ШАРНИРНЫЙ ЧЕТЫРЕХЗВЕННЫЙ МЕХАНИЗМ В.И. ПОЖБЕЛКО Российский патент 2005 года по МПК F16H21/10 F16H21/14 F16H21/44 

Изобретение относится к устройствам вращательного движения для преобразования вращения ведущего вала в требуемый закон движения рабочего органа, а также к механизмам для воспроизведения сложных кривых и может найти применение в машиностроении для фасонной обработки деталей, а также в автоматических линиях и манипуляторах для согласованного привода нескольких рабочих органов.

Известен шарнирный многозвенный механизм Чебышева, звенья которого образуют со стойкой замкнутую кинематическую цепь с разной длиной звеньев, в котором движение одной из точек шатуна по близкой к окружности траектории обеспечивает в этот период приближенную условную остановку рабочего органа [1].

Недостатками известного механизма являются ограниченные кинематические возможности реализации движения по волнообразной поверхности; происходящее во время приближенной остановки осевое перемещение рабочего органа (например, инструмента - сверла, метчика и т.д.) относительно оси детали при ее обработке недопустимо в машинах-автоматах; кроме того, достигается привод только одного рабочего органа.

Известен также шарнирный многозвенный механизм Кардана, содержащий ведущий кривошип, шатун, ползуны и зубчатое колесо, имеющее привод от кривошипа [2].

Недостатками этого механизма являются сложность конструкции и ограниченные кинематические возможности движения рабочего органа только по прямой [2].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является шарнирный четырехзвенный механизм, содержащий вращающиеся ведущее и ведомое звенья, шарнирно соединенные со стойкой и через шатун между собой, образующие со стойкой замкнутую кинематическую цепь с разной длиной звеньев, в которой рабочий орган соединен с шатуном [3].

Недостатками указанного механизма являются ограниченные кинематические возможности, не позволяющие воспроизводить сложные волнообразные кривые при фасонной обработке деталей и обеспечивать согласованный привод нескольких рабочих органов, в том числе прерывистого движения (требуемого во всех машинах-автоматах).

Цель изобретения - расширение кинематических возможностей за счет обеспечения движения по волнообразной кривой (половина лемнискаты) в сочетании с полуокружностью, а также за счет одновременного привода двух рабочих органов, один из которых вращается с периодическими, точными остановками.

Это достигается за счет того, что противоположно расположенные звенья кинематической цепи механизма выполнены одинаковой длины, шатун сделан большей длины, чем ведущий кривошип, а ведомый кривошип снабжен упругим устройством для его соединения со стойкой и фиксации при сборке механизма в перпендикулярном относительно стойки положении.

На фиг.1 показана кинематическая схема механизма с упругим устройством в виде пружины растяжения; на фиг.2 даны крайние положения звеньев механизма; на фиг.3 показаны возможные траектории движения рабочего органа при его закреплении в разных точках (Е₀, E₁, Е₂) по длине шатуна (АЕ₀=АВ/2; AE₁>АВ/2; АЕ₂<АВ/2). На фиг.4, 5 и 6 показаны варианты выполнения упругого устройства соединения и фиксации ведомого кривошипа на стойке в виде: торсионного вала (фиг.4), подпружиненной рейки с зубчатым колесом (фиг.5) или двух подпружиненных роликовых толкателей с кулачком (фиг.6). На фиг.7 дана схема механизма с дополнительным приводом периодического поворота с точной остановкой ведомого колеса 11, передающего прерывистое движение на второй рабочий орган (не показан).

Механизм содержит ведущий кривошип 1 и ведомый кривошип 2, шарнирно соединенные непосредственно со стойкой и посредством шатуна 3 между собой и образующие со стойкой 4 замкнутую кинематическую цепь с разной длиной звеньев. Противоположно расположенные звенья цепи выполнены одинаковой длины (O₁A=ВO₂, АВ=O₁O₂), шатун 3 сделан большей длины, чем ведущий кривошип 1 (АВ>AO₁). Ведомый кривошип 2 снабжен упругим устройством 5, соединяющим его со стойкой и фиксирующим ведомый кривошип при сборке механизма в перпендикулярном относительно стойки положении. Упругое устройство 5 соединения и фиксации кривошипа 2 относительно стойки 4 может быть выполнено в виде: пружины растяжения (фиг 1); торсионного вала (фиг.4); подпружиненной рейки в зацеплении с соосно закрепленным на ведомом кривошипе 2 зубчатым колесом 7 (фиг.5); симметрично расположенных относительно оси вращения ведомого кривошипа 2 подпружиненных упоров в виде двух подпружиненных роликовых толкателей, взаимодействующих с соосно закрепленным на ведомом кривошипе 2 вдоль его длины односторонне выпуклым кулачком 8. Шатун 3 снабжен подвижным ползуном 6 для закрепления на нем рабочего органа с возможностью перемещения по длине шатуна и последующей фиксации в разных его точках (Е₀, E₁, Е₂).

В перпендикулярном относительно стойки положении ведомого кривошипа 2 устройство 5 не создает на нем упругий момент (M_y=0), а при отклонении звена 2 от указанного нейтрального положения сила от деформации упругого устройства 5 будет создавать на звене 2 относительно точки O₂ упругий момент, направленный в разные стороны.

Для обеспечения от ведущего кривошипа 1 привода периодического поворота другого рабочего органа - на ведомом кривошипе в точке С посередине его длины шарнирно установлено зубчатое колесо 9 в зацеплении с двумя другими зубчатыми колесами 10 и 11, выполненными одинакового диаметра. Колесо 10 жестко закреплено на шатуне 3 со стороны ведомого кривошипа, а колесо 11 свободно установлено на оси ведомого кривошипа и кинематически связано с приводом второго рабочего органа (на фиг.7 не показан).

Механизм работает следующим образом.

При вращении ω ₁ ведущего кривошипа 1 из крайнего левого положения I (фиг.2, а) в крайнее правое II (фиг.2, б) - растянутая пружина упругого устройства 5 создает на ведомом кривошипе 2 упругий момент (M_y) в направлении ω ₁ и механизм работает по схеме параллелограмма (фиг.1) с движением точки Е шатуна по полуокружности (фиг.3). При дальнейшем вращении ведущего кривошипа 1 в направлении ω ₁ растянутая пружина будет создавать на ведомом кривошипе 2 упругий момент (M_y) в другую сторону, т.е. против ω ₁ - в результате этого ведомый кривошип 2 при обратном переходе из крайнего положения II в крайнее положение I будет вращаться в другую сторону относительно ω ₁ и механизм превратится в антипараллелограмм с движением точки Е шатуна по волнообразной половине лемнискаты (фиг.3). Перемещая ползун 6 по длине шатуна 3, можно получить как симметричную волнообразную кривую (точка Е₀), так и несимметричную (точки E₁ и Е₂).

Особенностью работы рассматриваемого механизма по схеме параллелограмма (фаза поворота ведущего кривошипа на угол ω ₁=0-180° из I из II) является синхронное вращение ведомого кривошипа 2 с той же скоростью ω ₂=ω ₁ и круговое поступательное движение шатуна 3 с угловой скоростью ω ₃=0, в результате чего ведомая шестерня 11 при движении точки Е по полуокружности (фиг.3) будет оставаться абсолютно неподвижной. При дальнейшем повороте ведущего кривошипа 1 на угол ϕ ₁=180° -360° (т.е. обратно из II в I) работа механизма по схеме антипараллелограмма приводит к вращению ведомого кривошипа 2 с переменной угловой скоростью ω ₂≠_{ω 1, из-за чего возникает скорость шатуна ω 3≠0 и вращение ведомой шестерни 11 (в этот период точка Е перемещается по волнообразной половине лемнискаты).}

Достигаемый в предлагаемом механизме положительный эффект заключается в расширении кинематических возможностей механизма за счет:

1. Реализации движения рабочего органа по лемнискате в сочетании с полуокружностью (что позволяет производить фасонную обработку волнообразных деталей и регулировку профиля волны (фиг.3, б)) с отводом инструмента из зоны обработки в исходное положение по полуокружности (сечение обрабатываемой детали на фиг.3 заштриховано).

2. Обеспечения согласованного привода периодического поворота дополнительного рабочего органа с продолжительной точной остановкой ведомого колеса 11 в пределах поворота ведущего кривошипа 1 на угол 180° .

Источники информации, принятые во внимание:

1. Боренштейн Ю.П. Исполнительные механизмы со сложным движением рабочих органов. - Л.: Машиностроение, 1973, с. 12, рис. 13 - аналог.

2. Там же, с. 16, рис. 19 - аналог.

3. Озол О.Г. Теория механизмов и машин. Пер. с латыш. /Под ред. Кожевникова С.Н. - М.: Наука, 1984, с. 81, рис. 5.1 - прототип.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в устройствах для воспроизведения сложных кривых и технологическом оборудовании для фасонной обработки деталей. Механизм содержит ведущий 1 и ведомый 2 кривошипы, шарнирно соединенные посредством шатуна 3, длина которого больше длины каждого из кривошипов. Ведомый кривошип 2 соединен со стойкой 4 упругим устройством 5. Шатун 3 снабжен подвижным ползуном 6 для закрепления на нем рабочего органа, установленным с возможностью перемещения по длине шатуна и последующей фиксации на нем. Технический результат заключается в расширении кинематических возможностей механизма за счет обеспечения движения первого рабочего органа по волнообразной кривой в сочетании с полуокружностью и вращения второго рабочего органа с периодическими, точными остановками. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Шарнирный четырехзвенный механизм, содержащий ведущий и ведомый кривошипы, шарнирно соединенные непосредственно со стойкой и посредством шатуна между собой и образующие со стойкой замкнутую кинематическую цепь с разной длиной звеньев, отличающийся тем, что противоположно расположенные звенья цепи выполнены одинаковой длины, шатун сделан большей длины, чем ведущий кривошип, ведомый кривошип снабжен упругим устройством для его соединения со стойкой и фиксации при сборке механизма в перпендикулярном относительно стойки положении, а шатун снабжен подвижным ползуном для закрепления на нем рабочего органа, установленным с возможностью перемещения вдоль шатуна и последующей фиксации на нем.2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что упругое устройство выполнено в виде пружины растяжения, шарнирно связывающей ведомый кривошип со стойкой.3. Механизм по п.1, отличающийся тем, что упругое устройство выполнено в виде торсионного вала, жестко соединенного одним концом с ведомым кривошипом перпендикулярно последнему, а другим концом - со стойкой.4. Механизм по п.1, отличающийся тем, что упругое устройство выполнено в виде подпружиненной относительно стойки зубчатой рейки в зацеплении с соосно закрепленным на ведомом кривошипе зубчатым колесом.5. Механизм по п.1, отличающийся тем, что упругое устройство выполнено в виде установленных на стойке подпружиненных упоров, взаимодействующих с ведомым кривошипом в крайних положениях механизма при расположении всех его звеньев на одной линии.6. Механизм по п.5, отличающийся тем, что расположенные на стойке упоры выполнены в виде двух симметрично расположенных относительно оси вращения ведомого кривошипа подпружиненных роликовых толкателей, поочередно взаимодействующих с односторонне выпуклым кулачком, соосно закрепленным на ведомом кривошипе вдоль его длины.7. Механизм по п.1, отличающийся тем, что на ведомом кривошипе в точке посередине его длины шарнирно установлено зубчатое колесо, входящее в зацепление с установленными по разные стороны от него двумя другими зубчатыми колесами одинакового диаметра, одно из зубчатых колес одинакового диаметра жестко закреплено на шатуне со стороны ведомого кривошипа, а другое свободно установлено на оси ведомого кривошипа и кинематически связано с приводом второго рабочего органа для обеспечения его периодического поворота.