ШАРНИРНЫЙ ПРЯМОЛИНЕЙНО НАПРАВЛЯЮЩИЙ МЕХАНИЗМ Российский патент 1997 года по МПК F16H21/04 

Изобретение относится к передаточным механизмам и может быть использовано для преобразования вращательного движения ведущего звена кривошипа в прямолинейное возвратно-поступательное движение ведомого объекта чертящей точки без установки жестких прямолинейных направляющих для этой точки.

Известны многозвенные прямолинейные направляющие шарнирные механизмы Поселье-Липкина, Гарта, Брикара, Сильверста-Кемпе [1] чертящая точка которых при вращении кривошипа должна двигаться по прямой линии. Однако из-за многозвенности этих механизмов относительно малые упругие деформации звеньев и зазоры в шарнирных вызывают значительные отклонения фактической траектории чертящей точки от прямой. Для регулирования хода чертящей точки нужно устанавливаться несколько регулировочных устройств, что ведет к увеличению числа звеньев в механизме и дополнительному снижению качества воспроизведения чертящей точки прямой линии.

Наиболее близким к изобретению является четырехзвенный направляющий механизм Эванса [2] содержащий неподвижную стойку, шарнирно соединенные с ней два звена, двуплечий шатун с чертящей точкой на свободном конце, другой конец которого шарнирно соединен с первым звеном, а средняя точка соединена шарнирно со вторым звеном. Все шарниры механизма выполнены одноподвижными, длины плеч шатуна равны длине первого звена.

При поворачивании первого звена вокруг шарнира, соединяющего его со стойкой, приводится в движение шатун и второе звено, чертящая точка шатуна при этом описывает траекторию, на некотором участке близкую к прямой линии. Этому участку траектории чертящей точки соответствует сравнительно небольшой угол поворота первого звена (меньше 90^o), второе звено механизма соответственно поворачивается на еще меньший угол.

Недостатком механизма Эванса является то, что его чертящая точка не обеспечивает точного воспроизведения прямой линии даже при отсутствии упругих деформаций звеньев и зазоров в шарнирах. В механизме ни одного из звеньев, шарнирно соединенных со стойкой, не может делать полный оборот, поэтому для работы механизма необходим привод возвратно-поступательного движения; регулировка хода чертящей точки требует значительного усложнения конструкции механизма за счет введения нескольких регулировочных устройств. В основу изобретения поставлена задача создания механизма, в котором число звеньев не превышает четырех, чертящая точка перемещается точно по прямой линии, обеспечивается возможность работы с приводом непрерывного вращения и возможность регулировки хода чертящей точки за счет изменения длины одного звена.

Поставленная задача решается тем, что четырехзвенный прямолинейно направляющий механизм содержит стойку, шарнирно соединенные с ней первое звено кривошип и второе звено коромысло, двуплечий шатун с чертящей точкой на свободном конце, другой конец которого шарнирно соединен с кривошипом. Средняя точка шатуна шарнирно соединена с коромыслом. Длина плеч шатуна равны длине коромысла. Шарниры соединены кривошипа со стойкой и коромысла с шатуном выполнены одноподвижными. Ось шарнира соединения коромысла с шатуном перпендикулярна шатуну и коромыслу. Шарнир соединения кривошипа с шатуном выполнен сферическим, а шарнир соединения коромысла со стойкой выполнен двухподвижным и установлен в точке пересечения плоскости вращения кривошипа с прямой, проходящей через точку шатуна параллельно оси шарнира соединения кривошипа со стойкой. Одна из взаимно перпендикулярных осей шарнира соединения коромысла со стойкой параллельна оси шарнира соединения коромысла с шатуном, а другая параллельна оси шарнира соединения кривошипа со стойкой.

На фиг. изображена схема предлагаемого четырехзвенного прямолинейно направляющего механизма в прямоугольной системе координат Oxyz. Механизм состоит из стойки 1, совпадающей с осью Oy, первого звена кривошипа 2, второго звена коромысла 3, двуплечего шатуна 4 с чертящей точкой M на свободном конце. Длины плеч шатуна 4 равны длине коромысла 3. Звенья механизма соединены между собой шарнирами. Шарнир 5 соединения кривошипа со стойкой выполнен одноподвижным. Шарнир 6 соединения коромысла со стойкой выполнен двухподвижным (сферический шарнир с пальцем). Шарнир 7 соединения кривошипа с шатуном выполнен сферическим. Шарнир 8 соединения коромысла со средней точкой шатуна выполнен одноподвижным. Шарнир 6 расположен в точке пересечения оси Oy и прямой CD, проходящей через чертящую точку M шатуна параллельно оси Ox.

Оси шарнирно ориентированы определенным образом относительно системы координат Oxyz и звеньев механизма. Ось шарнира 5 совпадает с осью Ox. Ось шарнира 8 перпендикулярна коромыслу 3 и шатуну 4. Оси I и II шарнира 6 взаимно перпендикулярны, ось I нормаль плоскости прорези для пальца совпадает с прямой CD, ось II продольная ось пальца параллельна оси шарнира 8.

Кривошип 2 приводится во вращение двигателем, расположенным на стойке I (двигатель не изображен на схеме). Движение через шатун 4 передается чертящей точке M и коромыслу 3, совершающему вращение вокруг шарнира 6.

Расположение шарнира 6, равенство длин коромысла 3 и плеч шатуна 4, а также ориентация осей шарниров 5, 6 и 8 обеспечивают следующее свойство механизма: чертящая точка M всегда находится на оси 1 шарнира 6 независимо от величины угла поворота кривошипа 2 и от его длины.

Наличие этого свойства обеспечивает точное воспроизведение чертящей точкой механизма прямолинейного отрезка M₀M₁ при непрерывном вращении кривошипа 2 и одновременно создает возможность регулирования хода чертящей точки (длина отрезка M₀M₁) за счет изменения только длины кривошипа.

Использование заявляемого решения позволяет при непрерывном вращении кривошипа шарнирного четырехзвенника обеспечить точное совпадение всей траектории чертящей точки с прямой линией и возможность регулировки хода чертящей точки по траектории в заданных пределах за счет изменения длины одного звена кривошипа.

Источники информации:
1. Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике, т. 1. М. "Наука". 1970. с. 423-436.

2. Источник 1, с. 401.

Сущность изобретения: в шарнирном прямолинейно направляющем механизме шарниры 5, 8 соединения кривошипа 2 со стойкой 1 и коромысла 3 с шатуном 4 выполнены одноподвижными. Шарнир 7 соединения кривошипа 2 с шатуном 4 выполнен сферическим. Шарнир 6 соединения коромысла 3 со стойкой 1 выполнено двухподвижным и установлен в точке пересечения плоскости вращения кривошипа 2 с прямой, проходящей через чертящую точку шатуна 4 параллельно оси шарнира 5. Одна из взаимно перпендикулярных осей шарнира 6 параллельна оси шарнира 8, другая - параллельна оси шарнира 5. Ось шарнира 8 перпендикулярна шатуну 4 и коромыслу 3. При вращении кривошипа 2 чертящая точка шатуна 4 воспроизводит прямую линию. 1 ил.

Шарнирный прямолинейно направляющий механизм, содержащий стойку, шарнирно соединенные с ней два звена и двуплечий шатун с чертящей точкой на свободном конце, другой конец которого шарнирно соединен с первым звеном, средняя точка с вторым звеном, шарниры соединения первого звена со стойкой и второго звена с шатуном выполнены одноподвижными, длины плеч шатуна равны длине второго звена, отличающийся тем, что первое звено выполнено в виде кривошипа, второе в виде коромысла, шарнир соединения кривошипа с шатуном выполнен сферическим, ось шарнира соединения коромысла с шатуном перпендикулярна шатуну и коромыслу, шарнир соединения коромысла со стойкой выполнен двухподвижным и установлен в точке пересечения плоскости вращения кривошипа с прямой, проходящей через чертящую точку шатуна параллельно оси шарнира соединения кривошипа со стойкой, причем одна из взаимно перпендикулярных осей шарнира соединения коромысла со стойкой параллельна оси шарнира соединения коромысла с шатуном, а другая параллельна оси шарнира соединения кривошипа со стойкой.