КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ Российский патент 2004 года по МПК G01F15/04 G01F3/02 F16H21/18 

Изобретение касается кривошипно-шатунного механизма для чувствительного к температуре устройства, в частности для сильфонного газометра, и включает

- вращающуюся вокруг оси деталь;

- по крайней мере один элемент кривошипно-шатунного механизма, соединенный с элементом кривошипно-шатунного механизма с возможностью поворота;

- по крайней мере один поворотный рычаг, соединенный с элементом кривошипно-шатунного механизма с возможностью поворота;

- воспринимающий элемент, соединенный с поворотным рычагом, и

- зависимый от температуры корректирующий элемент, определяющий угловое положение поворотного рычага.

Сильфонные газометры работают до меньшей мере с одним отсеком, который разделяется на два помещения с помощью подвижной мембраны. Оба помещения попеременно подключаются то к подводу газа, то к сбросу газа. Циклическое переключение обеспечивается шиберной системой, возвратно-поступательные движения которой обеспечиваются мембраной, а именно путем промежуточного включения кривошипно-шатунного механизма, причем элемент кривошипно-шатунного механизма приводится в движение мембраной, в то время как шиберная система получает импульс от вращающейся детали.

По общему правилу вращающаяся деталь выполняется в виде вала, в то время как воспринимающий элемент представляет собой шатунный палец. Возможно также иное исполнение кривошипно-шатунного механизма. Например, вращающаяся деталь может представлять собой простой диск, в то время как воспринимающий элемент выполняется в виде отверстия для контакта с болтом.

Область применения кривошипно-шатунного механизма чрезвычайно разнообразна. Преимущественная область применения изобретения - газометры, в особенности бытовые газометры (газовые счетчики), монтируемые при подключении отдельных потребителей к газовой сети. Описание изобретения дается однако на примере сильфонного газометра, поскольку в нем усматривается предпочтительное применение изобретения.

Сильфонные газометры чувствительны к температуре, что является прежде всего следствием зависимости плотности газа от температуры (изменение температуры на 3К соответствуют изменению объема примерно на 1%). Газ подводится по трубопроводам, пролегающим в грунте, и поэтому находится в основном при постоянной температуре. Если помещение, где устанавливается сильфонный газометр, также в основном находится в условиях постоянной температуры, то очевидно никаких трудностей возникать не будет. Проблемы возникают именно тогда, когда сильфонный газометр устанавливается на внешней стене здания и подвергается там изменениям температуры, которые вполне могут составлять от 60 до 70К. Здесь вступает в действие чувствительный к температуре корректирующий элемент, определяющий угловое положение поворотного рычага.

Из практики известно (см. выложенную заявку DE №4205135 А1, ФРГ с приоритетом от 20.02.1992 г. - ближайший аналог), что поворотный рычаг устанавливается таким образом, что он смещает корректирующий воспринимающий элемент по радиусу по отношению к оси вращающейся детали. Корректирующий элемент согласно выложенной заявке DE 4205135 A1 расположен между воспринимающим элементом и элементом кривошипа. Корректирующий элемент может быть выполнен из биметаллической пластины U-образной формы или в форме спирали и закреплен с одного конца на элементе кривошипа, а на другом конце имеет воспринимающий элемент. Это приводит к тому, что изменяется сдвиг мембраны сильфонного газометра. Пропускаемый на один счетный шаг объем адаптируется к преобладающей внешней температуре.

Было установлено, что температурная коррекция кривошипно-шатунного механизма может быть улучшена. Задачей данного изобретения и является улучшение температурной коррекции кривошипно-шатунного механизма.

Для решения этой задачи создан кривошипно-шатунный механизм, который отличается тем, что воспринимающий элемент может смещаться по отношению к поворотному рычагу с помощью управляющего устройства, которое адаптируется к специфической температурной зависимости прибора, чувствительного к температуре.

В основе изобретения лежит понимание того, что температурная зависимость устройства, например сильфонного газометра, является специфической для данного прибора. Ранее это не учитывалось при температурной коррекции. Вследствие этого различным конструкциям приборов соответствовали различные кривые распределения ошибок обусловленные тем, что адаптированная к определенному типу прибора температурная коррекция, имеющая достаточную точность, при применении на приборах иного типа давала недопустимые отклонения в кривой распределения ошибок.

В соответствии с изобретением управляющее устройство адаптировано к специфической температурной зависимости прибора данной конструкции. Также как и ранее поворотный рычаг осуществляет зависящее от температуры смещение кривошипно-шатунного механизма в зависимости от корректирующего элемента. Это смещение производится путем действия управляющего устройства, которое смещает воспринимающий элемент по отношению к поворотному рычагу. Таким образом, кривая распределения ошибок может быть оптимизирована через управляющее устройство индивидуально для каждого прибора.

Прежде всего, возникает возможность смещения воспринимающего элемента не только радиально, но и по касательной по отношению к оси вращающейся детали. Благодаря этому изменяется угловое смещение воспринимающего элемента по отношению к элементу кривошипно-шатунного механизма и тем самым по отношению к вращающейся детали. Применительно к сильфонному газометру это означает, что изменяется опережение управлением шибером по отношению к возвратно-поступательному движению мембраны. Если радиальное смещение воспринимающего элемента через сдвиг мембраны приводит к перемещению всей кривой распределения ошибок в направлении к нулевой линии, то перестановка по касательной приводит к сглаживанию кривой распределения ошибок. В целом достигается специфичная для данного прибора оптимизация температурной корректировки.

При дальнейшем развитии этого изобретения предлагается связывать управляющее устройство с чувствительным к температуре корректирующим элементом, причем эта связь предпочтительно осуществляется через поворотный рычаг воспринимающего элемента, угловое положение которого определяется корректирующим элементом и тем самым представляет зависящий от температуры показатель.

Предпочтительная форма исполнения изобретения отличается тем, что управляющая система содержит в элементе кривошипно-шатунного механизма кулису, в которую вводится воспринимающий элемент. Посредством формы кулисы можно простейшим образом установить соответствующую характеристику температурной коррекции. Если корректирующий элемент производит поворот поворотного рычага, то одновременно происходит смещение воспринимающего элемента относительно поворотного рычага. Сдвиг кривошипно-шатунного механизма и опережение адаптируются тем самым путем одной и той же активации корректирующего элемента к соответствующей температуре.

Особо благоприятные условия возникают из-за того, что воспринимающий элемент может смещаться по отношению к поворотному рычагу по направлению к центру вращения.

Центр вращения поворотного рычага может находиться в любом месте на элементе кривошипно-шатунного механизма. Осуществляемое через поворотное движение поворотного рычага перемещение воспринимающего элемента допускает любое проведение кулисы.

Особое преимущество представляет собой расположение центра вращения поворотного рычага на элементе кривошипно-шатунного механизма эксцентрично по отношению к оси вращающейся детали. Поворотный рычаг в этих условиях может быть направлен по существу по касательной относительно элемента кривошипно-шатунного механизма с тем последствием, что прилагаемые к воспринимающему элементу усилия могут быть передаваемы без существенной нагрузки поворотного рычага через стенки кулисы.

С этой точки зрения особым преимуществом является то, что линия, проходящая через воспринимающий элемент и центр вращения, и линия, проходящая через воспринимающий элемент и ось вращающейся детали, образуют прямой угол.

В дальнейшем развитии изобретения предлагается устанавливать чувствительный к температуре корректирующий элемент с опорой на элемент кривошипно-шатунного механизма, причем этот элемент имеет приводной рычаг, подвижно контактирующий с поворотным рычагом, и направлен на центр вращения поворотного рычага. Передаточное отношение между приводным рычагом корректирующего элемента и поворотным рычагом может таким образом быть установлено очень просто заранее, так как оно зависит от расстояния между центром вращения поворотного рычага и точкой контакта приводного рычага.

Большие преимущества дает выполнение приводного рычага корректирующего элемента в качестве свободного конца биметаллического элемента, имеющего форму спирали.

Далее дается пояснение данного изобретения на примере предпочтительного исполнения изобретения в соответствии с чертежом.

Чертеж показывает схематический разрез кривошипно-шатунного механизма.

Кривошипно-шатунный механизм содержит вращающуюся деталь 1 в форме вала, которая соединяется с элементом кривошипно-шатунного механизма 2, имеющим форму диска с возможностью вращения. Элемент кривошипно-шатунного механизма 2 несет на себе воспринимающий элемент 3 в форме шатунного пальца.

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для чувствительного к температуре устройства, в данном случае для сильфонното газометра. Мембрана сильфонного газометра, приводимая в возвратно-поступательное движение, соединена с шатунным пальцем и приводит таким образом в движение вал. Последний несет на себе по меньшей мере один эксцентрик для воздействия на шиберную систему и соединен далее со счетным механизмом.

Воспринимающий элемент 3 имеет возможность перемещения в поворотном рычаге 4, который крепится в центре вращения 5 на элементе кривошипно-шатунного механизма с возможностью вращения. Кроме того, воспринимающий элемент 3 контактирует через кулису 6 с элементом кривошипно-шатунного механизма.

С целью температурной корректировки кривошипно-шатунный механизм снабжен корректирующим элементом 7, в данном случае биметаллическим элементом в форме спирали, свободный конец которого образует приводной рычаг 8. Он подвижно контактирует - предпочтительно через опору ножевой резки - с поворотным рычагом 4 и в сущности направлен на его центр вращения 5. При изменении температуры корректирующий элемент 7 изменяет угловое положение поворотного рычага 4. Тем самым изменяется положение воспринимающего элемента 3 относительно оси вращающейся детали как в радиальном, так и в касательном направлении. Перемещение в радиальном направлении изменяет длину хода мембраны (при повышении температуры увеличивается длина хода), перемещение в направлении по касательной изменяет опережение шиберной системы.

Прохождение кулисы 6 определяется экспериментально в зависимости от доли ошибок и адаптируется к специфической для данного прибора температуре относящегося к нему сильфонного газометра. Таким способом можно очень точно адаптировать к соответствующей внешней температуре длину хода мембраны и опережение шиберной системы. Следствием этого является оптимизированное прохождение кривой распределения ошибок (построенной по объемному току). Прохождение кулисы 6 адаптируется индивидуально к каждому типу прибора.

В производственно-техническом отношении проявляется очень большое преимущество в том, что с одним и тем же кривошипно-шатунным механизмом может работать множество типов приборов, причем лишь кулиса 6 кривошипно-шатунного механизма 2 должна иметь различную форму. Дальнейшие изменения - поскольку они необходимы - вполне возможны на основе стандартных модулей.

Так на чертеже показаны расстояния Х и У, которыми определяется передаточное отношение между корректирующим элементом 7 и поворотным рычагом 4. Изменение и адаптация передаточного отношения, таким образом беспроблемно возможны, будь то путем смещения корректирующего элемента, будь то путем замены поворотного рычага.

Центр вращения 5 поворотного рычага 4 располагается эксцентрично по отношению к оси вращающейся детали 1. При этом компоновка производится так, что основная составляющая F_z максимального передаваемого усилия F_max передается от воспринимающего элемента 3, который соединен с ним со смещением в направлении на центр вращения 5 поворотного рычага 4, через кулису 6 непосредственно в элемент кривошипно-шатунного механизма. Ось вращающейся детали 1, центр вращения 5 поворотного рычага 4 и воспринимающий элемент 3 образуют по существу прямоугольный треугольник, гипотенуза которого проходит между осью вращающейся детали 1 и центром вращения 5.

Существенное значение имеет то, что корректирующий элемент 7 не испытывает влияния усилий, передаваемых через воспринимающий элемент 3.

Кривошипно-шатунный механизм позволяет осуществлять мельчайшие замеры, так что допустимы очень малые габариты счетчика. В рамках данного изобретения вполне возможны видоизменения. Во всяком случае, как правило, будет сохраняться предпочтительная основная компоновка, согласно которой вал и шатунный палец располагаются параллельно оси, в то время как корректирующее движение поворотного рычага осуществляется в вертикальной плоскости. Вместо биметаллического корректирующего элемента в форме спирали могут применяться и другие температурно-чувствительные элементы, а именно предпочтительно такие, которые создают достаточно большие сдвигающие усилия без сервоподдержки. Как показано, эксцентричное расположение поворотного рычага имеет особые преимущества, однако имеется также и возможность переместить центр вращения поворотного рычага при соответствующем выполнении кулисы на ось вала. Во всяком случае будут прилагаться усилия к тому, чтобы создать такую кинематику, при которой с одной стороны небольшие температурные изменения не вызывали бы заметных смещений шатунного пальца, а с другой стороны, чтобы коррекции поддавался большой диапазон температур.

Основная настройка кривошипно-шатунного механизма осуществляется при средней нормальной температуре 15 или 20 градусов Цельсия. При этой температуре поворотный рычаг занимает определенное положение, так что и шатунный палец также находится в определенном положении. К этому положению путем соответствующих предварительных регулировок должны быть приспособлены длина хода мембраны и опережение шибера. Для этого, в отличие от показанного на чертеже, элемент кривошипно-шатунного механизма смещается в целом по отношению к валу, а именно таким образом, что шатунный палец занимает точную позицию как по касательной, так и в радиальном направлении.

Изобретение относится к кривошипно-шатунным механизмам для чувствительного к температуре устройства, в частности для сильфонного газометра. Кривошипно-шатунный механизм для чувствительного к температуре устройства включает в себя вращающуюся вокруг оси деталь 1, соединенную с возможностью поворота с элементом кривошипно-шатунного механизма 2. На элементе кривошипно-шатунного механизма 2 подвижно расположен поворотный рычаг 4, соединенный с воспринимающим элементом 3. Чувствительный к температуре корректирующий элемент 7 опирается на элемент кривошипно-шатунного механизма 2 и контактирует с поворотным рычагом 4 с целью определения его положения. Воспринимающий элемент 3 устанавливается на поворотном рычаге 4 с возможностью сдвига и контактирует с кулисой 6 элемента кривошипно-шатунного механизма 2, при этом кулиса 6 выполняется в соответствии со специфической для донного прибора температурной зависимостью. Технический результат заключается в улучшении точности показаний сильфонных газометров при работе в условиях изменяющейся температуры. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Кривошипно-шатунный механизм для чувствительного к температуре устройства, в частности для сильфонного газометра, с вращающейся вокруг оси деталью (1), по меньшей мере одним элементом кривошипно-шатунного механизма (2), соединенного с возможностью вращения с вращающейся деталью (1), по меньшей мере одним поворотным рычагом (4), соединенным с возможностью вращения с элементом кривошипно-шатунного механизма (2), воспринимающим элементом (3), соединенным с поворотным рычагом (4) и чувствительным к температуре корректирующим элементом (7), который определяет угловое положение поворотного рычага (4), отличающийся тем, что воспринимающий элемент (3) может смещаться по отношению к поворотному рычагу (4) посредством управляющего устройства, которое адаптировано к температурной зависимости чувствительного к температуре устройства.2. Кривошипно-шатунный механизм по п.1, отличающийся тем, что управляющее устройство связано с чувствительным к температуре корректирующим элементом (7).3. Кривошипно-шатунный механизм по п.2, отличающийся тем, что управляющее устройство через поворотный рычаг (4) воспринимающего элемента (3) связано с чувствительным к температуре корректирующим элементом (7).4. Кривошипно-шатунный механизм по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что управляющее устройство имеет кулису (6), выполненную в элементе кривошипно-шатунного механизма (2), в которую введен воспринимающий элемент (3).5. Кривошипно-шатунный механизм по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что воспринимающий элемент (3) может смещаться относительно поворотного рычага (4) в направлении к его центру вращения (5).6. Кривошипно-шатунный механизм по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что центр вращения (5) поворотного рычага (4) установлен эксцентрично по отношению к оси вращающейся детали (1) на элементе кривошипно-шатунного механизма (2).7. Кривошипно-шатунный механизм по п.6, отличающийся тем, что линия, проходящая через воспринимающий элемент (3) и центр вращения (5) поворотного рычага (4), образует, по существу, прямой угол с линией, проходящей через воспринимающий элемент (3) и ось вращающейся детали (1).8. Кривошипно-шатунный механизм по одному из пп.1-7, отличающийся тем, что чувствительный к температуре корректирующий элемент (7) опирается на элемент кривошипно-шатунного механизма (2) и имеет подвижно контактирующий с поворотным рычагом (4) приводной рычаг (8), который направлен на центр вращения (5) поворотного рычага (4).9. Кривошипно-шатунный механизм по п.8, отличающийся тем, что приводной рычаг (8) корректирующего элемента (7) выполнен в виде свободного конца биметаллического элемента вформе спирали.