Кривошипно-ползунный механизм богданова со звеном, движущимся прямолинейно-поступательно

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к кривошипно-ползунным механизмам. Кривошипно-ползунный механизм со звеном, движущимся прямолинейно-поступательно, содержит основание, ползун, кривошип, две пары рычагов и восемь шатунов. Свободный конец одного рычага шарнирно связан с одним концом шестого шатуна, другой конец которого связан с промежуточным шарниром пятого шатуна так, что рычаг, шестой шатун, участок пятого шатуна с частью кривошипа образуют параллелограмм. Свободный конец одного рычага из другой пары рычагов шарнирно связан с одним концом восьмого шатуна, другой конец которого шарнирно связан с одним концом четвертого шатуна, другой конец которого связан с шарниром, размещенным в промежуточном шарнире первого шатуна так, что рычаг из другой пары рычагов, восьмой и четвертый шатуны и с частью первого шатуна образуют параллелограмм. Достигается компактность механизма. 2 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к преобразователям равномерного вращения ведущего звена в прямолинейное поступательное шатуна, и найдет применение в различных областях техники и, в частности, в строительных, сельскохозяйственных и других машинах.

Известен направляющий кривошипно-ползунный механизм Артоболевского со звеном, движущимся прямолинейно-поступательно, включающий основание с прямолинейной направляющей, установленный на основании кривошип, шатун, длина которого равна удвоенной длине кривошипа, шарнирно связанный серединой с кривошипом и являющийся одновременно звеном шарнирного параллелограмма, другое звено которого, связанное шарнирно с концом шатуна, несет в середине ползун, установленный в направляющей, параллельной горизонтальной оси X. При повороте кривошипа звено параллелограмма, параллельное звену, на котором установлен ползун, движется по оси Y прямолинейно-поступательно. [Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. - М.: Наука, т. 2, с. 479, рис. 1482].

Недостатками этого механизма являются громоздкая кинематическая связь кривошипа с прямолинейно-поступательным звеном, направляющая с ползуном установлена вне координатных осей, что увеличивает громоздкость, снижает компактность и ограничивает технические возможности связи с другими механизмами и системами машин и его применения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является кривошипно-ползунный механизм со звеном, движущимся прямолинейно-поступательно, содержащий основание с прямолинейной направляющей, установленный в направляющей ползун, установленный на основании кривошип, первый шатун, равный удвоенной длине кривошипа и который шарнирно связан своей серединой с кривошипом, а одним концом - с ползуном, с другим концом шатуна одним концом шарнирно связан второй шатун, с другим концом которого связан одним концом третий шатун, равный длине кривошипа и связанный другим концом шарнирно с одним концом расположенного горизонтально или под углом четвертого шатуна, равным длине второго шатуна и который другим концом связан шарнирно с кривошипом, несет горизонтальную консоль и образует с третьим, вторым и половиной первого шатуна параллелограмм, а на консоли четвертого шатуна установлен скользящий по ней шарнир, с которым связаны два равных по длине звена, другие концы которых связаны с шарнирами, установленными на кривошипе и первом шатуне так, что образуют с ними ромб [патент №2568160 по заявке 2013158195, МПК F16H 21/00 - прототип].

Недостатком механизма является громоздкость механизма по вертикали, что ограничивает технические возможности его применения и компактную связь с другими механизмами и системами машин.

Технический результат предлагаемого изобретения - расширение технических возможностей применения механизма, повышение его компактности, повышение компактности связи механизма с другими механизмами и системами машин.

Заявляемое изобретение направлено на решение технической задачи - расширение технических возможностей применения механизма, повышение его компактности, повышение компактности связи механизма с другими механизмами и системами путем введения дополнительных звеньев, иного выполнения и соединения звеньев и изменения их кинематических связей.

Техническая задача решается тем, что кривошипно-ползунный механизм со звеном, движущимся прямолинейно-поступательно, содержащий основание с прямолинейной направляющей, установленный в направляющей ползун, установленный на основании кривошип, первый шатун, который шарнирно связан с кривошипом, а с другим концом шатуна одним концом шарнирно связан второй шатун, с другим концом которого шарнирно связан одним концом третий шатун и расположенный горизонтально или под углом четвертый шатун, равный длине второго шатуна, кроме этого механизм снабжен двумя равными по длине звеньями, связанными одними концами шарниром; в котором механизм дополнительно снабжен пятым, шестым, седьмым и восьмым шатунами, одной парой рычагов, равных каждый длине одного из двух равных по длине звеньев и жестко связанных одними концами в линию шарниром, другой парой рычагов жестко связанных одними концами в линию шарниром, длина первого шатуна равна одной длине кривошипа и одним концом первый шатун шарнирно связан с кривошипом, который дополнительно снабжен одним промежуточным шарниром, с которым связан одним концом пятый шатун, равный длине участка кривошипа от основания до его промежуточного шарнира, своим другим концом пятый шатун шарнирно связан с ползуном и снабжен промежуточным шарниром на расстоянии от шарнирного соединения его с кривошипом, равном длине одного звена из двух равных по длине звеньев, кроме этого первый шатун дополнительно снабжен одним промежуточным шарниром на расстоянии от шарнирного соединения его с кривошипом, равном длине одного звена из двух равных по длине звеньев, а кривошип дополнительно снабжен другим промежуточным шарниром, в котором размещен шарнир, жестко связывающий одними концами в линию одну пару рычагов, равных каждый длине одного из двух равных по длине звеньев, причем свободный конец одного рычага шарнирно связан с одним концом шестого шатуна, другой конец которого связан с промежуточным шарниром пятого шатуна так, что рычаг, шестой шатун, участок пятого шатуна между его промежуточным шарниром и промежуточным шарниром кривошипа и с частью кривошипа между его одним и другим промежуточными шарнирами образуют параллелограмм, а свободный конец другого рычага из одной пары рычагов шарнирно связан с одним концом седьмого шатуна, другой конец которого связан с одним промежуточным шарниром первого шатуна так, что другой рычаг из одной пары рычагов, седьмой шатун, участок первого шатуна между его одним промежуточным шарниром и шарниром связи кривошипа с первым шатуном и с частью кривошипа между его другим промежуточным шарниром и шарниром связи его с первым шатуном образуют параллелограмм, кроме этого первый шатун дополнительно снабжен другим промежуточным шарниром, в котором размещен шарнир, жестко связывающий одними концами в линию другую пару рычагов, причем свободный конец одного рычага из другой пары рычагов шарнирно связан с одним концом восьмого шатуна, другой конец которого шарнирно связан с одним концом четвертого шатуна, другой конец которого связан с шарниром, размещенным в промежуточном шарнире первого шатуна так, что рычаг из другой пары рычагов, восьмой и четвертый шатуны с частью первого шатуна между его одним и другим промежуточными шарнирами образуют параллелограмм, а свободный конец другого рычага из второй пары рычагов шарнирно связан с одним концом третьего шатуна, другой конец которого шарнирно связан со вторым шатуном так, что рычаг из другой пары рычагов, третий и второй шатуны с частью первого шатуна между его другим промежуточным шарниром и шарниром связи его со вторым шатуном образуют параллелограмм, кроме этого третий шатун равен длине участка первого шатуна между шарниром связи с ним второго шатуна и его другого промежуточного шарнира, а седьмой шатун снабжен консолью, жестко связанной с ним, длина которой равна длине одного из двух равных по длине звеньев и связанных между собой шарниром, причем одно из этих звеньев своим другим концом связано шарнирно с консолью седьмого шатуна, а другое звено своим другим концом связано с шарниром, размещенным в шарнирном соединении кривошипа с первым шатуном так, что два равных по длине звена с консолью седьмого шатуна и участком первого шатуна между шарнирами связи седьмого шатуна и кривошипа с первым шатуном образуют ромб, который снабжен вертикальным стержнем, связанным одним концом с шарниром, размещенным в шарнирном соединении двух равных по длине звеньев, а другим концом скользит в шарнире четвертого шатуна, размещенном в шарнирном соединении седьмого шатуна с первым шатуном, и удерживает четвертый шатун в горизонтальном положении или под углом.

Сущность изобретения заключается в том, что механизм дополнительно снабжен пятым, шестым, седьмым и восьмым шатунами, одной парой рычагов, равных каждый длине одного из двух равных по длине звеньев и жестко связанные одними концами в линию шарниром, другой парой рычагов жестко связанные одними концами в линию шарниром, длина первого шатуна равна одной длине кривошипа и одним концом первый шатун шарнирно связан с кривошипом, который дополнительно снабжен одним промежуточным шарниром, с которым связан одним концом пятый шатун, равный длине участка кривошипа от основания до его промежуточного шарнира, своим другим концом пятый шатун шарнирно связан с ползуном и снабжен промежуточным шарниром на расстоянии от шарнирного соединения его с кривошипом, равным длине одного звена из двух равных по длине звеньев, кроме этого первый шатун дополнительно снабжен одним промежуточным шарниром на расстоянии от шарнирного соединения его с кривошипом, равным длине одного звена из двух равных по длине звеньев, а кривошип дополнительно снабжен другим промежуточным шарниром, в котором размещен шарнир, жестко связывающий одними концами в линию одну пару рычагов, равные каждый длине одного из двух равных по длине звеньев, причем свободный конец одного рычага шарнирно связан с одним концом шестого шатуна, другой конец которого связан с промежуточным шарниром пятого шатуна так, что рычаг, шестой шатун, участок пятого шатуна между его промежуточным шарниром и промежуточным шарниром кривошипа и с частью кривошипа между его одним и другим промежуточными шарнирами образуют параллелограмм, а свободный конец другого рычага из одной пары рычагов шарнирно связан с одним концом седьмого шатуна, другой конец которого связан с одним промежуточным шарниром первого шатуна так, что другой рычаг из одной пары рычагов, седьмой шатун, участок первого шатуна между его одним промежуточным шарниром и шарниром связи кривошипа с первым шатуном и с частью кривошипа между его другим промежуточным шарниром и шарниром связи его с первым шатуном образуют параллелограмм, что существенно уменьшает габариты механизма по вертикали и повышает его компактность. Дополненные к механизму пятый, шестой и седьмой шатуны, два равные по длине рычаги, образующие с кривошипом параллелограммы, обеспечивают компактную связь с другими механизмами и системами, а также точное, как и у прототипа, прямолинейно поступательное движение концевой точки первого шатуна, равного, в отличие от прототипа, одной длине кривошипа, и соответственно шарнир, связывающий первый и второй шатуны, будет двигаться также прямолинейно-поступательно по горизонтальной оси при более компактном механизме, что направлено на достижение заявленного технического результата - повышение технических возможностей применения механизма.

Кроме этого снабжение первого шатуна дополнительно другим промежуточным шарниром, в котором размещен шарнир, жестко связывающий одними концами в линию другую пару рычагов, причем свободный конец одного рычага из другой пары рычагов шарнирно связан с одним концом восьмого шатуна, другой конец которого шарнирно связан с одним концом четвертого шатуна, другой конец которого связан с шарниром, размещенным в промежуточном шарнире первого шатуна так, что рычаг из другой пары рычагов, восьмой и четвертый шатуны и с частью первого шатуна между его одним и другим промежуточными шарнирами образуют параллелограмм, а свободный конец другого рычага из второй пары рычагов шарнирно связан с одним концом третьего шатуна, другой конец которого шарнирно связан со вторым шатуном так, что рычаг из другой пары рычагов, третий и второй шатуны с частью первого шатуна между его другим промежуточным шарниром и шарниром связи его со вторым шатуном образуют параллелограмм, кроме этого третий шатун равен длине участка первого шатуна между шарниром связи с ним второго шатуна и его другого промежуточного шарнира, обеспечивает компактную связь механизма с другими механизмами и системами машин для достижения заявленного технического результата.

Далее, снабжение седьмого шатуна консолью, жестко связанной с ним, длина которой равна длине одного из двух равных между собой звеньев, причем одно из двух равных по длине и связанных шарниром звеньев своим другим концом связано шарнирно с консолью седьмого шатуна, а другое звено своим другим концом связано с шарниром, размещенным в шарнирном соединении кривошипа с первым шатуном так, что два равных по длине звена с консолью седьмого шатуна и участком первого шатуна между шарнирами связи седьмого шатуна и кривошипа с первым шатуном образуют ромб, который снабжен вертикальным стержнем, связанным одним концом с шарниром, размещенным в шарнирном соединении двух равных по длине звеньев, а другим концом скользит в шарнире четвертого шатуна, размещенном в шарнирном соединении седьмого шатуна с первым шатуном, и удерживает четвертый шатун в горизонтальном положении или под углом, обеспечивает горизонтальное положение или положение под углом четвертого шатуна и соответственно такое же положение связанного с ним параллелограммами второго шатуна. Так как второй шатун связан с шарниром первого шатуна, который движется прямолинейно-поступательно по горизонтальной оси, то второй шатун превращается в звено механизма, движущееся прямолинейно-поступательно при более компактном механизме, что существенно расширяет технические возможности применения механизма.

Кроме этого третий шатун, в сравнении с прототипом, меньше по длине и равен длине участка первого шатуна между шарнирами связи второго и седьмого шатунов с первым шатуном, что повышает компактность механизма, а также компактность связи его с другими механизмами и системами и расширяет технические возможности его применения. Так, например, в устройстве с шарнирной рамой на базе предлагаемого механизма, при соединении рабочего органа машины ко второму шатуну для его прямолинейно-поступательного движения и возможностью поворота рабочего органа вокруг точки крепления его ко второму шатуну обеспечивается компактность связи механизма с рабочим органом. Это обусловлено тем, что в предлагаемой схеме механизма третий шатун, связанный со вторым шатуном, расположен так, что не ограничивает поворот рабочего органа устройства.

Таким образом, путем введения дополнительных звеньев, иного выполнения и соединения звеньев и изменения их кинематических связей достигается заявленный технический результат - расширение технических возможностей применения механизма, повышение его компактности, повышение компактности связи механизма с другими механизмами и системами, а в новой совокупности признаков возникает новое техническое свойство механизма - при повороте кривошипа, как ведущего звена, второй шатун движется точно прямолинейно-поступательно относительно горизонтальной оси при более компактном механизме, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию новизны и изобретательского уровня.

Заявляемое изобретение поясняется графическим материалом:

- на фиг. 1 показана схема механизма при повороте кривошипа на 30° и дополнительно показано положение второго и четвертого шатунов под углом в тонких линиях;

- на фиг. 2 показана схема механизма при повороте кривошипа на 60°.

Механизм содержит основание 1 с прямолинейной направляющей 2, установленный на основании кривошип 3, ползун 4, установленный в направляющей 2, первый шатун 5, равный длине кривошипа 3, который снабжен одним В и другим W промежуточными шарнирами.

Механизм содержит второй 6, третий 7, четвертый 8, пятый 9, шестой 10, седьмой 11 и восьмой 12 шатуны, два равных по длине рычага 13 и 14, жестко связанные между собой в линию шарниром, размещенным в промежуточном шарнире W кривошипа 3.

Пятый шатун 9 одним концом связан с кривошипом 3 промежуточным шарниром В, а другим концом шарниром D связан с ползуном 4 и снабжен промежуточным шарниром Р, с которым связан одним концом шестой шатун 10, другой конец которого связан шарниром Н со свободным концом рычага 13, которые образуют с частью кривошипа 3 между его одним В и другим W промежуточными шарнирами параллелограмм BPHW. Со свободным концом рычага 14 шарнирно связан седьмой шатун 11, который своим другим концом шарнирно связан с одним промежуточным шарниром K первого шатуна 5 и снабжен консолью 15, жестко связанной с ним.

Первый шатун 5 связан одним концом шарниром N с кривошипом 3 и снабжен другим промежуточным шарниром О, в котором размещен шарнир, жестко связывающий одними концами в линию другую пару рычагов 16 и 17. С другим концом шарниром С первый шатун 5 шарнирно связан со вторым шатуном 6. С другим концом второго шатуна 6 одним концом шарниром Е связан одним концом третий шатун 7, равный длине участка первого шатуна 5 между другим его промежуточным шарниром О и шарниром С связи его со вторым шатуном 6.

Другой конец третьего шатуна 7 шарниром U шарнирно связан со свободным концом рычага 16 из другой пары рычагов так, что второй 6 и третий 7 шатуны, рычаг 16 и с частью первого шатуна 5 между его другим промежуточным шарниром О и шарниром С связи первого шатуна 5 со вторым шатуном 6 образуют параллелограмм UOCE.

Свободный конец другого рычага 17 из другой пары рычагов шарниром Т шарнирно связан с восьмым шатуном 12, другой конец которого связан шарниром L с одним концом расположенного горизонтально или под заданным углом четвертого шатуна 8, который равен длине второго шатуна 6. Четвертый шатун 8 своим другим концом связан с шарниром F, размещенным в шарнирном соединении К седьмого шатуна 11 с первым шатуном 5 и образует с восьмым 12 и вторым 6 шатунами, рычагом 17 и с частью первого шатуна 5 между его одним К и другим О промежуточными шарнирами параллелограмм KLTO.

Кроме этого механизм содержит два равных по длине звена 18 и 19, связанных одними концами шарниром R. Звено 18 своим другим концом связано с консолью 15 седьмого шатуна 11 шарниром М, а звено 19 своим другим концом связано с шарниром S, размещенным в шарнирном соединении N кривошипа 3 с первым шатуном 5 так, что звенья 18 и 19 с консолью 15 седьмого шатуна 11, равной длине одного из двух звеньев 18 и 19, и участком первого шатуна 5 между шарнирами K и N связи кривошипа 3 и седьмого шатуна 11 с первым шатуном 5, также равного длине одного из двух звеньев 18 и 19 образуют ромб KSRM. Кроме этого длина каждого рычага 13 и 14, расстояние между промежуточными шарнирами Р на пятом шатуне 9 и В на кривошипе 3 равно длине одного звена из двух равных по длине звеньев 18 и 19.

Ромб KSRM снабжен вертикальным стержнем 20, связанным жестко одним концом с шарниром V, размещенным в шарнирном соединении R двух равных по длине звеньев 18 и 19, а другим концом скользит в шарнире F четвертого шатуна 8, размещенном в шарнирном соединении К седьмого шатуна 11 с первым шатуном 5. Шарнир F жестко связан с четвертым шатуном 8 и посредством стержня 20, скользящего в нем, удерживает четвертый шатун 8 в горизонтальном положении или под углом.

Механизм работает следующим образом.

При повороте кривошипа 3 на угол ϕ от вертикальной оси Y направляющей 2 связанный с кривошипом 3 пятый шатун 9 перемещает ползун 4 по направляющей 2. Шестой 10 и седьмой 11 шатуны входят в связанные между собой рычагами 13, 14 параллелограммы BPHW и NKGW и поэтому удерживают первый шатун 5 параллельно пятому шатуну 9, а в силу равенства длины первого шатуна 5 длине кривошипа 3 обеспечивается перемещение концевой точки первого шатуна 5 и его шарнира С точно по горизонтальной оси X.

Звенья 18 и 19 ромба KSRM удерживают четвертый шатун 8 точно в горизонтальном положении или под заданным углом, как показано на фиг. 1 в тонких линиях, посредством стержня 20, связанного жестко с шарниром V, размещенным в шарнирном соединении R этих звеньев, и скользящего в шарнире F, жестко связанном с четвертым шатуном 8.

Вместе с четвертым шатуном 8 параллелограммами KLTO и UOCE удерживается в горизонтальном положении или под углом и второй шатун 6, что обуславливает его в механизме как звено, движущееся прямолинейно-поступательно по горизонтальной оси X.

Таким образом, предлагаемое изобретение в сравнении с прототипом расширяет технические возможности применения механизма, повышает его компактность, повышает компактность связи механизма с другими механизмами и системами. Такой механизм найдет применение в различных областях техники и, в частности, в землеройной технике и погрузочных устройствах, например, при разработке планировщиков, подгребающих грейферов с шарнирной рамой регулируемой конструкции с широким раздвижением и поворотом рабочих органов для разработки грунтов или погрузки материалов, размещенных тонким слоем.

Кривошипно-ползунный механизм со звеном, движущимся прямолинейно-поступательно, содержащий основание с прямолинейной направляющей, установленный в направляющей ползун, установленный на основании кривошип, первый шатун, который шарнирно связан с кривошипом, а с другим концом шатуна одним концом шарнирно связан второй шатун, с другим концом которого шарнирно связан одним концом третий шатун и расположенный горизонтально или под углом четвертый шатун, равный длине второго шатуна, кроме этого механизм снабжен двумя равными по длине звеньями, связанными одними концами шарниром, отличающийся тем, что механизм дополнительно снабжен пятым, шестым, седьмым и восьмым шатунами, одной парой рычагов, равных каждый длине одного из двух равных по длине звеньев и жестко связанных одними концами в линию шарниром, другой парой рычагов жестко связанных одними концами в линию шарниром, длина первого шатуна равна одной длине кривошипа и одним концом первый шатун шарнирно связан с кривошипом, который дополнительно снабжен одним промежуточным шарниром, с которым связан одним концом пятый шатун, равный длине участка кривошипа от основания до его промежуточного шарнира, своим другим концом пятый шатун шарнирно связан с ползуном и снабжен промежуточным шарниром на расстоянии от шарнирного соединения его с кривошипом, равном длине одного звена из двух равных по длине звеньев, кроме этого первый шатун дополнительно снабжен одним промежуточным шарниром на расстоянии от шарнирного соединения его с кривошипом, равном длине одного звена из двух равных по длине звеньев, а кривошип дополнительно снабжен другим промежуточным шарниром, в котором размещен шарнир, жестко связывающий одними концами в линию одну пару рычагов, равных каждый длине одного из двух равных по длине звеньев, причем свободный конец одного рычага шарнирно связан с одним концом шестого шатуна, другой конец которого связан с промежуточным шарниром пятого шатуна так, что рычаг, шестой шатун, участок пятого шатуна между его промежуточным шарниром и промежуточным шарниром кривошипа с частью кривошипа между его одним и другим промежуточными шарнирами образуют параллелограмм, а свободный конец другого рычага из одной пары рычагов шарнирно связан с одним концом седьмого шатуна, другой конец которого связан с одним промежуточным шарниром первого шатуна так, что другой рычаг из одной пары рычагов, седьмой шатун, участок первого шатуна между его одним промежуточным шарниром и шарниром связи кривошипа с первым шатуном и с частью кривошипа между его другим промежуточным шарниром и шарниром связи его с первым шатуном образуют параллелограмм, кроме этого первый шатун дополнительно снабжен другим промежуточным шарниром, в котором размещен шарнир, жестко связывающий одними концами в линию другую пару рычагов, причем свободный конец одного рычага из другой пары рычагов шарнирно связан с одним концом восьмого шатуна, другой конец которого шарнирно связан с одним концом четвертого шатуна, другой конец которого связан с шарниром, размещенным в промежуточном шарнире первого шатуна так, что рычаг из другой пары рычагов, восьмой и четвертый шатуны и с частью первого шатуна между его одним и другим промежуточными шарнирами образуют параллелограмм, а свободный конец другого рычага из второй пары рычагов шарнирно связан с одним концом третьего шатуна, другой конец которого шарнирно связан со вторым шатуном так, что рычаг из другой пары рычагов, третий и второй шатуны с частью первого шатуна между его другим промежуточным шарниром и шарниром связи его со вторым шатуном образуют параллелограмм, кроме этого третий шатун равен длине участка первого шатуна между шарниром связи с ним второго шатуна и его другого промежуточного шарнира, а седьмой шатун снабжен консолью, жестко связанной с ним, длина которой равна длине одного из двух равных по длине звеньев и связанных между собой шарниром, причем одно из этих звеньев своим другим концом связано шарнирно с консолью седьмого шатуна, а другое звено своим другим концом связано с шарниром, размещенным в шарнирном соединении кривошипа с первым шатуном так, что два равных по длине звена с консолью седьмого шатуна и участком первого шатуна между шарнирами связи седьмого шатуна и кривошипа с первым шатуном образуют ромб, который снабжен вертикальным стержнем, связанным одним концом с шарниром, размещенным в шарнирном соединении двух равных по длине звеньев, а другим концом скользит в шарнире четвертого шатуна, размещенном в шарнирном соединении седьмого шатуна с первым шатуном, и удерживает четвертый шатун в горизонтальном положении или под углом.