Шарнирно-рычажный механизм

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к шарнирно-рычажным механизмам. Шарнирно-рычажный механизм содержит стойку, ведущий и ведомый кривошипы, два шатуна и промежуточное звено, которые соединены вращательными шарнирами. Звенья механизма имеют угловые и линейные параметры, удовлетворяющие равенству l₂/sinα₂ = l₃/sinα₃ = l₄/sinα₄ = l₅/sinα₅ = l и неравенству α₃<α₅<α₄<α₂, а также α₆=α₂+α₄,

l₆=l₂+ l₄. Здесь обозначены длины: l - стойки, l₂ - ведущего кривошипа, l₃ - ведомого кривошипа, l₄ - шатуна ведущего кривошипа, l₅ - шатуна ведомого кривошипа, l₆ - промежуточного звена; углы скрещивания: α₂ - ведущего кривошипа, α₃ - ведомого кривошипа, α₄ - шатуна ведущего кривошипа, α₅ - шатуна ведомого кривошипа, α₆ - промежуточного звена. Достигается упрощение конструкции. 2 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в машинах-автоматах многих отраслей промышленности.

Известен шарнирно-рычажный механизм с передаточным отношением, равным двум, содержащий стойку, ведущий и ведомый кривошипы, шарнирно связанные со стойкой, шатуны, шарнирно связанные с ведущим и ведомым кривошипами (Авт. свид. СССР №815365, М. кл. F16H 21/12, Опубл. 23.03.1981, Бюлл. №11). Недостатком этого механизма является то, что он позволяет передавать вращение только с передаточным отношением, равным двум.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является шарнирно-рычажный механизм по Авт. свид. СССР №947535, М. кл. F16H 21/12, Опубл. 30.07.1982, Бюлл. №28.

Механизм содержит стойку, ведущий и ведомый кривошипы, шарнирно связанные со стойкой, шатуны, шарнирно связанные с ведущим и ведомым кривошипами, промежуточное звено, шарнирно связанное с шатунами.

Длина промежуточного звена механизма равна сумме или разности длин ведомого и ведущего кривошипов, а угол скрещивания осей его шарниров равен сумме или разности углов скрещивания осей шарниров ведущего кривошипа с шатуном ведущего кривошипа и ведомого кривошипа со стойкой, длина шатуна ведомого кривошипа равна сумме или разности длины шатуна ведущего кривошипа и длины стойки.

Угол скрещивания осей шарниров ведомого кривошипа и шатуна ведомого кривошипа равен сумме или разности 90° угла скрещивания осей шарниров промежуточного звена и шатуна ведущего кривошипа, отношение длины ведущего кривошипа к синусу угла скрещивания осей шарниров ведущего кривошипа и шатуна ведущего кривошипа равно отношению длины шатуна ведущего кривошипа к синусу угла скрещивания осей шарниров шатуна ведущего кривошипа и промежуточного звена, равно отношению длины ведомого кривошипа к синусу угла скрещивания осей шарниров ведомого кривошипа со стойкой, равно длине стойки, т.е. . Угол скрещивания осей шарниров со стойкой равен 90°.

Недостаток этого механизма заключается в следующем. Во-первых, механизм является мультипликатором, т.е. устройством для увеличения частоты вращения ведомого кривошипа механизма. Так, в этом механизме при одном обороте ведущего кривошипа ведомый кривошип делает три оборота.

Во-вторых, связь между параметрами звеньев механизма достаточно сложная, что затрудняет проектирование механизма и его изготовление.

Цель изобретения - обеспечение редуцирования механизма с передаточным отношением, равным трем, упрощение конструкции и связи между параметрами звеньев механизма.

На фиг. 1 схематически изображена схема механизма, на фиг. 2 - фото модели механизма при разных положениях звеньев.

Отличительными признаками предложенного механизма в сравнении с прототипом являются:

- в предложенном механизме осуществляется редуцирование передачи, в прототипе механизм является мультипликатором, т.е. в предложенном - при трех оборотах ведущего кривошипа ведомый делает один оборот, в прототипе - при одном обороте ведущего кривошипа ведомый делает три оборота;

- в прототипе промежуточное звено имеет угол скрещивания осей шарниров, равный сумме или разности углов скрещивания осей шарниров ведущего кривошипа с шатуном ведущего кривошипа и ведомого кривошипа со стойкой, а длина его равна сумме или разности длин ведомого и ведущего кривошипов. В предложенном механизме промежуточное звено имеет угол скрещивания осей шарниров, равный сумме угла скрещивания осей шарниров ведущего кривошипа и угла скрещивания осей шарниров шатуна ведущего кривошипа, а длина его равна сумме длины ведущего кривошипа и длины шатуна ведущего кривошипа;

- в прототипе длина шатуна ведомого кривошипа равна сумме или разности длин шатуна ведущего кривошипа и длины стойки, в предложенном механизме длина шатуна ведомого кривошипа равна произведению длины стойки на синус угла скрещивания осей шарниров шатуна ведомого кривошипа, т.е. ;

- угол скрещивания осей шарниров ведомого кривошипа и шатуна ведомого кривошипа равен сумме или разности 90° угла скрещивания осей шарниров промежуточного звена и шатуна ведущего кривошипа, в предложенном механизме синус угла скрещивания осей шарниров ведомого кривошипа равен отношению длины его кривошипа к длине стойки, т.е. ;

- в прототипе взаимосвязь между параметрами звеньев определяется выражением , в предложенном механизме связь между параметрами равна ;

- в предложенном механизме углы скрещивания осей шарниров ведущего кривошипа, шатуна ведущего кривошипа, шатуна ведомого кривошипа и ведомого кривошипа связаны неравенством α₃<α₅<α₄<α₂, в прототипе этого условия между углами нет.

Указанная цель достигается тем, что в механизме, содержащем стойку, ведущий и ведомый кривошипы, шарнирно связанные со стойкой и с двумя шатунами, которые шарнирно связаны с промежуточным звеном, промежуточное звено имеет угол скрещивания осей шарниров, равный сумме угла скрещивания осей шарниров ведущего кривошипа и угла скрещивания осей шарниров шатуна ведущего кривошипа, а длина его равна сумме длины ведущего кривошипа и длины шатуна ведущего кривошипа; длина шатуна ведомого кривошипа равна произведению длины стойки на синус угла скрещивания осей шарниров шатуна ведомого кривошипа, т.е. ; синус угла скрещивания осей шарниров ведомого кривошипа равен отношению длины его кривошипа к длине стойки, т.е. ; связь между параметрами равна ; углы скрещивания осей шарниров ведущего кривошипа, шатуна ведущего кривошипа, шатуна ведомого кривошипа и ведомого кривошипа связаны неравенством α₃<α₅<α₄<α₂.

Шарнирно-рычажный механизм (фиг. 1 и фиг. 2) содержит стойку 1, ведущий 2 и ведомый 3 кривошипы, шарнирно связанные со стойкой 1, шатуны 4 и 5, шарнирно связанные соответственно с ведущим 2 и ведомым 3 кривошипами, промежуточное звено 6, шарнирно связанное с шатунами 4 и 5.

Все соединения звеньев выполнены на вращательных шарнирах, оформляемых на моделях подшипниками скольжения (как на фиг. 2), или на подшипниках качения в производственных машинах - автоматах и устройствах. Длины звеньев в механизме определяются кратчайшими расстояниями между геометрическими осями их шарниров. Углы скрещивания отсчитываются против часовой стрелки от оси шарнира, обращенного к наблюдателю. (Скрещивающиеся геометрические оси шарниров - это оси, которые не параллельны и нигде не пересекаются.)

Промежуточное звено 6 имеет угол скрещивания α₆ осей шарниров, равный сумме угла скрещивания α₂ осей шарниров ведущего кривошипа 2 и угла скрещивания α₄ осей шарниров шатуна 4 ведущего кривошипа, т.е. α₆=α₂+α₄, а длина его равна сумме длины ведущего кривошипа 2 и длины шатуна 4 ведущего кривошипа, т.е. ; длина шатуна 5 ведомого кривошипа 3 равна произведению длины стойки 1 на синус угла α₅ скрещивания осей шарниров шатуна 5 ведомого кривошипа 3, т.е. ; синус угла α₃ скрещивания осей шарниров ведомого кривошипа 3 равен отношению длины его кривошипа к длине стойки 1, т.е. ; связь между параметрами звеньев механизма равна

углы скрещивания осей шарниров α₂ ведущего кривошипа 2, шатуна 4 ведущего кривошипа 2 - α₄, шатуна 5 ведомого кривошипа 3 - α₅ и ведомого кривошипа 3 - α₃ связаны неравенством α₃<α₅<α₄<α₂. Угол α₂ может принимать значения в пределах 170…150°. Угол скрещивания осей шарниров стойки 1 равен 90°, расстояние между ними равно .

Механизм работает следующим образом.

При вращении кривошипа 2 движение передается ведомому кривошипу 3 через шатуны 4, 5 и промежуточное звено 6. При этом за три оборота ведущего кривошипа 2 ведомый кривошип 3 делает один оборот. Скорость ведомого кривошипа является переменной, поэтому передаточное отношение, равное трем, нужно считать усредненным. Предлагаемый механизм позволяет передавать вращение между кривошипами, у которых угол скрещивания осей шарниров со стойкой равен 90°.

Пример конструктивного воплощения механизма.

Конструирование механизма начинается с назначения длины стойки 1. Принимается длина стойки 1 (расстояние между осями вращения кривошипов 2 и 3), равная 140 мм. Длина принимается из расчета габаритов механизма.

Принимается значение угла α₂ скрещивания осей шарниров ведущего кривошипа 2 из рекомендуемого предела 170…150°, принимается угол α₂=165°, и определяется кратчайшее расстояние между геометрическими осями шарниров ведущего кривошипа 2, руководствуясь выражением (1) по .

Назначается угол α₄ скрещивания осей шарниров шатуна 4 ведущего кривошипа 2, учитывая неравенство α₃<α₅<α₄<α₂, угол принимается равным 150°. Определяется длина шатуна 4 ведущего кривошипа 2, используя выражение (1). Длина определяется значением .

Из условия неравенства α₃<α₅<α₄<α₂ назначается угол α₅, равный 142°, и определяется длина шатуна 5 ведомого кривошипа 3, используя выражение (1),

.

Из условия неравенства α₃<α₅<α₄<α₂ назначается угол α_з скрещивания осей шарниров ведомого кривошипа 3, равный 135°, и определяется длина ведомого кривошипа 3, используя выражение (1), .

Определяется угол α₆ скрещивания осей шарниров промежуточного звена 6 через сумму углов α₆=α₂+α₄=165°+150°=315° и длина этого звена .

Модель механизма (фиг. 2) показала работоспособность и достоверность технического решения.

Шарнирно-рычажный механизм, содержащий стойку, ведущий и ведомый кривошипы, шарнирно связанные со стойкой и с двумя шатунами, шарнирно связанными с промежуточным звеном, отличающийся тем, что промежуточное звено имеет угол скрещивания α₆ осей шарниров, равный сумме угла скрещивания α₂ осей шарниров ведущего кривошипа и угла скрещивания α₄ осей шарниров шатуна ведущего кривошипа, то есть α₆=α₂+α₄, а длина l₆ его равна сумме длины l₂ ведущего кривошипа и длины l₄ шатуна ведущего кривошипа, то есть l₆=l₂+l₄, длина l₅ шатуна ведомого кривошипа равна произведению длины l стойки на синус угла α₅ скрещивания осей шарниров шатуна ведомого кривошипа, то есть l₅ = l_*sinα_5, синус угла α₃ скрещивания осей шарниров ведомого кривошипа равен отношению длины l₃ его кривошипа к длине l стойки, то есть sinα₃ = l₃/l, связь между параметрами звеньев механизма равна

l₂/sinα₂ = l₃/sinα₃ = l₄/sinα₄ = l₅/sinα₅ = l,

углы скрещивания осей шарниров α₂ ведущего кривошипа, шатуна ведущего кривошипа α₄, шатуна ведомого кривошипа α₅ и ведомого кривошипа α₃ связаны неравенством α₃<α₅<α₄<α₂, угол скрещивания осей шарниров стойки равен 90°, расстояние между ними равно l.