МЕХАНИЗМ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ СИЛОВЫХ НАГРУЗОК Российский патент 1999 года по МПК F16H21/00 

Предлагаемое изобретение относится к кривошипно-коромысловым механизмам (шарнирным четырехзвенникам) и может быть использовано в составе механического оборудования, работающего при значительных силовых нагрузках.

Известен кривошипно-коромысловый механизм, на базе которого построены храповые устройства конвейеров, подъемников, элеваторов и других устройств, совершающих прерывистые движения. Данный механизм содержит шарнирно связанные кривошип, шатун, коромысло и стойку. С коромыслом шарнирно связана ведущая собачка для взаимодействия с зубьями храпового колеса, соосного оси качания коромысла (Артоболевский С.И. Теория механизмов и машин. - М.: Высшая школа, 1965. - С. 270, рис. 213).

Основным недостатком кривошипно-коромыслового механизма в составе храпового устройства, передающего значительную силовую нагрузку, является недостаточно высокая его эффективность из-за завышенного расхода мощности на обеспечение прерывистого движения исполнительных органов и других элементов машины. Этот недостаток вызывается несоответствием переменной силовой работоспособности механизма характеру изменения передаваемой технологической нагрузки. Несоответствие же является результатом существующей неопределенности в оценке силовой работоспособности кривошипно-коромысловых механизмов, которая затрудняет выбор предпочтительного механизма.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности за счет уменьшения расхода мощности при передаче механизмом мало изменяющихся по величине силовых нагрузок.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в механизме для передачи силовых нагрузок, например мало изменяющихся по величине, содержащем шарнирно связанные кривошип, шатун, коромысло и стойку, соотношение длин звеньев соответствует выражению
(λ₁+λ₃)²+λ22

= 1, (1)
где λ₁= r/d - относительная длина кривошипа;
λ₂= l/d - относительная длина шатуна;
λ₃= b/d - относительная длина коромысла;
r, l, b - соответственно длина кривошипа, шатуна, коромысла;
d - длина стойки: расстояние между центрами вращения кривошипа и качания коромысла.

При этом относительная длина кривошипа может изменяться в пределах, определяемых выражением 0<λ₁<0,2071, а относительные длины шатуна и коромысла в пределах, определяемых выражением 0<λ₂ (или λ₃)<1.
Заявляемый механизм отличается от прототипа значениями геометрических параметров, т.е. такими значениями длин звеньев в указанных пределах их изменения, при которых гарантированно выполняется равенство (1). Кроме того, предложенный механизм отличается текущим положением звеньев, обеспечивающим максимально возможное значение угла передачи в интервале рабочего хода коромысла.

Для механизма, удовлетворяющего равенству (1), характерно то, что функция его силовой работоспособности в интервале рабочего хода близка к своему среднему постоянному значению, при этом минимум функции приходится на интервал холостого хода. Такой характер изменения функции в интервале кинематического цикла оказывается благоприятным для передачи мало изменяющейся при рабочем ходе технологической нагрузки, аналогичной изменению силы при работе храпового устройства. Благоприятно, что варьируя длины звеньев механизма в соответствии с равенством (1), можно иметь функцию угла передачи при больших или меньших значениях ее ординат. Этим обеспечивается возможность выбора механизма предпочтительного с учетом абсолютных значений величины передаваемой нагрузки.

Таким образом, выражение (1) определяет геометрические параметры механизма, который может обеспечивать передачу силовой нагрузки при значениях движущей силы, мало отличающихся от значений силы полезного сопротивления. Это способствует выравниванию движущего момента на валу кривошипа и уменьшению расхода мощности на реализацию процесса, т.е. повышению эффективности работы храпового устройства.

Предлагаемый механизм для передачи силовых нагрузок поясняется чертежами, где на фиг. 1 механизм представлен в положении OABO₁, соответствующем максимальному углу передачи, и в крайних положениях OA₁B₁O₁ и OA₂B₂O₁; на фиг. 2 изображен график изменения угла передачи в интервале рабочего хода механизма, соответствующего выражению (1) при λ₁= (0,125),λ₂= 0,866 и λ₃= 0,375 с абсолютными значениями длин звеньев, мм: r = 15, l = 104, b = 45 и d = 120.

Механизм для передачи силовых нагрузок содержит шарнирно связанные кривошип 1, шатун 2, коромысло 3 и стойку 4, при этом соотношение длин звеньев соответствует выражению (1). С коромыслом 3 шарнирно связана ведущая собачка 5 для взаимодействия с зубьями насаженного на вал храпового колеса 6, при этом ось качания коромысла соосна оси вращения вала храпового колеса.

Четырехшарнирный кривошипно-коромысловый механизм в составе храпового устройства работает следующим образом.

При вращении кривошипа 1 коромысло 3 совершает возвратно-поворотные движения, состоящие из рабочего и холостого ходов. В интервале рабочего хода коромысла 3 ведущая собачка 5 воздействует на храповое колесо 6, которое сообщает нагруженному валу поворотное движение, в результате коромысло воспринимает близкую к постоянной технологическую нагрузку. Сопротивление, оказываемое этой нагрузкой движению коромысла, преодолевается развиваемой в шатуне 2 необходимой движущей силой. При этом, поскольку изменение угла передачи кривошипно-коромыслового механизма соответствует характеру технологической нагрузки, движущая сила в шатуне будет мало отличаться от силы полезного сопротивления и будет близка к постоянному ее значению.

Выполнение длин звеньев механизма в соответствии с равенством (1) обеспечивает необходимые условия для повышения эффективности его работы при передаче мало изменяющихся по величине силовых нагрузок.

Механизм может быть использован в составе механических устройств, предназначенных для реализации энергоемких операций с мало изменяющейся по величине нагрузкой. Механизм содержит шарнирно связанные кривошип, шатун, коромысло и стойку. С коромыслом шарнирно связана ведущая собачка для взаимодействия с зубьями храпового колеса, насаженного на вал, при этом ось качания коромысла соосна оси вращения вала. Длины звеньев механизма подобраны таким образом, что максимальное значение угла передачи достигается внутри интервала рабочего хода, а минимум угла приходится на интервал холостого хода. Это обеспечивает уменьшение расхода мощности при выполнении энергоемких операций с мало изменяющейся по величине нагрузкой. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Механизм для передачи силовых нагрузок, выполненный в виде шарнирного четырехзвенника, содержащий шарнирно связанные кривошип, шатун, коромысло и стойку, отличающийся тем, что соотношение длин звеньев соответствует выражению
λ22

+(λ₁+λ₃)² = 1,
где λ₁ = r/d - относительная длина кривошипа;
λ₂ = l/d - относительная длина шатуна;
λ₃ = b/d - относительная длина коромысла;
r, l, b - соответственно длина кривошипа, шатуна, коромысла;
d - длина стойки: расстояние между центрами вращения кривошипа и качания коромысла. 2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что относительная длина кривошипа составляет до 0,2071 длины стойки, а относительные длины шатуна и коромысла не достигают единицы.