УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F16H21/00 

Изобретение относится к механике, используется в качестве трансмиссии, преобразующей характер движений при передаче их от двигателя к движителю, взаимодействующему с газовой или жидкой средой.

Известны различные устройства для преобразования движений. К ним, прежде всего, следует отнести широко распространенный в технике кривошипно-шатунный механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение во вращательное (например, в двигателях внутреннего сгорания) или вращательное движение в возвратно-поступательное (например, в поршневых компрессорах). Известны также кривошипно-коромысловый и кривошипно -кулисный механизмы, преобразующие вращательное движение в качательные [1] Существуют кривошипно -ползунные сферические механизмы, в которых вращение кривошипа передается ползунам, совершающим только колебательные движения строго определенной амплитуды по поверхности воображаемой сферы по неподвижным направляющим [2] В качестве примера устройства, служащего для преобразования движений, можно привести также колесо гребное [3] которое содержит поворотные лопасти. В этом устройстве для поворота лопастей используется эксцентриковый механизм, соединенный с каждой лопастью спицей. Повороты лопасти при работе колеса остаются строго фиксированными в каждом определенном его положении. В целом работа колеса гребного осуществляется в плоскости, перпендикулярной его оси.

Наиболее близким по своему техническому решению к заявляемому изобретению является приближенно-направляющий шарнирный механизм Чебышева [4] который принят в качестве прототипа. Устройство состоит из кривошипно-шатунной пары и дополнительно введенного в конструкцию коромысла. Неподвижные оси кривошипа и коромысла установлены на общем основании, а свободные их концы шарнирно соединены с шатуном. При этом конец кривошипа соединен с одним из концов шатуна, а конец коромысла связан с шатуном в одной из точек на его протяжении. В зависимости от взаимного расположения неподвижных осей и шарниров, а также длин кривошипа, шатуна и коромысла, свободный конец шатуна, как и любая из принадлежащих ему точек, описывает замкнутые кривые, носящие название шатунных. В зависимости от характера этих кривых, шарнирный механизм Чебышева используют, например, в тестомешалке, сеноворошилке и других машинах. Движения, достигаемые при использовании механизма Чебышева, осуществляются тольков одной плоскости, т.е. так же, как и в перечисленных выше. Они осуществляются параллельно кривошипно -шатунной паре и являются строго заданными для каждого аппарата в зависимости от выполняемой им функции.

Сущность изобретения выражается в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата. Эти признаки состоят в том, что одна вилка кардана установлена на головке шатуна с возможностью перемещения и последующей фиксации вдоль его оси, устройство снабжено штангой, установленной на второй вилке кардана, сферическим шарниром, образованным сферической обоймой, установленной на штанге с возможностью перемещения вдоль нее и поворота относительно оси кривошипа, и сферической головкой со сквозным отверстием, размещенной в обойме, штанга установлена в сквозном отверстии головки с возможностью продольного перемещения.

На фиг.1 представлен общий вид устройства в аксонометрической проекции, на фиг.2 схема различных положений крестовины кардана в зависимости от фазы поворота кривошипа и на фиг.3 схема отклонения штанги с движителем от оси кривошипа при положении кривошипной головки шатуна в нижней мертвой точке (НМТ, изображено сплошной линией) и в верхней мертвой точке (ВМТ, пунктирная линия) при размещении центра крестовины кардана выше оси кривошипной головки шатуна.

Устройство содержит кривошип 1 и шатун 2. На кривошипной головке шатуна 3 установлена вилка кардана 4, положение которой с помощью винтового механизма (не показан) может быть изменено вдоль оси шатуна 3. На второй вилке кардана 5 закреплена полая штанга 6, проходящая через сквозное отверстие в сферической головке 7. Последняя размещена в обойме 8, образуя с ней сферический шарнир. На свободном конце штанги 6 закреплена втулка 9, в канале которой установлена с возможностью поворота и фиксации винтами 10 ножка 11 лопасти движителя 12, проникающая в полость штанги 6.

Устройство работает следующим образом. При вращении кривошипа 1 кривошипная головка шатуна 3 осуществляет движения вместе с ним. Она описывает окружность, не вращаясь, а лишь отклоняясь вместе с осью шатуна от вертикальной оси поочередно в обе стороны плоскости вращения кривошипа 1. Строго по вертикали шатун 2 и его головка 3 располагаются только при положениях в верхней и нижней мертвых точках (ВМТ и НМТ).

Вилка 4, осуществляя движения вместе с головкой шатуна 3, через крестовину кардана и вилку 5 приводит в движение штангу 6, которая (при условии совмещения центра крестовины кардана с осью головки шатуна 3 и центра сферической головки 7 с осью кривошипа 1) воспроизводит тело вращения конус. Конус этот имеет вершину в центре сферической головки 7. Свободный конец штанги 6 также воспроизводит тело вращения второй конус, имеющий общую вершину с первым, но вращение его образующей осуществляется с противоположной фазой. Лопасть движителя 12 совершает перемещение вместе со свободным концом штанги 6, при этом происходит поворот лопасти 12 в ту или иную сторону вокруг оси штанги 6 в соответствии с отклонениями шатуна 2 от вертикальной оси.

Изменяя установочный угол лопасти 12, подбирают оптимальный, при котором достигаются лучшие аэро- и гидродинамические качества во время работы в газообразной или жидкой среде. В каждой точке, описываемой лопастью 12 траектории, при каждом наклоне ее плоскости создается определенный угол атаки встречного потока газа (жидкости), благодаря чему создается подъемная сила. Последняя создается и за счет того, что движитель описывает не только определенную коническую траекторию. При поступательном движении аппарата лопасть 12 совершает также махательные движения (как бы в виде развертки конуса), при которых возникает "загребание" газа или жидкости.

Изменение эксцентриситета за счет смещения вилки 4 на головке шатуна 3 вдоль его оси ведет к смещению амплитуды отклонения движения в вертикальном направлении. Так как при смещении вилки 4 кверху (фиг.3 m > n) угол отклонения лопасти 12 будет больше (∠β > ∠α) и наоборот.

Приближение обоймы 8 к кардану увеличивает, а удаление ее от кардана уменьшает амплитуду движений лопасти 12 за счет изменения соотношения длин плеч штанги 6. Смещение же обоймы 8 в любом направлении оси кривошипа перемещает "второй конус", описываемый штангой 6, в том же направлении и уменьшает амплитуду. В данном случае при работе устройства движения осуществляются не только в сферическом шарнире, образованном головкой 7 и обоймой 8, но также происходят возвратно-поступательные перемещения штанги 6 относительно головки 7 по ее сквозному отверстию.

В целом трансмиссия располагается приближенно перпендикулярно к плоскости вращения кривошипа с отклонениями под углами, образующими тела вращения конусы. При любом варианте положений деталей устройства плоскость лопасти 12 циклически отклоняется от горизонтальной плоскости не только за счет описываемого конуса, но и вследствие поворотов ее вокруг оси штанги 6 и вместе с последней.

Изготовлен и испытан макетный образец устройства.

Использование: изобретение относится к механике, в частности к трансмиссии, преобразующей характер движений при передаче их от двигателя к движителю, взаимодействующему с газовой или жидкой средой. Сущность заключается в том, что одна вилка 4 кардана установлена на головке шатуна 2 с возможностью перемещения и фиксации вдоль его оси. Устройство снабжено штангой 6, установленной на второй вилке 5 кардана, сферическим шарниром образованным сферической обоймой 8, установленной на штанге с возможностью перемещения вдоль нее и поворота относительно кривошипа и сферической головкой 7 со сквозным отверстием. Штанга 6 установлена в сквозном отверстии головки с возможностью продольного перемещения. 3 ил.

1 Устройство для преобразования движений, содержащее кривошипно-шатунную пару и кардан, отличающееся тем, что одна вилка кардана установлена на головке шатуна с возможностью перемещения и последующей фиксации вдоль его оси, устройство снабжено штангой, установленной на второй вилке кардана, сферическим шарниром, образованным сферической обоймой, установленной на штанге с возможностью перемещения вдоль нее и поворота относительно оси кривошипа, и сферической головкой со сквозным отверстием, размещенной в обойме, а штанга установлена в сквозном отверстии головки с возможностью продольного перемещения.