МЕХАНИЗМ РЕГУЛИРОВАНИЯ КРИВОШИПА ПЕРЕМЕННОЙ ДЛИНЫ Российский патент 1998 года по МПК F16H21/20 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, а именно к кривошипно-шатунным механизмам с регулируемой длиной кривошипа, и может быть использовано в любых преобразователях вращательного движения в возвратно-поступательное с регулируемой длиной хода ползуна или регулируемым углом размаха коромысла, например, в импульсных вариаторах.

Известен механизм регулирования кривошипа переменной длины (см., например, авт. свид. N 347489 СССР, БИ N 24, 1972), содержащий ведущий вал, два установленных один в другом эксцентрика и регулирующий механизм, включающий несамотормозящую винтовую пару, один из элементов которой соединен с наружным эксцентриком, а другой - с внутренним, и устройство для относительного поступательного перемещения элементов винтовой пары, причем последняя установлена параллельно оси ведущего вала, а регулирующий механизм снабжен двумя зубчатыми передачами, каждая из которых соединена с одним из элементов винтовой пары и внутренним и наружным эксцентриками соответственно. Но этот механизм имеет относительно сложную конфигурацию и большие габариты в осевом направлении, что является причиной его невысокой надежности, большого расхода металла, и, как следствие, больших затрат на изготовление.

Известен также механизм регулирования кривошипа переменной длины (см., например, авт. свид. N 848804 СССР, БИ N 27, 1981), принятый нами за прототип, содержащий кривошипный вал с жестко связанной с ним кривошипной шейкой, подвижно установленную на этой шейке эксцентриковую втулку с противовесом, кинематически связанную с кривошипной шейкой с помощью кулисного механизма, состоящего из пальца, запрессованного в отверстие эксцентриковой втулки, и радиального паза, изготовленного в подвижно установленном на концентричной шейке кривошипного вала зубчатом колесе, шатун, свободно установленный на эксцентриковой втулке, и механизм поворота эксцентриковой втулки относительно кривошипной шейки, причем отверстие под палец в эксцентриковой втулке расположено на линии, проходящей вдоль ее эксцентриситета.

Поскольку палец во втулке расположен на линии, проходящей вдоль ее эксцентриситета, то и радиальный паз в зубчатом колесе при его монтаже тоже будет расположен аналогичным образом, т.е. по существу в направлении максимального (развернутого) радиуса кривошипа. Следовательно, известный механизм регулирования также обладает относительно большими осевыми габаритами. Для того, чтобы изменить длину кривошипа от его максимума до нуля, необходимо зубчатое колесо с таким расположением радиального паза повернуть на концентричной шейке относительно кривошипного вала ровно на 180^o. Вследствие этого шестерни механизма поворота (или какие-то другие по аналогичному назначению детали) должны иметь относительно большие осевые габариты (ширину) и соответственно большое осевое перемещение, необходимое для изменения радиуса кривошипа. Все отмеченное выше приводит к повышенной металлоемкости известного механизма и существенным дополнительным расходам на изготовление.

Цель предлагаемого изобретения - сокращение габаритов и металлоемкости и уменьшение затрат на изготовление.

Поставленная цель достигается тем, что предложенный механизм регулирования кривошипа переменной длины содержит кривошипный вал с жестко связанной с ним кривошипной шейкой, подвижно установленную на этой шейке эксцентриковую втулку с противовесом, кинематически связанную с кривошипной шейкой с помощью кулисного механизма, состоящего из пальца, запрессованного в отверстие противовеса эксцентриковой втулки, и радиального паза, изготовленного в подвижно установленном на концентричной шейке кривошипного вала зубчатом колесе и в который помещен свободный конец пальца, шатун, свободно установленный на эксцентриковой втулке, и механизм поворота эксцентриковой втулки относительно кривошипной шейки, причем отверстие под палец в противовесе эксцентриковой втулки изготовлено под углом, равным 90^o ± 10^o, к ее эксцентриситету.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемый механизм отличается тем, что отверстие под палец в эксцентриковой втулке изготовлено под углом, равным 90^o ± 10^o, к ее эксцентриситету.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на фиг. 1 которого изображен разрез по А-А конструкции предложенного механизма, на фиг. 2 - разрез по Б-Б фиг. 1, на фиг. 3 - кинематическая схема механизма.

Предложенный механизм регулирования кривошипа переменной длины состоит из кривошипного вала 1 с жестко связанной с ним кривошипной шейкой 2 и подвижно установленной на этой шейке эксцентриковой втулки 3 с противовесом 4, на которую надеваются шатуны, при этом эксцентриситеты шейки 2 и втулки 3 формируют длину радиуса кривошипа. Кинематическая связь между кривошипной шейкой и эксцентриковой втулкой с противовесом осуществляется на основе кулисного механизма, состоящего из радиального паза 5, расположенного на зубчатом колесе 6, подвижно установленном на концентричной шейке 7 вала 1, и запрессованного в отверстии 8, изготовленного в противовесе 4 эксцентриковой втулки, пальца 9, на который надет кулисный камень 10, помещенный в радиальный паз 5.

Также на валу 1 неподвижно установлено зубчатое колесо 11 с противовесом, имеющее такое же число косых зубьев, что и у зубчатого колеса 6, с равным, но противоположно направленным углом их наклона. Зубчатые колеса 6 и 11 входят в зацепление с соответствующими шестернями, неподвижно установленными на регулировочном валу механизма поворота эксцентриковой втулки относительно кривошипной шейки, имеющем возможность осевого перемещения (на чертеже не показан).

Отверстие 8 в противовесе 4 эксцентриковой втулки 3 изготовлено под углом β = 90^°±10^° к ее эксцентриситету (точное значение угла β зависит от конструктивных условий), следовательно и радиальный паз 5 с камнем 10 при монтаже предложенного механизма будет располагаться также под этим же углом к максимальному (развернутому) радиусу кривошипа. Если нет жестких требований к точности уравновешивания узла кривошипного вала, то отверстие 8 можно изготовить и расположить ровно под прямым углом (β = 90^°) к эксцентриситету втулки 3, если есть, - то под несколько отличающимся от него углом β, , что объясняется ограничением размеров сектора (например, равно 180^o), в виде которого изготовлен противовес 4 и измеряемого относительно оси кривошипной шейки 2. На фиг. 1 и 3 обозначено: ОО - ось вращения кривошипного вала 1, O₁O₁ - ось кривошипной шейки 2, вокруг которой поворачивается втулка 3 при регулировании, и O₂O₂ - ось эксцентриковой втулки 3. Точка А на фиг. 3 соответствует месту расположения отверстия 4 и запрессовки пальца 9.

Предложенный механизм регулирования работает следующим образом.

Если нет необходимости изменять длину кривошипа, то кривошипный вал 1 с кривошипной шейкой 2 и подвижной эксцентриковой втулкой 3 вращаются как одно целое с фиксированной длиной кривошипа.

При необходимости изменить радиус кривошипа приводят в действие механизм поворота, при этом регулировочный вал с шестернями перемещается в осевом направлении и заставляет поворачиваться зубчатые колеса 6 и 11 друг относительно друга. Это в свою очередь приводит к повороту эксцентриковой втулки 3 на кривошипной шейке 2, и, следовательно, к изменению радиуса кривошипа. Так как радиальный паз 5 зубчатого колеса 6 расположен под прямым или близким к нему углом β = 90^o ± 10^o к максимальному (развернутому) радиусу кривошипа (рис. 3), то для изменения величины этого радиуса от его максимума до нудя (т.е. для того, чтобы ось О₂ эксцентриковой втулки повернулась вокруг оси О₁ кривошипной шейки ровно на 180^o и совпала бы с осью О вращения кривошипного вала), зубчатому колесу 6 вместе с радиальным пазом 5 необходимо повернуться на кривошипном валу всего на угол Δϕ, существенно меньший 180^o. Причем, если величина угла β лежит в пределах 80...100^o, ее влияние на угол Δϕ пренебрежительно мало. На фиг. 3 отрезки ОА_н и ОА_к изображают положения радиального пава 5, а значит и зубчатого колеса 6, соответственно при максимальном и нулевом радиусах кривошипа.

Как видно из описания и принципа действия, вследствие того, что в предложенном механизме для прохождения всего диапазона регулирования зубчатое колесо 6 с пазом поворачивается вокруг оси кривошипного вала на угол существенно меньший 180^o (как показывают расчеты, экономия составляет около 10%), соответственно и осевые габариты и осевое перемещение регулировочного вала механизма поворота будет существенно меньшим (чем в случае относительного поворота упомянутых выше деталей ровно на 180^o). А это в свою очередь приводит к снижению металлоемкости механизма, к сокращению затрат на его изготовление и повышению его конкурентоспособности.

Механизм регулирования может быть использован в любых преобразователях вращательного движения в возвратно-поступательное с регулируемой длиной хода ползуна или регулируемым углом размаха коромысла. Механизм содержит кривошипный вал с жестко связанной с ним кривошипной шейкой. На ней подвижно установлена эксцентриковая втулка с противовесом, кинематически связанная с кривошипной шейкой с помощью кулисного механизма состоящего из пальца и радиального паза. Один конец пальца запрессован в отверстии противовеса эксцентриковой втулки. Радиальный паз изготовлен в подвижно установленном на концентричной шейке кривошипного вала зубчатом колесе и в него помещен свободный конец пальца. На эксцентриковой втулке свободно установлен шатун. Имеется механизм поворота эксцентриковой втулки относительно кривошипной шейки. Отличием является то, что отверстие под палец в противовесе изготовлено под углом к эксцентриситету эксцентриковой втулки, равным 90^o ± 10^o. Данная конструкция позволяет уменьшить габариты механизма, а также снизить его металлоемкость. 3 ил.

Механизм регулирования кривошипа переменной длины, содержащий кривошипный вал с жестко связанной с ним кривошипной шейкой, подвижно установленную на этой шейке эксцентриковую втулку с противовесом, кинематически связанную с кривошипной шейкой с помощью кулисного механизма, состоящего из пальца, запрессованного в отверстие противовеса эксцентриковой втулки, и радиального паза, изготовленного в подвижно установленном на концентричной шейке кривошипного вала зубчатом колесе и в которой помещен свободный конец пальца, шатун, свободно установленный на эксцентриковой втулке, и механизм поворота эксцентриковой втулки относительно кривошипной шейки, отличающийся тем, что отверстие под палец в противовесе эксцентриковой втулки изготовлено под углом к ее эксцентриситету, равным 90 ± 10^o.