ШАРНИРНЫЙ ЧЕТЫРЕХЗВЕННИК Российский патент 1997 года по МПК F16H21/00 

Изобретение относится к уравновешиванию машин на фундаменте и может быть использовано для исключения вибраций, передающихся на фундамент машинного агрегата, передаточным механизмом в котором является шарнирный четырехзвенник.

Известен механизм шарнирного четырехзвенника, в который для достижения полного уравновешивания вводится уравновешивающее устройство, состоящее из четырех звеньев [1] При этом уравновешивающие звенья располагаются в рабочей зоне исполнительного звена (коромысла) и одно из них имеет большую массу, что не всегда допустимо.

Наиболее близким к изобретению является уравновешенный шарнирный четырехзвенник [2] содержащий кривошип, шатун, коромысло, стойку и уравновешивающее устройство, образованное двумя стержнями, штоком и ползуном. В этом механизме только одно из уравновешивающих звеньев расположено в рабочей зоне коромысла, а общая масса звеньев уравновешивающего устройства меньше массы звеньев других известных устройств при одинаковых прочих параметрах. Однако металлоемкость уравновешенного механизма остается высокой.

Задачей изобретения является создание механизма, обеспечивающего повышение технических возможностей шарнирного четырехзвенника за счет устранения звеньев уравновешивающего устройства из рабочей зоны коромысла при снижении металлоемкости механизма и сохранении его полного динамического уравновешивания.

Для решения этой задачи в шарнирном четырехзвеннике, содержащим кривошип, шатун, коромысло, стойку и уравновешивающее устройство из двух стержней, штока и ползуна, причем первый стержень одним концом шарнирно связан с ползуном, имеющим направляющую, проходящую через шарнир, связывающий коромысло со стойкой, второй стержень связан одним концом с шатуном, а другим со штоком, согласно изобретению продольная ось штока проходит через шарнир, связывающий коромысло с шатуном, другой конец первого стержня присоединен к шарниру, связывающему коромысло с шатуном, шток имеет направляющую, закрепленную на первом стержне, а параметры четырехзвенника определены зависимостями:

где l₁, l₂, l₃, l₅, l₆ длины кривошипа, шатуна, коромысла, первого и второго стержней соответственно;
d расстояние между центрами шарниров, связывающих кривошип с шатуном и шатун с вторым стержнем;
l расстояние между центрами шарниров, связывающих соответственно шатун и коромысло и шатун со вторым стержнем;
альфа угол между продольной осью шатуна и кромкой, проходящей через центры шарниров, связывающих соответственно кривошип с шатуном и шатун с вторым стержнем;
m₂, m₃, m₅, m₆, m₇, m₈ массы соответственно шатуна, коромысла, первого и второго стержней, штока, ползуна;
S_x1, S_x2, S_x3, S_x5, S_x6, S_x7, S_x8 статические моменты соответственно кривошипа, шатуна, коромысла, первого и второго стержней, штока, ползуна относительно продольных осей этих звеньев;
S_y1, S_y2, S_y3, S_y5, S_y6, S_y7, S_y8 статические моменты соответственно кривошипа, шатуна, коромысла, первого и второго стержней, штока, ползуна относительно поперечных осей этих звеньев;
J₁, J₂, J₃, J₅, J₆, J₇ - моменты инерции соответственно кривошипа, шатуна, коромысла, первого и второго стержней, штока относительно точек пересечения продольных и поперечных осей этих звеньев.

На чертеже показана схема полностью уравновешенного шарнирного четырехзвенника.

Шарнирный четырехзвенник содержит кривошип 1, шатун 2, коромысло 3, стойку 4 и уравновешивающее устройство, включающее два стержня 5 и 6, шток 7 и ползун 8.

Звенья четырехзвенника шарнирно связаны друг с другом в следующей последовательности: стойка 4 кривошип 1, кривошип 1 шатун 2, шатун 2 - коромысло 3 и коромысло 3 стойка 4.

Первый уравновешивающий стержень 5 присоединен шарнирно одним концом к шарниру, связывающему шатун 2 с коромыслом 3, а другим концом к ползуну 8. Ось направляющей ползуна 8 проходит через центр шарнира, связывающего коромысло 3 со стойкой 4. Длина первого стержня 5 равна длине коромысла 3.

Второй уравновешивающий стержень 6 шарнирно присоединен одним концом к шатуну 2, а другим к штоку 7. Направляющая штока 7 закреплена в произвольной точке первого стержня 5. Продольная ось этой направляющей проходит через центр шарнира, связывающего шатун 2 с коромыслом 3.

Расстояние между центрами шарниров, связывающих шатун 2 с коромыслом 3 и шатун 2 со стержнем 6, равно расстоянию между центрами шарниров на втором уравновешивающем стержне 6.

Параметры уравновешенного механизма определены зависимостями:

l₁, l₂ l₃, l₅, l₆ соответственно длина кривошипа 1, шатуна 2, коромысла 3, первого 5 и второго 6 уравновешивающих стержней;
d расстояние между центрами шарниров, связывающих кривошип 1 с шатуном 2 и шатун 2 со вторым стержнем 6;
l расстояние между центрами шарниров, связывающих шатун 2 с коромыслом 3 и шатун 2 с вторым стержнем 6;
α угол между продольной осью шатуна 2 и кромкой, проходящей через центры шарниров, связывающих кривошип 1 с шатуном 2 и шатун 2 со стержнем 6;
m₂, m₃, m₅, m₆, m₇, m₈ массы соответственно шатуна 2, коромысла 3, первого 5 и второго 6 стержней, штока 7, ползуна 8;
S_x1, S_x2, S_x3, S_x5, S_x6, S_x7, S_x8 статические моменты соответственно кривошипа 1, шатуна 2, коромысла 3, первого 5 и второго 6 стержней, штока 7, ползуна 8 относительно продольных осей этих звеньев;
S_y1, S_y2, S_y3, S_y5, S_y6, S_y7, S_y8 статические моменты соответственно кривошипа 1, шатуна 2, коромысла 3, первого 5 и второго 6 стержней, штока 7, ползуна 8 относительно поперечных осей этих звеньев;
J₁, J₂, J₃, J₅, J₆, J₇ - моменты инерции, соответственно кривошипа 1, шатуна 2, коромысла 3, первого 5 и второго 6 стержней, штока 7 относительно точек пересечения продольных и поперечных осей этих звеньев.

Четырехзвенник работает следующим образом. Выполнение условий (1) переводит общий центр масс его звеньев в неподвижную точку. Поэтому главный вектор сил инерции механизма становится равным нулю при любом движении механизма.

Уравновешивание моментов сил инерции звеньев осуществляется за счет того, что при движении механизма между угловыми ускорениями его звеньев устанавливаются зависимости

Первый стержень 5 совершает плоское движение с угловым ускорением, равным и противоположно направленным угловому ускорению коромысла 3; он создает момент сил инерции, противоположно направленный моменту от сил инерции четырехзвенника, приведенных к коромыслу 3.

Стержень 6 совершает плоское движение с угловым ускорением, которое можно представить как линейную комбинацию двух составляющих. Первая составляющая равна по величине и противоположна по направлению угловому ускорению шатуна; вторая составляющая по величине равна удвоенному ускорению коромысла 3, а по направлению ему противоположна. Поэтому момент сил инерции стержня 6 также будет содержать две составляющие. Первая составляющая противоположна по направлению моменту сил инерции четырехзвенника, приведенных к шатуну 2. Вторая составляющая момента сил инерции стержня 6 противоположна по направлению моменту от сил инерции четырехзвенника, приведенных к коромыслу 3.

Шток 7 совершает плоское движение с угловым ускорением, равным и противоположно направленным угловому ускорению коромысла 3. Поэтому момент сил инерции штока 7 противоположен по направлению моменту от сил инерции четырехзвенника, приведенных к коромыслу 3.

При выполнении условий (1) моменты сил инерции звеньев 5, 6, 7 уравновешивающего устройства полностью компенсируют момент сил инерции четырехзвенника. В результате главный момент сил инерции всего механизма тождественно равен нулю при любом законе движения кривошипа 1.

Компенсация момента сил инерции четырехзвенника, приведенных к шатуну 2, обеспечивается вторым уравновешивающим стержнем 6. В компенсации момента сил инерции четырехзвенника, приведенных к коромыслу 3, участвуют три звена (стержни 5 и 6, шток 7) уравновешивающего устройства, т.е. стержень 5 компенсирует лишь часть указанного момента. В связи с этим первый уравновешивающий стержень 5 имеет меньшую массу и металлоемкость.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам, передаточным механизмом в которых является шарнирный четырехзвенник. Сущность изобретения заключается в том, что продольная ось штока проходит через шарнир, связывающий коромысло с шатуном, другой конец первого стержня присоединен к шарниру, связывающему коромысло с шатуном, шток имеет направляющую, закрепленную на первом стержне. 1 ил.

Шарнирный четырехзвенник, содержащий кривошип, шатун, коромысло, стойку и уравновешивающее устройство, включающее два стержня, шток и ползун, причем первый стержень одним концом шарнирно связан с ползуном, имеющим направляющую, проходящую через шарнир, связывающий коромысло со стойкой, второй стержень связан одним концом с шатуном, а другим со штоком, отличающийся тем, что продольная ось штока проходит через шарнир, связывающий коромысло с шатуном, другой конец первого стержня присоединен к шарниру, связывающему коромысло с шатуном, шток имеет направляющую, закрепленную на первом стержне, при этом параметры четырехзвенника определены зависимостями

где l₁, l₂, l₃, l₅, l₆ длины кривошипа, шатуна, коромысла, первого и второго стержней соответственно;
d расстояние между центрами шарниров, связывающих кривошип с шатуном и шатун с вторым стержнем;
l расстояние между центрами шарниров, связывающих соответственно шатун и коромысло и шатун с вторым стержнем;
α - угол между продольной осью шатуна и кромкой, проходящей через центры шарниров, связывающих соответственно кривошип с шатуном и шатун с вторым стержнем;
m₂, m₃, m₅, m₆, m₇, m₈ массы соответственно шатуна, коромысла, первого и второго стержней, штока, ползуна;
S_x1, S_x2, S_x3, S_x5, S_x6, S_x7, S_x8 статистические моменты соответственно кривошипа, шатуна, коромысла, первого и второго стержней, штока, ползуна относительно продольных осей этих звеньев;
S_y1, S_y2, S_y3, S_y5, S_y6, S_y7, S_y8 статистические моменты соответственно кривошипа, шатуна, коромысла, первого и второго стержней, штока, ползуна относительно поперечных осей этих звеньев;
J₁, J₂, J₃, J₅, J₆, J₇ - моменты инерции соответственно кривошипа, шатуна, коромысла, первого и второго стержней, штока относительно точек пересечения продольных и поперечных осей этих звеньев.