Уравновешенный кривошипно-ползунный механизм

Изобретение относится к машиностроению, а именно к кривошипно-ползунным механизмам.

Известен кривошипно-ползунный механизм, который включает в себя подвижные звенья - кривошип, шатун и ползун [1, стр. 124, рисунок 5.5]. Звенья такого механизма соединены между собой и с неподвижным звеном стойкой в одноподвижные кинематические пары - плоские шарниры. Недостатком такого механизма является то обстоятельство, что в нем присутствуют избыточные связи, которые приводят к изнашиванию шарниров, т.к. при сборке механизма возникает необходимость деформирования звеньев между геометрическими их осями, являющимися не строго параллельными. Для установления числа избыточных связей используется известная формула Н.И. Колчина [2, стр. 88]

q=m(Σp- n),

где q - число избыточных связей, m - число общих связей, наложенных на весь механизм, Σр - общее число кинематических пар, n - число подвижных звеньев. В кривошипно-ползунном механизме, показанном в [1], m=3 (плоский механизм), Σр=4, n=3, откуда следует, что число избыточных связей в нем по приведенной формуле q=3.

Наиболее близким к заявляемому механизму по технической сущности является самоустанавливающийся кривошипно-ползунный механизм Л.Н. Решетова [3, стр. 71], в котором решается проблема избыточности за счет замены кинематических пар пятого класса (р₅) на кинематические пары более высоких классов, а именно двухподвижные р₄, трехподвижные р₃.

Однако реализовать такое предложение для плоского механизма оказывается практически невозможным, т.к. механизм при этом становится пространственным, а входное и выходное звенья оказываются движущимися в разных плоскостях.

Задачей изобретения является полное исключение избыточных связей в плоском кривошипно-ползунном механизме, с обеспечением движения входного (кривошипа) и выходного (ползуна) звеньев в одной плоскости [4, стр. 12].

Сущность изобретения заключается в том, что предлагается уравновешенный кривошипно-ползунный механизм, включающий в свой состав кривошип, шатун и ползун, при этом шатун соединяется с ползуном через дополнительное звено, образующее сферическую кинематическую пару с шатуном и вращательную кинематическую пару с ползуном, при этом геометрическая ось плоского шарнира смещена относительно центра сферического шарнира.

На чертеже представлен уравновешенный кривошипно-ползунный механизм. Он состоит из кривошипа 1, шатуна 2, дополнительного звена 3 и ползуна 4. Шатун 2 соединен с ползуном 4 через дополнительное звено, образующее сферическую пару с шатуном 2 (сферический шарнир) и вращательную кинематическую пару с ползуном 4, ось которой смещена по отношению к оси сферического шарнира.

Работает механизм следующим образом. При задании кривошипу вращательного движения относительно стойки, он через шатун 2, и вспомогательное звено 3 передает движение ползуну 4. Это происходит за счет того, что ось сферического шарнира (точка С) шатуна и вращательная кинематическая пара дополнительного звена 3, соединенного со звеном 4 не совпадают. Благодаря чему механизм становится уравновешенным, т.е. не имеющим избыточных связей. Это доказывается тем, что подвижность по универсальной формуле Малышева А.П. при числе звеньев n=4, числах кинематических пар пятого р₅=4 и третьего р₃=1 классов оказывается равной единице

W=6n-5p₅- 4р₄-3р₃-2р₂-р₁=6⋅4-5⋅4-3⋅1=1,

т.е. механизм является вполне работоспособным.

Источники информации

1. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. Учебник для ВТУЗов, 3-е изд., перераб. М.: 1975. 638 с.

2. Колчин Н.И. Анализ и синтез механизмов. Сборник статей // Н.И. Колчин // Труды второго всесоюзного совещания по основным проблемам теории машин и механизмов. М.: 1960. С. 85-99.

3. Решетов Л.Н. Самоустанавливающиеся механизмы: Справочник. 2-ое изд., перераб. И доп. - М.: Машиностроение, 1985. 272 с.

4. Дворников Л.Т. К проблеме синтеза многоподвижных соединений звеньев механических систем // Л.Т. Дворников // Материалы одиннадцатой научно-практической конференции по проблемам механики и машиностроения. Новокузнецк. СибГИУ. - 2001. - С. 9-21.