Уравновешенный кривошипно-ползунный механизм Советский патент 1991 года по МПК F16H21/00 F16F15/26 

Фиг.1

Изобретение относится к машиностроению, а именно к кривошипно-пол- зунным преобразователям вращательного движения в возвратно-поступательное ,. и может быть использовано, в частности в поршневых машинах.

Цель изобретения - повышение надежности и долговечности механизма путем исключения вибрации при его pa- JQ боте.

На фиг. 1 показана кинематическая схема механизма с шарнирно-рычажным уравновешивающим устройством в виде ромбоида; на фиг. 2 - то же, с урав- 15 новешивающим устройством в виде антипараллелограмма .

Механизм содержит стойку 1 с прямолинейной направляющей 2, установленный на стойке 1 кривошип 3, евя- 20 занный с ней шарниром 4, установленный в направляющей 2 ползун 5, шатун 6, -одним концом через шарнир 7 связанный с ползуном 5, а другим концом через шарнир b связанный с кривоши- 25 пом 3, и шарнирно-рычажное уравновешивающее устройство в виде короткого и длинного стержней 9 и 10 соответственно, связанных между собой общим шарниром 11. Другим концом стер- зо жень 9 через шарнир 12 связан с кривошипом 3, а стержень 10 через шарнир 13 связан с шатуном 6 (фиг. 1) или другим концом стержень 9 через шарнир 13 связан с шатуном 6, а стержень 10 через шарнир 12 связан с кривошипом 3 (фиг. 2). При этом длина стержня 9 равна расстоянию между шарнирами 8 и

12на кривошипе 3, а длина стержня 10 равна расстоянию между шарнирами 8 и .

13на шатуне 6 так, что в зависимости от расположения общего шарнира 11 стержни 9 и 10 образуют соответствующими отрезками кривошипа 3 и шатуна 6 ромбоид (фиг. 1) или антнпараллелог- ,с рамм (фиг. 2). Длины кривошипа 3, шатуна 6 и стержней 9 и 10 выбирают такими, что отношение длины кривошипа 3 к длине щутуна 6 равно отношению длины стерж- ,« ня 9 к длине стержня 10. Геометри- ческая форма кривошипа 3 и шатуна 6 позволяет сместить шарниры 12 и 13 от продольных осей х и х этих звеньев. При этом продольная ось х кри- вошипа 3 образует угол Об с прямой, соединяющей оси шарниров 8 и 12 и являющейся одной из сторон ромбоида или антипараллелограмма. При проекти35

ровании угол оС может быть выбран в пределах от 0 - 360°.

Параметры геометрии масс звеньев механизма (массы звеньев, моменты инерции масс и статические моменты масс) определены из системы алгебра- ических уравнений

(mj+mg+mj+m),+8,ц-A cosoi 0; S,x- A sinei 0; S2u+ тг1г + В14Г3 cosoi 0;

о;

i S2)f+ В14Ц sin 06

5

0 5 о

с

5

o;

°ty °4X аЖ ЧХ

S ЈU+ 14 1 j 0,

I, + (m,+m1+m,+m4) 1 (+m} (S4,.- )21, cos Oi - I, O; I4 + m2l + m4lj - I4 0,

где m.,m ,т,т4 массы соответственно шатуна, ползуна, короткого стержня и длинного стержня; SU .

54д, 55д - статические моменты масс соответственно кривошипа, шатуна, ползуна, короткого стержня и длинного стержня относительно продольных осей этих звеньев;

,lj-S,

- для механизма на фиг. 1;

+ S4(j,

для механизма на

%,8П,8, V Ч

1,,1г, I.,I4

фиг. 2;

-статические моменты масс соответственно кривошипа, шатуна, ползуна, короткого стержня и длинного стержня относительно поперечных осей этих звеньев;

-моменты инерции масс соответственно кривошипа, шатуна, короткого стержня и длинного стержня относительно точек пересечения продольных и поперечных осей

Ь

этих звеньев (шарниров А,8,12 и 13);

21Г +

10

20

25

- длины соответственно кривошипа, шатуна, короткого стержня и длинного стержня; 06 - угол между продольной осью кривошипа и принадлежащей ему стороной ромбоида или антипараллелограмма.

При проектировании механизма конструктивно задают значение любых семи из восемнадцати параметров геометрии масс, входящих в систему уравнений.

Механизм работает следующим образом.

Вращение кривошипа 3 через шатун 6 преобразуется в возвратно-поступательное движение ползуна Ъ и движение по шатунным кривым стержней 9 и 10. При этом диагонали ромбоида или антипараллелограмма совершают поступательное движение, шарниры 12 и 13 движутся относительно своей диагонали во взаимно противоположных направлениях, а равные по длине .стороны ромбоида или антипараллелограмма поворачиваются навстречу друг другу. Вследствие этого угловая скорость стержня 9 равна и противоположна угловой скорости кривошипа 3, а угловая скорость стержня 10 равна и противоположна угловой скорости шатуна 6

Из фиг. 1 очевидно, чтоСр3

+tf-U, , 4 м - -Ч г а из ИГ« 2 очевидно, что lfj ,Lp4 2fi +(-(JL. Дифференцируя эти зависимости по времени, в обоих случаях получают (0} -СО,, У4 J4.45

Следовательно, в выполненном по предлагаемым схемам механизме обеспечивается равенство нулю главного вектора и главного момента сил инер- ции звеньев механизма при любом зако- 50 не вращения кривошипа, т.е. обеспечивается полная уравновешенность механизма при любых условиях и режимах его работы.

jj

30

35

40

Формула изобретения

Уравновешенный кривошипно-ползун- ный механизм, содержащий стойку с

прямолинейной направляющей, установленный на стойке кривошип, установленный в направляющий ползун, шатун, шарнирно связанный своими концами с кривошипом и ползуном, и шарнирно-ры- чажное уравновешивающее устройство в виде двух стержней разной длины, одними концами через общий шарнир связанных между собой, а другими концами шарнирно связанных короткий - с кривошипом, а длинный - с шатуном, при этом отношение длин короткого и длинного стержней равно отношению j длин кривошипа и шатуна, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и долговечности, стержни образуют с кривошипом и шатуном ромбоид или антипараллелограмм, а параметры масс звеньев механизма определены уравнениями

m,+m2- m3+m4)l;)+S(u-A cosoi 0;

s«L5(nO(,

0;

Sju+ гаг1г+в141 со5( ° S2X+ В14Ц sincxi 0;

0

5

S,jЭЛХ

0;

Sju 1.4 1

°fX

5 - 0;

12

I dnj+n -Hnj+m) 1, -Hnji j(S4,.-mjl,)21 cosod -13 0; - I4 0.

4

mt12+ra414

где .т.т - массы соответственно шатуна, ползуна, короткого стержня и длинного стержня;

45

50

40

5

S|X S2r

4

Sf

(}. «Г Ъ

статические моменты масс соответственно кривошипа, шатуна, ползуна, короткого стержня и длинного стержня относительно продольных осех этих звеньев,

статические моменты масс соответственно кривошипа, шатуна, ползуна, короткого стержня и длинного стержня относительно поперечных осех этих звеньев;

, ,Ј,.,I - моменты инерции

масс соответственно кривошипа, шатуна, короткого стержня 5 и длинного стержня относительно точек пересечения продольны и поперечных осей этих ю звеньев;

| ,1 , Ц ,1ц - длины соответственно кривошипа, шатуна, короткого стержня и длинного 15 стержня; О - угол между продольm jig -SijiJ ,,lj

ной осью кривошипа и принадлежащей ему стороной ромбоида или антипараллелограмма;

- для механизма с уравновешивающим устройством в виде ромбоида;

m44 + S41}

.jlj-S i. для механизма с уравновешивающим устройством в виде антипараллелограмма.

Изобретение относится к криво- шипно-ползунным преобразователям нра- щателыюго движения в вознратно-поступательное и найдет применение в частности в поршневых машинах. Цель изобретения - повышение надежности и долговечности механизма путем исключения вибрации при его работе. Вращение кривошипа 3 через шатун 6 преобразуется в возвратно-поступательное движение ползуна 5 и движение по шатунным кривым стержней 9 и 10 шарнир- но-рычажного уравновешивающего устройства. Угловые скорости стержней 9 и 10 всегда равны и противоположны соответственно угловым скоростям кривошипа 3 и шатуна 6. Поэтому главный вектор и главный момент сип инерции звеньев механизма равны нулю при любом законе вращения кривошипа. 2 ил. (Л с У & to vj о to

Ъ У-.

в

Ч 11 Х5

13 6

Фиг. I

ГГТч У

512 г