Способ уравновешивания рычажного механизма

 

Изобретение может быть использовано в машинах, имеющих рычажные преобразующие механизмы. В качестве звеньев используют звенья, массу каждого из которых при его конструктивном оформлении распределяют так, чтобы при замене массы такого звена на три приведенные массы, сосредоточенные в центрах его шарниров и в центре масс звена, величина этих приведенных масс определялась из выражений mA=IS/(b-b')b; mB=IS/bb'; mS=m-[IS/(b-b')b'], где m - масса звена; IS - момент инерции звена относительно оси, проходящей через центр масс этого звена; mA, mB и mS - величины приведенных масс звена, сосредоточенных соответственно в центрах шарниров и центре масс звена; b - кинематический размер звена; b' - расстояние от центра масс звена до центра одного из шарниров. Величину приведенной к центру масс звена массы mS рассчитывают и проектируют из условия создания таких инерционных нагрузок на это звено, которые своим воздействием на звенья механизма обеспечивали бы возникновение минимально возможной реакции в любой, исходя из постановки задачи, кинематической паре. Применение предложенного способа уравновешивания повышает КПД механизма. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть применено в машинах, имеющих рычажные преобразующие механизмы, например, в двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, импульсных вариаторах и других устройствах.

Известен способ статического уравновешивания рычажного механизма (см., например, Щепетильников В.А. Уравновешивание механизмов. - М.: Машиностроение, 1982. - С. 46, рис. 40, 41), заключающийся в том, что массу звеньев рычажного механизма заменяют тремя приведенными массами, сосредоточенными в центрах их шарниров и в центре масс звеньев, которые затем уравновешивают с помощью противовесов, расположенных на продолжении звеньев за их шарнирами, причем противовесы располагают таким образом, чтобы общий центр масс всего механизма переместился в точку, лежащую на стойке.

Недостаток этого способа уравновешивания заключается в том, что при установке противовесов на продолжении звеньев приходится или применять противовесы со значительными массами или располагать их на большом расстоянии от центров шарниров. Это приводит к неконструктивным размерам и конфигурации звеньев, чрезмерному увеличению габаритов и металлоемкости механизма. Поэтому на практике ограничиваются лишь частичным (неполным) уравновешиванием, что в конечном итоге ухудшает динамику машины со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Известен также способ уравновешивания рычажного механизма (см., например, авт. свид. N 1414973 СССР, БИ N 29, 1988), принятый за прототип, заключающийся в том, что уравновешивают массу каждого из звеньев рычажного механизма, распределяя ее при конструктивном оформлении так, чтобы при замене массы такого звена на три приведенные массы, сосредоточенные в центрах его шарниров и центре масс звена, величина этих приведенных масс определялась из выражений: где m - масса звена; Is - момент инерции звена относительно оси, проходящей через центр масс звена; mA, mB, mS - величины приведенных масс звена, сосредоточенных соответственно в центрах шарниров и в центре масс звена; B - кинематический размер звена; B' - расстояние от центра масс звена до центра одного из шарниров, причем величину приведенной к центру масс звена массы mS рассчитывают и проектируют из условиях равенства ее нулю.

С помощью применения таких звеньев повышается точность уравновешивания, снижается металлоемкость и габариты противовесов. Однако известный способ уравновешивания рычажного механизма не позволяет целенаправленно снижать реакцию в той или иной кинематической паре механизма, так как при использовании этого известного способа при замене массы звена тремя приведенными массами приведенная к его центру масс масса может принимать только одно значение, равное нулю. Следовательно силы инерции и моменты сил инерции, возникающие при движении такого звена, могут также принимать только одно какое-то определенное значение (при данном положении механизма), а значит, и реакции в кинематических парах, обусловленные этими инерционными нагрузками, также будут принимать только одно соответствующее значение.

На практике же часто требуется уменьшить максимальную величину реакции в какой-то конкретной кинематической паре (например, в коренном подшипнике, поршневом пальце, паре цилиндр-поршень и т.п.) в зависимости от значимости данной пары и условия ее работы. С помощью известного способа уравновешивания решить эту проблему не удается.

Цель предлагаемого изобретения - повышение ресурса и надежности рычажных механизмов за счет снижения максимальных реакций в кинематических парах, а следовательно, и сил трения.

Поставленная цель достигается с помощью предложенного способа уравновешивания рычажного механизма, заключающегося в том, что уравновешивают массу каждого из звеньев рычажного механизма, распределяя ее при конструктивном оформлении так, чтобы при замене массы такого звена на три приведенные массы, сосредоточенные в центрах его шарниров и центре масс звена, величина этих приведенных масс определялась из выражений: где m - масса звена; IS - момент инерции звена относительно оси, проходящей через центр масс этого звена; mA, mB, mS - величины приведенных масс звена, сосредоточенных соответственно в центрах шарниров и центре масс звена; B - кинематический размер звена; B' - расстояние от центра масс звена до центра одного из шарниров, причем величину приведенной массы mS рассчитывают и проектируют посредством варьирования геометрическими параметрами звена, которые обеспечивают инерционную нагрузку, необходимую для создания минимально возможной реакции в той или иной кинематической паре механизма.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемый способ уравновешивания рычажного механизма отличается тем, что величину приведенной массы mS рассчитывают и проектируют посредством ваpьирования геометрическими параметрами звена, которые обеспечивают инерционную нагрузку, необходимую для создания минимально возможной реакции в той или иной кинематической паре механизма.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на фиг. 1 которого схематично изображено одно из звеньев любого рычажного механизма, например шатуна; на фиг. 2 - его динамическая модель.

Способ реализуется следующим образом.

Шатун заменяется независимым стержнем с тремя приведенными точечными массами mA, mB и mS. Система из трех указанных масс шатуна, сосредоточенных в центрах его шарниров и в центре масс, в динамическом отношении является полностью эквивалентной системе реального шатуна.

Условия приведения масс: m = mA + mB + mS; mA(B - B') = mB B'; IS = mA(B - B')2 + mB(B')2, где m - масса шатуна; IS - момент инерции шатуна относительно оси, проходящей через его центр масс; mA и mS - приведенные массы шатуна, сосредоточенные соответственно в центрах шарниров A и B; mS - приведенная масса шатуна, сосредоточенная в центре масс шатуна; B - кинематический размер шатуна (расстояние между шарнирами); B' - расстояние от центра масс шатуна до центра шарнира (например, центра шарнира B).

Решая систему уравнений, получают:
Шатун проектируют сначала из условий прочности и устойчивости. Затем начинают варьировать его геометрическими параметрами, например изменяют толщину, ширину или форму поперечного сечения образующих его элементов. Этими параметрами варьируют до тех пор, сохраняя при этом исходное значение массы шатуна m, пока приведенная масса mS (она может быть как положительной, так и отрицательной величиной) не станет обладать такой величиной, при которой соответствующая ей инерционная нагрузка (совместно с установленными в механизме противовесами) будет способствовать снижению реакции в той или иной кинематической паре. Причем можно определить оптимальное значение массы mS, которое совместно с противовесами будет обеспечивать минимально возможную величину данной реакции.

Как видно из описания, применение предложенного способа уравновешивания рычажного механизма позволяет снижать в определенной степени реакции в наиболее важных или нагруженных кинематических парах рычажного механизма или его отдельных звеньях и узлах, что приводит к повышению надежности и долговечности машин. Поскольку из-за снижения реакций в кинематических парах происходит уменьшение и сил трения, то это влечет за собой повышение КПД, экономию топлива, энергии и т.п. Кроме того, учет реакций, возникающих от действия инерционных нагрузок, совместно с реакциями, возникающими от действия внешних рабочих нагрузок, открывает новые перспективы предложенного способа уравновешивания механизмов по дальнейшему снижению максимальных величин реакций в кинематических парах, динамической нагруженности, снижению количества перекладок зазоров в парах, уравновешиванию механизмов на фундаменте и др. , что существенно расширяет область применения предложенного способа уравновешивания и повышает его конкурентоспособность.


Формула изобретения

Способ уравновешивания рычажного механизма, заключающийся в том, что уравновешивают массу каждого из звеньев рычажного механизма, распределяя ее при конструктивном оформлении так, чтобы при замене массы такого звена на три приведенные массы, сосредоточенные в центрах его шарниров и центре масс звена, величина этих приведенных масс определялась из выражений

где m - масса звена;
IS - момент инерции звена относительно оси, проходящей через центр масс этого звена;
mA, mB и mS - величины приведенных масс звена, сосредоточенных соответственно в центрах шарниров и центре масс звена;
b - кинематический размер звена;
b' - расстояние от центра масс звена до центра одного из шарниров;
отличающийся тем, что величину приведенной массы m рассчитывают и проектируют посредством варьирования геометрическими параметрами звена, которые обеспечивают инерционную нагрузку, необходимую для создания минимально возможной реакции в той или иной, исходя из постановки задачи, кинематической паре механизма.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при конструировании и разработке одноцилиндровых двигателей внутреннего сгорания (ДВС)

Изобретение относится к уравновешиванию машин, а более точно к устройствам уравновешивания сил инерции поступательно движущихся масс в поршневых машинах, и может быть использовано для уменьшения колебаний поршневых машин, преимущественно двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с шатунно-кривошипными механизмами преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатых валов, и наоборот

Изобретение относится к уравновешиванию машин, а именно к устройствам уравновешивания моментов сил инерции поступательно движущихся масс в поршневых машинах, и может быть использовано для уменьшения колебаний поршневых машин, преимущественно двигателей внутреннего сгорания, с шатунно-кривошипными механизмами преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатых валов

Изобретение относится к уравновешиванию машин, а более точно к механизмам уравновешивания сил инерции и моментов сил инерции в машинах, и может быть использовано для уменьшения колебаний поршневых машин, преимущественно двигателей внутреннего сгорания, с шатунно-кривошипными механизмами преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатых валов

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при уравновешивании подвижных масс станов холодной прокатки труб с подвижной и стационарной клетью для уравновешивания динамического момента на валу привода

Изобретение относится к кривошипно-ползунным преобразователям нращателыюго движения в вознратно-поступательное и найдет применение в частности в поршневых машинах

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для уравновешивания двигателей внутреннего сгорания

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для уравновешивания моментов сил инерции в машинах с рычажными преобразующими механизмами

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для уравновешивания кривошипно-шатунного механизма, в частности двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано как стационарный двигатель для дизель-электрической станции и как энергетическая установка для судна

Изобретение относится к поршневым двигателям, в частности к двигателям внутреннего сгорания

Изобретение относится к поршневым двигателям, в частности к балансировочному валу поршневого двигателя. Уравновешивающий вал (1) включает опорную шейку (2), на которой уравновешивающий вал (1) установлен в подшипнике, участок (10), на котором зубчатое колесо (5) соединено с уравновешивающим валом без возможности проворота или на котором уравновешивающий вал (1) и зубчатое колесо (5) выполнены монолитно, и участок (8) дисбаланса, на котором расположен дисбаланс, причем зубчатое колесо выполнено из чугуна с шаровидным графитом с незакаленными зубьями (11). Изобретение также относится к зубчатому колесу для уравновешивающего вала и поршневому двигателю с установленным в нем уравновешивающим валом (1). В случае установки через подшипники скольжения уравновешивающий вал (1) может быть выполнен из стали или чугуна, а его опорные шейки (2) могут быть выполнены закаленными или незакаленными. Если уравновешивающий вал (1) устанавливается в подшипниках качения с прямым контактом тел качения с рабочей поверхностью подшипника, то его выполняют из стали, а опорную шейку закаливают. Изобретение направлено на повышение эксплуатационной стойкости. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 7 ил.

Система (131) масс противоположного вращения предназначена для использования с рядным четырехцилиндровым двигателем внутреннего сгорания, содержащим масляный поддон (134) и имеющим последовательность работы цилиндров 1-3-4-2 (4.1, 4.3, 4.4, 4.2), для уравновешивания знакопеременных усилий второго порядка, образуемых на ведущем валу двигателя. Система размещена в масляном поддоне и содержит центральную опору (21) и две пары эксцентриковых масс (22, 23, 24, 25) противоположного вращения, выступающие с двух противоположных сторон опоры, и два зубчатых колеса (28, 29), каждое из которых размещено соосно с соответствующей парой эксцентриковых масс противоположного вращения. Каждое зубчатое колесо размещено между двумя соответствующими эксцентриковыми массами и остается с одной стороны центральной опоры. Зубчатые колеса зацепляются друг с другом. Одно из зубчатых колес выполнено с возможностью приведения во вращение соответствующей шестерни приводного вала. Уменьшаются габариты системы. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение может быть использовано в рядных двигателях внутреннего сгорания, применяемых для моторных транспортных средств. Многоцилиндровый рядный двигатель внутреннего сгорания для моторного транспортного средства содержит коленчатый вал (10), выполненный с возможностью вращения вокруг своей оси (15) во время работы двигателя, совокупность колен (11, 12, 13) кривошипа, расположенных друг за другом вдоль оси коленчатого вала. Каждое колено (11, 12, 13) кривошипа связано с поршнями соответствующего цилиндра (1, 2, 3) двигателя. Двигатель снабжен компенсирующим устройством для по меньшей мере частичной компенсации инерционных сил, образуемых на коленчатом валу (10) вращающимися массами. Компенсирующее устройство содержит по меньшей мере две уравновешивающих массы (31, 32). Имеется устройство для изменения положения по меньшей мере одной уравновешивающей массы (31) относительно коленчатого вала (10) в зависимости от частоты вращения двигателя. Раскрыт способ эксплуатации в транспортном средстве многоцилиндрового рядного двигателя внутреннего сгорания. Технический результат заключается в уменьшении частоты колебаний жесткого корпуса трансмиссии в направлении вдоль транспортного средства при изменении частот вращения двигателя. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к многоцилиндровому рядному двигателю внутреннего сгорания для моторного транспортного средства, содержащему коленчатый вал (10), вращающийся вокруг оси (15) коленчатого вала во время работы двигателя внутреннего сгорания, и множество колен (11, 12, 13) кривошипа, следующих друг за другом по оси коленчатого вала, причем каждое колено (11, 12, 13) кривошипа связано с соответствующим цилиндром (1, 2, 3) в двигателе внутреннего сгорания, и компенсирующее устройство для по меньшей мере частичной компенсации инерционных сил, образуемых на коленчатом валу (10) вращающимися массами. Компенсирующее устройство содержит по меньшей мере две уравновешивающие массы (31,32), причем они расположены с учетом тензора инерции таким образом, что возникающий во время эксплуатации двигателя внутреннего сгорания вектор колебания трансмиссии проходит под углом γ≠0 относительно вертикали, причем результирующее колебание тангажа трансмиссии меньше, чем в варианте с вертикально направленным вектором колебания. Техническим результатом является улучшение устойчивости к вибрациям транспортного средства. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх