Прямолинейно-направляющий механизм Советский патент 1993 года по МПК F16H21/04 

коромысло 4, аналогично закрепленное в стойке 1. шатун 5, выполненный в виде сложного (базисного) звена, представляющего собой двуплечий плоский симметричный рычаг с плечами, образованными двумя стержнями 6 и 7, равными по длине коромыслу 4 и расположенными под прямым углом друг к другу. Вершина прямого угла шатуна 5 и свободные концы стержней 6 и 7 посредством универсальных шарниров 8 подвижно соединены соответственно с коромыслом 4, кривошипом 3 и ползуном 9, установленным в прямолинейных направляющих 1C стойки 1. 1 з.п. ф-лы, 2 ид.

Изобретение относится к машиностроению и приборостроению, а именно к рычаж- ным механизмам, служащим для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, и наоборот. Цель изобретения - расширение кинематических возможностей, повышение надежности и КПД. Механизма за счет воспроизведения ползуном точной прямолинейной траектории движения. Прямолинейно-направляющий механизм содержит неподвижное звено - стойку 1, соединенный подвижно со стенкой 1 посредством цилиндрического шарнира 2 кривошип 3,

Изобретение относится к машиностроению, а именно к рычажным механизмам, служащим для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот, и может быть широко использовано в качестве передаточного устройства для привода различных поршневых машин, станков, сельхозмашин, робототехнических систем и других промышленных установок.

Цель изобретения - расширение кинематических возможностей, повышение надежности и КПД механизма за счет воспроизведения ползуном точной прямолинейной траектории движения,

На фиг.1 изображен общий вид направляющего механизма, представленный в виде кинематической схемы; на фиг,2 - разрез по Б-Б на фиг.1.

Прямолинейно-напр авляющий механизм, выполненный на базе плоского шарнирного четырехзвенника, содержит стойку 1, соединенный подвижно со стойкой 1 посредством цилиндрического шарнира 2 кривошип 3, образующий со стойкой 1 вращательную кинематическую пару О, коромысло 4, аналогично закрепленное в стойке 1 при помощи цилиндрического шарнира 2 (вращательная кинематическая пара Oi), шатун 5, представляющий собой двуплечий (V-образный) симметричный рычаг с плечами, образованными жестко связанными между собой стержнями б и 7, расположенными в одной плоскости и установленными друг к другу под прямым углом, к вершине (точке В) которого присоединено при помощи универсального четы- рехподвижного сферического шарнира 8 коромысло 4, расположенное вне этого угла и образующее при соединении вращательную кинематическую пару В, служащую для компенсации в пространстве погрешностей геометрического расчета, изготовления и монтажа указанных звеньев. Стержень 6 шатуна 5 своим свободным концом шарнир

но соединен с кривошипом 3 при помощи такого же универсального шарнира 8, образуя при этом вращательную пару А, а соответственно свободный конец стержня 7

аналогично, посредством шарнира 8, соединен с ползуном 9, установленным в прямолинейных направляющих 10 стойки 1, образуя в совокупности компенсирующую вращательную кинематическую пару С и поступательную пару d. Универсальный шарнир 8 включает в себя шаровой палец 11, жестко закрепленный своим цилиндрическим концом в отверстии головки коромысла 4 и подвижно установленный в несущей

цилиндрической втулке 12 шатуна 5 при по- мощигОхватывающих его сферическую головку двух вкладышей 13 с внутренними сферическими и наружными цилиндрическими рабочими поверхностями с возможностью их некоторого вращательного и поступательного перемещения относительно продольной и поперечной геометрических осей симметрии (х2, yi, Оз, z) подвижного соединения,.втулки 12, как это

показано на фиг.2, подвижную направляющую шайбу 14 с центральным сквозным отверстием,контактирующую с цилиндрической возвратной пружиной 15, последний виток которой упирается в днище втулки шатуна 5, масленку 16 для смазки подвижных сопряженных элементов и резиновый защитный пыльник 17, В принятой системе плоских координат (хОу) с началом в точке О, лежащим на оси вращения кривошипа 3, линия Oi Oa центров шарниров 2 подвески кривошипа 3 и коромысла 4 к стойке 1 выражается уравнением прямой у х, иначе говоря линия центров OiOa проходит через начало координат О и расположена

под углом 45° к оси у (или оси х), а положение оси xixi направляющих 10 для перемещения ползуна 9, параллельной основной оси Ох, выражается соответственно уравнением прямой у Ь, где ордината b есть расстоя

ние от оси вращения кривошипа 3 до линии Х1Х1 перемещения ползуна 9, т.е. до прямой линии-траектории движения точки С, принадлежащей одновременно шатуну 5 и ползуну 9.

Звенья механизма имеют следующие геометрические размеры: радиус кривошипа 3 равен г, (); длина коромысла 4 равна R, (); а каждый из одинаковых по длине стержней 6 и 7 шатуна 5 имеет ту же длину R, что и коромысло 4 (АВ ВС OiB R).

Межцентровое расстояние шарниров 2 подвески кривошипа 3 и коромысла 4 к стойке 1 равно L, (); а рабочий ход ползуна 9 (расстояние между его левой (ЛМТ) и правой (ПМТ) мертвыми точками) равен Н, причем отношения рабочего хода Н ползуна 9, ординаты Ь, длины R коромысла 4 и межосевого расстояния L шарниров 2 подвески кривошипа 3 и коромысла 4 к радиусу г кривошипа 3 составляют соответственно: 2,87; 3,31; 3,41; 4,76; (,87; ,31; ,41;L/r 4,76).

Приведенные соотношения длин звеньев механизма округлены с точностью до сотых долей и при необходимости могут быть рассчитаны более точно с указанием полей допусков.

Предлагаемый механизм имеет приближенно-гармонический закон движения исполнительного звена (ползуна 9), близкий к синусоидальному. Пассивные связи в механизме исключаются путем введения трех универсальных шарниров 8, обеспечивающих дополнительные степени подвижности.

Стрелками на чертеже показаны направления движения звеньев механизма, а на фиг.2 - объемная система координат X2yi0az с началом в точке Оз, в центре шара сферической головки пальца 11, на котором двусторонними стрелками изображены возможные ограниченные перемещения в пространстве конструктивных элементов четырехподвижных кинематических пар А, В и С.

Направляющий механизм работает следующим образом. При вращении кривошипа 3 вокруг неподвижной оси О цилиндрического шарнира 2 кинематически взаимосвязанное с кривошипом 3 коромысло 4 будет совершать возвратно-вращательное движение вокруг неподвижной оси Oi шарнира 2, шатун 5 будет участвовать в плсокопараллельном движении, причем его особая точка С будет перемещаться по прямой линии, совпадающей с линией xixi, сообщая ползуну 9 возвратно-поступательное движение по оси xixi прямолинейных направляющих 10 стойки 1. Все звенья механизма при этом будут перемещаться в одной вертикальной плоскости хОу, или точнее в плоскостях, параллельных последней, как в обычном плоском механизме; Благода- 5 ря тому, что в каждом из трех универсальных шарниров 8 (кинематические пары А, В и С) допускается некоторое соевое поступательное смещение шарового пальца 11 относительно оси г и ограниченное

0 вращательное движение его вокруг осей Х2, У1 и z с началом координат в точке Оз, как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях полностью компенсируются неточности геометрического расчета линейных и

5 угловых параметров и отдельных конструктивных элементов звеньев и обеспечивается прямолинейное перемещение точки С шатуна 5 и ползуна 9 с чрезвычайно высокой степенью точности, т.е. данный механизм

0 превращается в прецизионно точный направляющий механизм, служащий для преобразования вращательного движения кривошипа 3 в возвратно-поступательное движение ползуна 9. При работе механизма

5 мертвые точки ползуна 9 и коромысла 4 не совпадают и несколько смещены по фазе: раньше достигает крайних положений коромысло 4, что стабильно обеспечивает плавный выход из мертвых точек шатуна 5 при

0. прямом и обратном ходах. При движении точки С по прямой линии xixi полностью устраняется действие вредных боковых (тангенциальных) сил со стороны шатуна 5 на ползун 9, а через последний и на стойку

5 1, и теоретически при абсолютно нулевом значении угла давления резко снижаются потери на трение в поступательной кинематической паре CL благодаря чему рабочие нагрузки почти равномерно распределяют0 ся по всем шарнирам 2 и 8, обеспечивая в целом высокую несущую способность механизма и достаточно высокие рабочие скорости движения его звеньев. В универсальном шарнире 8 при движении звеньев масленка

5 1б обеспечивает хорошие условия смазки шаровой головки пальца 11, втулки 12 и вкладышей 13 через центральное.отверстие направляющей шайбы 14 и пружину 15, выполняющие функции поршневого насоса,

0 перекачивающего масло при незначительном поступательном перемещении подвижных элементов соединения вдоль оси z, a пыльник 17 надежно предохраняет их от попадания пыли, влаги и грязи. Механизм

5 обратим: при ведущем звене - ползуне 9 он обеспечивает преобразование возвратно- поступательного движения последнего во вращательное движение кривошипа 3. Благодаря сравнительно малому углу качания коромысла 4, небольшому радиусу криво-.

шипа 3, рациональным геометрической форме и распределению масс шатуна 5, отсутствию боковых нагрузок, передающихся на ползун 9, удается значительно снизить действия сил инерции первого и второго рода на звенья и легко обеспечить высокую степень уравновешенности всего механизма на фундаменте. Высокая степень точности воспроизведения прямолинейного движения ползуном 9 возможна и потому, что универсальные шарниры 8 при достаточной жесткости и допускаемой упругости всех подвижных конструктивных элементов надежно стабилизируют плавность передачи движения, полностью устраняют жёсткие удары в элементах кинематических пар, способствуют эффективному демпфированию колебаний в течение каждого цикла перемещения звеньев при высоких скоростях вращения кривошипа 3, существенно улучшая при этом виброакустические характеристики механизма и исключая локальные возмущения всей системы его рычагов и шарниров при возможных перегрузках в период установившегося движения.

Формула изобретения.

расширения кинематических возможностей, повышения надежности и КПД за счет воспроизведения точной прямолинейной траектории движения, механизм снабжен

прямолинейной направляющей и установленным в ней с возможностью возвратно- поступательного движения ползуном, шатун выполнен в виде двуплечего рычага, плечи которого взаимно перпендикулярны и

по длине равны длине коромысла, вершина шатуна шарнирно связана с коромыслом, а концы шарнирно связаны с ползуном и кривошипом соответственно, прямая, проходящая через центры шарниров, связывающих

кривошип и коромысло со стойкой, расположена под углом 45° к прямой, перпендику- лярной продольной оси ползуна и проходящей через центр шарнира, связывающего кривошип со стойкой, а длина рабочего хода ползуна, длина коромысла, расстояние между продольной осью ползуна и параллельной ей прямой, проходящей через центр шарнира, связывающего кривошип со стойкой, и расстояние между центрами шарниров, связывающих кривошип и коромысло со стойкой соотносятся между собой как 2,87:3,41:3,31:4,76.

. 2. Механизм по п. 1, от л и ч а ю щ и йся тем, что, с целью компенсации погрешностей геометрического расчета, изготовления и монтажа звеньев, подвижные соединения шатун-ползун, шатун-коромысло и шатун- кривошип выполнены в виде четырехпод- вижных сферических шарниров.

б- 5 повернуто