Mechanismus kloubové páky – Jak funguje?

Mechanismus kloubové páky je technický princip, který se používá ke generování nebo působení velkých sil s relativně malým použitím síly. Tento princip se používá především v průmyslu za účelem zajištění pozic bez trvalého použití síly – například pomocí rychlých svorek.

Využití a nucený převod

Pákový efekt je základním jevem, který vysvětluje přenos síly v pákových mechanismech. Je založena na vztahu mezi silou působící na páku, vzdáleností této síly od opěrného bodu a zatížením, které páka přenáší.

Přenesení síly je proces, při kterém je síla vyvinutá na páku přenesena do jiného bodu. Páka je tuhé těleso, které se může otáčet kolem pevného bodu, tzv. opěrného bodu. Síly lze působit v různých opěrných bodech podél páky a zvedat nebo přemísťovat břemena. Síla vyvinutá na páčku se rovněž nazývá stlačovací síla nebo tahová síla. Tato síla působí na jednom konci ramene páky nebo v bodě mezi opěrným bodem a koncem. Velikost a směr stlačovací síly určují, jak účinně se břemeno pohybuje. Pákový efekt je způsoben rozdílnou délkou ramen páky na obou stranách opěrného bodu. Je-li silové rameno delší než nosné rameno, může menší síla pohybovat větším nákladem. Naopak, pokud je rameno nákladu delší, je k pohybu stejného nákladu zapotřebí větší síla.

Jak funguje mechanismus kloubové páky?

Mechanismus kloubové páky je mechanický princip, který se často používá v různých aplikacích, jako jsou upínací přípravky, lisování nebo přemísťování pohybu. Funkce kloubové páky je založena na použití dvou nebo více ramen páky, která jsou vzájemně spojena tak, že mohou tvořit kolenovitý úhel.

Kloubová páka se skládá nejméně ze dvou tuhých ramen páky pevné délky, která jsou vzájemně spojena kloubem. Mechanismus funguje tak, že pevná délka pák vynucuje pohyb konců páky bočním pohybem spojovacího kloubu. Když se kloubová páka posune za přímý stav, může při použití pevného dorazu udržet velké zatížení s relativně malým úsilím.

Funkce mechanismu kloubové páky je založena na již vysvětleném účinku páky a přenosu síly. V závislosti na vzájemné orientaci ramen páky se vlivem pákového efektu zvyšuje tlaková síla působící na konce páky s rostoucím prodloužením kloubové páky při konstantní síle na kloub. K samosvornosti dochází při téměř přímé poloze kloubové páky, což znamená, že již malá přídržná síla postačuje k absorbování velmi velkého zatížení nebo k udržení tahu.

Jak je kloubová páka zkonstruována?

Konstrukce kloubového pákového mechanismu se projevuje jeho charakteristickou schopností vytvořit silnou upínací nebo přídržnou sílu s minimálním úsilím, jakmile se mechanismus uvede do „přetažené“ polohy. Zde jsou hlavní součásti a způsob jejich fungování:

• Páková ramena: Kloubová páka se skládá nejméně ze dvou ramen páky. Tato ramena jsou spojena dohromady, aby se při ovládání páky vytvořil úhel podobný lidskému koleni.
• Klouby: Ramena páky jsou vzájemně propojena alespoň jedním kloubem. Tento kloub umožňuje pákovým ramenům pohybovat se vzhledem k sobě navzájem. U mnoha kloubových pák jsou k dispozici další klouby, které umožňují další volnost pohybu nebo specifické pohybové sekvence.
• Opěrný bod: Opěrný bod je pevný bod, kolem kterého se pohybují ramena páky. U kloubové páky může být opěrný bod v jednom z kloubů nebo v samostatné části mechanismu.
• Bod síly: Jedná se o bod, kdy je vyvíjena síla na páku, aby se aktivovala. Poloha a typ použití síly se mohou lišit v závislosti na konstrukci a účelu kloubové páky.
• Bod zatížení: V tomto bodě je zatížení nebo odpor vyvíjen. To je tedy bod, kde působí vyvinutá upínací síla.
• Mechanismus nadměrné extenze: Klíčem k upínacímu mechanismu je schopnost dosáhnout polohy, ve které jsou ramena páky a spojovací osy vyrovnány téměř nebo úplně v linii. V této poloze, která je často označována jako „přetažený“ nebo „přesahující těžiště“, mechanismus dosáhne maximální přídržné síly a stabilizuje se sám. K udržení této polohy je nutná pouze minimální síla.

(1) Malý úhel | (2) Velký úhel | (3) Úhel | = 180° (těžiště)

Mechanismus nadměrného vysunutí a uzamčení v mrtvém bodě

Jak již bylo zmíněno, kloubové páky mají mechanismus nadměrného vysunutí, který umožňuje ramenům páky pohybovat se v nadměrně vysunuté poloze. Ústředním prvkem tohoto mechanismu je zámek za mrtvým bodem nebo samosvorný mechanismus. Tato samosvornost je příčinou vysoké přídržné a upínací síly při současném vynaložení minimální síly.

Mrtvý bod u kloubového pákového mechanismu je okamžik, kdy ramena páky a spojovací osy tvoří přímku. V této poloze je páka vysunuta nejdále. Mrtvý střed je bod, v němž mechanismus kloubové páky působí největší silou. Tento stav je velmi nestabilní a je ponechán mírnými změnami síly v jakémkoli směru.

K zablokování za mrtvým bodem dojde, když se mechanismus posune mírně mimo tento mrtvý bod. V této předsunuté poloze jsou ramena páky vyrovnána tak, že tvoří mírně zalomený tvar kolena. Pokud je kolenní kloub příliš vysunutý, kolenní kloub se automaticky uzamkne. Po dosažení této polohy je k udržení páky v uzamčené poloze zapotřebí pouze minimální síla. Tento typ uzamykacího mechanismu je obzvláště užitečný v aplikacích, které vyžadují silnou, trvalou upínací sílu bez trvalého vyvíjení ruční síly. Příkladem jsou klíče, zámky a zařízení pro držení ve výrobní technologii.

Kde se kloubové páky používají?

Kloubový pákový mechanismus se často používá pro aplikace, které vyžadují velkou upínací nebo přidržovací sílu s minimálním trvalým vynaložením síly. Příkladem jsou upínací přípravky ve strojích, upínací zařízení ve výrobě a uzamykací mechanismy v různých zařízeních. Upínací páky se rovněž používají k zamknutí nebo zajištění součástí.

Následující příklad znázorňuje upínací svorku páky, která se skládá ze dvou součástí, které jsou vzájemně spojeny dvěma spojkami. Pevná součást je čára AB, páčka je čára CD. Když je páka aktivovaná, bod D se pohybuje kolem bodu A, protože bod C se pohybuje kolem bodu B. Během pohybu je dosaženo mrtvého středu s čarou BCD. V tomto stavu je na komponentu generována maximální působící síla. Mrtvý střed je nestabilní stav, jakákoli změna síly chce tento stav změnit. Aby bylo možné na komponentu působit vysokou přídržnou silou – aniž by bylo nutné na celý čas působit silou na bod D – je mechanismus navržen tak, aby bylo ve směru červené šipky překročeno těžiště. Pohyb končí podpěrou hlavy svorky na komponentě (není zobrazeno).

Společnost Misumi nabízí upínací svorky v různých verzích, včetně vertikálního směru upínání nebo horizontálního směru upínání. Další příslušenství pro upínací svorky naleznete rovněž v našem online obchodě, jako jsou upínací šrouby, držáky nebo nástavce ramen.