Открыть сервисСервис

Эксцентрик — механизм в машине

Эксцентрик — это элемент машины (кривошип), форма или расположение которого относительно вращающегося вала позволяет преобразовать вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение другого звена (шатуна, толкателя, ползуна) или, наоборот, использовать возвратно-поступательное усилие для вращения вала. Ось вращения эксцентрика смещена относительно его геометрического центра на величину, называемую эксцентриситетом, что и обеспечивает преобразование движения.

Устройство и принцип работы

Эксцентрик представляет собой диск, кольцо или кулачок, жёстко насаженный на вал. Геометрический центр диска не совпадает с осью вала: расстояние между ними (эксцентриситет) равно половине хода возвратно-поступательного движения, которое получает сопряжённое звено. При вращении вала эксцентрик толкает шатун или ролик, заставляя его двигаться вперёд и назад.

Принципиальное отличие эксцентрика от кривошипа заключается в конструктивной форме: у кривошипа шатун крепится к отдельной шейке, удалённой от вала, тогда как эксцентрик — это единая деталь, часто выполненная как диск на самом валу. По сути, эксцентрик является частным случаем кривошипа с очень короткой шатунной шейкой.

Основные параметры эксцентрика:

  • Эксцентриситет (e) — расстояние между осью вала и центром эксцентрика; определяет амплитуду хода.
  • Диаметр диска — определяет площадь контакта с толкателем и допустимые нагрузки.
  • Профиль — может быть круглым (классический эксцентрик) или сложным (эксцентриковый кулачок), если требуется задать несинусоидальный закон движения.

Классификация

По назначению и конструкции эксцентрики делятся на несколько типов:

ТипОсобенности
Круглый эксцентрикДиск круглой формы, ось смещена на эксцентриситет; самый распространённый вариант
Эксцентриковый кулачокПрофиль подобран для получения заданного закона движения толкателя
Двойной эксцентрикДва диска на одном валу с разными эксцентриситетами или углами
Эксцентриковый валВал, на котором рабочая поверхность выполнена как эксцентрик (например, в компрессорах)

По характеру воспринимаемой нагрузки различают эксцентрики для радиальных и комбинированных нагрузок; при больших усилиях применяют подшипники качения вместо скользящих опор.

Применение

Эксцентрики используются в широком спектре механизмов:

  • Компрессоры и насосы — эксцентриковый вал приводит поршень, создавая давление газа или перекачивая жидкость. В безмасляных компрессорах бытовых холодильников эксцентрик — основной элемент привода.
  • Прессы и молоты — эксцентриковый механизм преобразует вращение электродвигателя в ударное или прессовочное движение ползуна.
  • Металлообрабатывающие станки — эксцентриковые зажимы обеспечивают быструю фиксацию заготовок в патронах и приспособлениях.
  • Ткацкое и швейное оборудование — эксцентрики приводят в движение челнок, нитеводитель и игловодитель.
  • Двигатели внутреннего сгорания — в некоторых конструкциях (например, в двигателе Ванкеля) эксцентриковый вал играет роль вала, формирующего камеру сгорания.
  • Транспорт — эксцентриковые механизмы применяются в приводах тормозных систем паровозов и в приводах некоторых сельскохозяйственных машин.

Преимущества и ограничения

К достоинствам эксцентриков относятся простота конструкции, компактность, надёжность и возможность работы при высоких частотах вращения. Они не требуют сложной кинематической цепи и легко изготавливаются из стандартных заготовок.

Ограничения связаны с характером движения: круглый эксцентрик обеспечивает приблизительно синусоидальный закон хода, что не всегда достаточно для технологических процессов, требующих резкого торможения или ускорения ползуна. Кроме того, при больших эксцентриситетах и нагрузках возникают значительные боковые усилия на направляющие, что увеличивает износ. В таких случаях эксцентрик заменяют кривошипно-шатунным механизмом или кулачком сложного профиля.

Эксцентрик и кривошип: различия

ПараметрЭксцентрикКривошип
КонструкцияДиск на валуОтдельная шейка, удалённая от вала
ХодМалый (обычно до десятков мм)Может быть значительным
НагрузкиПреимущественно радиальныеКомбинированные
Простота изготовленияВышеНиже

Историческая справка

Эксцентриковые механизмы известны с античности: Архимед и его последователи описывали устройства, в которых смещённый диск использовался для преобразования движения. В эпоху Нового времени эксцентрики широко применялись в часовых механизмах и водоподъёмных устройствах. С развитием промышленной революции эксцентриковые приводы стали основой паровых машин, прессов и прокатных станов. В XX веке, с внедрением кривошипных и гидравлических приводов, область применения эксцентриков сузилась, однако они остаются востребованными в компактных механизмах, бытовой технике и прецизионном оборудовании.

Источники:

  • Беляев И. А. «Детали машин»
  • Аршинов В. А., Радциг Б. А. «Курс деталей машин»
  • Чеботарёв Н. А. «Детали машин»
  • ГОСТ 2.765-68. Обозначения условные графические элементов механизмов
Заметили ошибку или не согласны с информацией в статье? Напишите нам support@bfometr.ru