用于肘夹。
图3 切线图曲柄连杆机构的应用 肘夹
肘夹是使用曲柄连杆机构的机制固定物品的夹具。使用图4说明。
图4由A和B固定的4节连杆组成。BC和CD为曲柄连杆机构,C节受力时D节运动。通过该运动,夹钳垫就可以固定(夹紧)对象零件。
锁定时,C节稍微进入BD连接线的内侧,锁定夹紧物。 因此,施加外力时,C节就会沿着红色箭头方向运行,但由于与解锁方向相反,所以不能解锁。
若要解锁,并行让C节向解锁侧运动,该机构在锁定时会产生很大的压迫力。