Механическая передача с переключающей пружиной

Механическая передача с переключающей пружиной (или двумя пружинами, как на рис. 3.2в) также, как и в МП с защелкой, имеет два устойчивых состояния толкателя, для которых ρ=0 и ρ=ρ_К . Устойчивость начального (ρ=0) и конечного (ρ=ρ_К) состояний толкателя обеспечивается переключающими пружинами 6.

При перемещении толкателя вправо в направлении действия силы F_вкл из крайнего левого положения переключающие пружины сначала противодействуют перемещению, создавая силу сопротивления и накапливая энергию. Затем, после того как пружины займут вертикальное положение, они изменят направление действия силы на противоположное направление вдоль оси толкателя. Теперь запасенная пружинами энергия будет расходоваться на перемещение толкателя в том же направлении до крайнего правого положения, ограниченного упором.

Переключающие пружины аналогично действуют на толкатель при его перемещении справа налево в направлении действия силы F_отк. Во время полного перемещения толкателя (0≤ρ≤ρ_К) переключающие пружины вначале сжимаются, накапливая энергию, а затем расправляются, расходуя накопленную энергию на ускорение движения толкателя в том же направлении.

Обозначим через x величину отклонения толкателя вправо от положения, при котором каждая из переключающих пружин занимают вертикальную позицию и сжата в максимальной степени. На толкатель вдоль его оси со стороны переключающей пружины действует сила величиной

, (3.1)

где а - длина переключающей пружины в сжатом состоянии, когда она занимает вертикальное положение; b - величина сжатия пружины от ее длины в свободном состоянии до длины, равной а; с – жесткость пружины (Н/м).

График зависимости F_ПП от х показан на рис.3.3 (вверху).

Рис.3.3. График зависимости FПП от х (вверху) и от ρ (внизу)

-x2

ρ0

-x1 0 x1x2x

FПП

FПП

0

ρК ρ

При x=0 , x=x₂иx=-x₂ горизонтальная сила F_ПП действия переключающей пружины на толкатель равна нулю. Величина x₂ определяется из условия

.

Чтобы переключающая пружина смогла замкнуть контакт, перемещение толкателя должно удовлетворять условию ρ_К<2x₂. Сила F_ПП принимает максимальные значения по абсолютной величине при |x|=x₁,ρ_К = 2x₁ . Можно показать, что

.

Для МП с переключающими пружинами отпадает необходимость в использовании контактной пружины (см. п. 2.2.1) в ПКУ, т.к. контактное нажатие может быть создано переключающими пружинами. Конечное контактное нажатие F_КК, созданное двумя пружинами, принимает наибольшее значение

F_КК =2^.F_ПП ,

когда ρ_К = 2x₁. Величина F_ПП определяется по формуле (3.1) при x= x₁.

Таким образом, толкатель при отсутствии внешних управляющих воздействий (F_вкл=F_отк=0) может устойчиво сохранять любое из крайних положений (ρ=0 или ρ =ρ_К) и создавать конечное нажатие контакта, благодаря переключающим пружинам. Промежуточное положение толкателя при х=0, соответственно, при ρ =ρ₀ (когда F_ПП =0) неустойчиво.

МП с переключающими пружинами (или одной пружиной) используются в различных по устройству выключателях с ручным приводом, например, в бытовых выключателях освещения.

Отметим, что при определенных условиях аппараты с механическими передачами, показанными на рис. 3.2б и рис. 3.2в, могут рассматриваться как аппараты с памятью (см. п. 1.6.4, п. 1.6.2).

Для каждого типа прямоходовых механических передач, показанных на рис. 3.2, существует множество конструкций механических передач с «поворотным» движением звеньев ОрУ и ПУ. Такие конструкции механических передач предусматривают в аппаратах, в которых требуется угловое перемещениеподвижного контактного узла, например, с пальцевым контактом (см. п. 2.2).