Сдвоенный ползунно-коромысловый механизм

 

Изобретение относится к уравновешиванию машинных агрегатов и может быть использовано для исключений вибраций, передающихся на фундамент машинного агрегата от шарнирно-стержневого передаточного механизма с ведущим звеном, вращающимся с постоянной угловой скоростью. Технический результат - повышение надежности за счет уравновешивания главного момента сил инерции звеньев механизма. Шарнир 11 соединения трехплечего рычага 4 со стойкой 1 равноудален от второй и третьей вершин трехплечего рычага 4. Длины поводков 5 и 6 равны расстоянию от второй или третьей вершины трехплечего рычага 4 до шарнира 11 соединения трехплечего рычага 4 со стойкой 1. Четыре противовеса жестко закреплены соответственно на поводках 5 и 6, на кривошипе 9 и на трехплечем рычаге 4. При вращении кривошипа 9 ползуны 7 и 8 перемещаются вдоль прямолинейных направляющих 2 и 3 навстречу друг другу с равными скоростями. Поводки 5 и 6 совершают плоское движение в одном направлении. 1 ил.

Изобретение относится к уравновешиванию машинных агрегатов и может быть использовано для исключения вибраций, передающихся на фундамент машинного агрегата от шарнирно-стержневого передаточного механизма с ведущим звеном, вращающимся с постоянной угловой скоростью.

В состав машинного агрегата входят двигатель, передаточный механизм и исполнительный орган. Неуравновешенный шарнирно-стержневой передаточный механизм является основным источником возбуждения вибраций. Чтобы передаточный механизм не являлся источником возбуждения вибраций, его нужно уравновесить.

Известен сдвоенный ползунно-кривошипный механизм [1] содержащий стойку с прямолинейными направляющими, два ползуна, два шатуна равной длины и кривошип в виде двуплечего рычага. Плечи рычага имеют равные длины, а их продольные оси совпадают. Кривошип шарнирно установлен на стойке. Ползуны установлены в прямолинейных направляющих. Шатуны своими концевыми шарнирами связаны соответственно с ползунами и кривошипом. Оси перемещения шарниров, соединяющих ползуны и шатуны, проходят через опорный шарнир кривошипа.

При вращении кривошипа шатуны совершают плоское движение, а ползуны движутся возвратно-поступательно вдоль прямолинейных направляющих в противоположном направлении относительно друг друга. Параметры геометрии масс шатунов и ползунов выбраны так, чтобы при вращении кривошипа обеспечивалось равенство нулю главного вектора сил инерции; равенство же нулю главного момента сил инерции обеспечить в этом механизме нельзя.

Таким образом, недостатком известного сдвоенного ползунно-кривошипного механизма является неуравновешенность главного момента сил инерции звеньев.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является сдвоенный ползунно-коромысловый механизм [2] содержащий стойку, шарнирно соединенный с ней одним концом кривошип, шатун, один из концов которого шарнирно соединен с другим концом кривошипа, две соосные прямолинейные направляющие, два ползуна, установленные в соответствующих направляющих, два поводка, один из концов каждого из которых шарнирно соединен с соответствующим ползуном, и шарнирно соединенный со стойкой трехплечий рычаг. Первая вершина трехплечего рычага шарнирно соединена с другим концом шатуна, а вторая и третья с другими концами соответствующих поводков. Ось качания трехплечего рычага перпендикулярна осям прямолинейных направляющих.

При вращении кривошипа посредством шатуна, трехплечего рычага и поводков ползуны приводятся в возвратно-поступательное движение навстречу друг другу. Массы ползунов выбраны так, чтобы при движении ползунов уравновешивались их силы инерции. Силы инерции остальных звеньев механизма, а также главный момент сил инерции остаются неуравновешенными.

Таким образом, недостатком известного сдвоенного ползунно-коромыслового механизма является его моментная неуравновешенность. Как следствие этого, механизм будет источником вибраций фундамента машинного агрегата. Наличие вибраций фундамента является одним из основных факторов, влияющих на уменьшение надежности и долговечности механизма при его работе.

Цель изобретения повышение надежности и долговечности сдвоенного ползунно-коромыслового механизма при его работе за счет уравновешивания главного момента сил инерции звеньев механизма.

Для этого в сдвоенном ползунно-коромысловом механизме, содержащем стойку, шарнирно соединенный с ней одним концом кривошип, шатун, один из концов которого шарнирно соединен с другим концом кривошипа, соосные прямолинейные направляющие, установленные в соответствующих направляющих два ползуна, два поводка, один из концов каждого из которых шарнирно соединен с соответствующим ползуном, и шарнирно соединеный со стойкой трехплечий рычаг, первая из вершин которого шарнирно соединена с другим концом шатуна, вторая и третья с другими концами соответствующих поводков, а ось качания трехплечего рычага перпендикулярна осям прямолинейных направляющих, шарнир соединения трехплечего рычага со стойкой равноудален от второй или третьей вершин трехплечего рычага, длины поводков равны расстоянию от второй и третьей вершин трехплечего рычага до шарнира соединения трехплечего рычага со стойкой, механизм снабжен четырьмя противовесами, жестко закрепленными соответственно на поводках, на кривошипе и трехплечем рычаге, а параметры геометрии масс звеньев механизма выбраны из следующих соотношений: S_x1 0, m₁ + S_y1 l₁^-1 S_y2 l₂^-1 0, S_x2 0, J₁ S_y2 l₂ 0, S_x3 0, S_x4 0, S_y4 + S_y2 Al₂^-1 + S_y3 S_y5 + (m₄ m₂)l₃ 0, S_x5 + S_y2 Bl₂^-1 0, S_x6 0,
S_x7 0,
J₂ + J₄ J₃ S_y2 (A² + B²)l₂^-1 (m₂ + m₄)l₃² 0,
m₃ m₅ + (S_y3 S_y5)l₃^-1 0, где l₁, l₂, l₃ длины соответственно кривошипа, шатуна, плеча трехплечего рычага от второй или третьей вершины до шарнира соединения его со стойкой; m₁, m₂, m₃, m₄, m5 массы соответственно шатуна, первого поводка, первого ползуна, второго поводка и второго ползуна; S_x1, S_x2, S_x3, S_x4, S_x5, S_x6, S_x7 статические моменты массы соответственно кривошипа, шатуна, первого поводка, первого ползуна, трехплечего рычага, второго поводка и второго ползуна относительно продольных осей этих звеньев; S_y1, S_y2, S_y3, S_y4, S_y5 статические моменты массы соответственно кривошипа, шатуна, первого поводка, трехплечего рычага и второго поводка относительно поперечных осей этих звеньев; J₁, J₂, J₃, J₄ моменты инерции массы соответственно шатуна, первого поводка, трехплечего рычага и второго поводка относительно точек пересечения продольных и поперечных осей этих звеньев; А и В координаты шарнира соединения шатуна с первой вершиной трехплечего рычага.

На чертеже изображена схема сдвоенного ползунно-коромыслового механизма.

Сдвоенный ползунно-коромысловый механизм состоит из стойки 1 с соосными прямолинейными направляющими 2 и 3, трехплечего рычага 4, поводков 5 и 6, ползунов 7 и 8, кривошипа 9 и шатуна 10. Трехплечий рычаг 4 шарниром 11 и кривошип 9 шарниром 12 соединены со стойкой 1. Первый ползун 7 установлен в прямолинейной направляющей 2; второй ползун 8 в прямолинейной направляющей 3. Первый поводок 5 своими концевыми шарнирами 15 и 16 связан соответственно с второй вершиной трехплечего рычага 4 и ползуном 7. Второй поводок 6 своими концевыми шарнирами 17 и 18 связан с третьей вершиной трехплечего рычага 4 и ползуном 8. Шатун 10 своими концевыми шарнирами 13 и 14 связан соответственно с кривошипом 9 и первой вершиной трехплечего рычага 4. Длины плеч трехплечего рычага между шарнирами 11, 15 и 11, 17 равны между собой, а также равны длинам поводков между шарнирами 15, 16 и 17, 18. Ось качания трехплечего рычага 4 перпендикулярна осям прямолинейных направляющих 2 и 3. Шарнир 14 может быть выбран в любой точке на трехплечем рычаге 4.

Параметры геометрии масс звеньев механизма: массы звеньев, моменты инерции массы и статические моменты массы определены из системы алгебраических уравнений приведенных выше.

При конструировании механизма можно задаваться значениями любых девяти параметров из двадцати одного, входящих в систему уравнений.

Для получения системы уравнений были записаны аналитические выражения главного вектора и главного момента сил инерции звеньев механизма. Установлено, что число обобщенных параметров геометрии масс, входящих в эти уравнения, равно шестнадцати. Из этих шестнадцати обобщенных параметров десять можно сделать равными нулю, которые дают первые десять уравнений в системе уравнений. Влияние остальных обобщенных параметров на величины главного вектора и главного момента сил инерции устраняются с помощью их взаимной компенсации за счет движения звеньев в противоположных направлениях с равными скоростями, дающей остальные уравнения в системе уравнений.

Механизм работает следующим образом.

При вращении кривошипа 9 все звенья механизма приводятся в движение. Ползуны 7 и 8 перемещаются вдоль прямолинейных направляющих 2 и 3 навстречу друг другу с равными скоростями. Поводки 5 и 6 совершают плоское движение с угловой скоростью, равной по величине и противоположной по направлению угловой скорости трехплечего рычага 4.

В выполненном таким образом механизме при равномерном вращении кривошипа обеспечивается равенство нулю главного вектора и главного момента сил инерции звеньев механизма, т. е. обеспечивается условие уравновешенности механизма. Это приводит к тому, что на фундамент машинного агрегата со стороны механизма не передаются переменные динамические нагрузки. Отсутствие этих нагрузок приводит к устранению вибраций фундамента машинного агрегата. Следствием этого является повышение надежности и долговечности механизма и всего машинного агрегата в целом при его работе.

Формула изобретения

СДВОЕННЫЙ ПОЛЗУННО-КОРОМЫСЛОВЫЙ МЕХАНИЗМ, содержащий стойку, шарнирно соединенный с ней одним концом кривошип, шатун, один из концов которого шарнирно соединен с другим концом кривошипа, соосные прямолинейные направляющие, установленные в соответствующих направляющих два ползуна, два поводка, один из концов каждого из которых шарнирно соединен с соответствующим ползуном, и шарнирно соединенный со стойкой трехплечий рычаг, первая из вершин которого шарнирно соединена с другим концом шатуна, вторая и третья с другими концами соответствующих поводков, а ось качания трехплечего рычага перпендикулярна к осям прямолинейных направляющих, отличающийся тем, что шарнир соединения трехплечего рычага со стойкой равноудален от второй и третьей вершин трехплечего рычага, длины поводков равны расстоянию от второй или третьей вершины трехплечего рычага до шарнира соединения трехплечего рычага со стойкой, механизм снабжен четырьмя противовесами, жестко закрепленными соответственно на поводках, кривошипе и трехплечем рычаге, а параметры геометрии масс звеньев механизма выбраны из следующих соотношений:
s_x1 0,
m₁+s_y1l^-₁¹-s_y2l^-₂¹ = 0,
s_x2 0,
J₁ s_y2l₂ 0,
s_x3 0,
s_x4 0,
s_y4+s_y2Al^-₂¹+s_y3-s_y5+(m₄-m₂)l₃=0,
s_x5+s_y2Bl^-₂¹=0,
s_x6 0,
s_x7 0,
I₂+I₄-I₃-s_y2(A²+B²)l^-₂¹-(m₂+m₄)l²₃=0,
m₃-m₅+(s_y3-s_y5)l^-₃¹=0,
где l₁, l₂, l₃ длины соответственно кривошипа, шатуна, плеча трехплечего рычага от второй или третьей вершины до шарнира соединения его со стойкой;
m₁, m₂, m₃, m₄, m₅ массы соответственно шатуна, первого поводка, первого ползуна, второго поводка и второго ползуна;
s_x1, s_x2, s_x3, s_x4, s_x5, s_x6, s_x7 статические моменты массы соответственно кривошипа, шатуна, первого поводка, первого ползуна, трехплечего рычага, второго поводка и второго ползуна относительно продольных осей этих звеньев;
s_y1, s_y2, s_y3, s_y4, s_y5 статические моменты массы соответственно кривошипа, шатуна, первого поводка, трехплечего рычага и второго поводка относительно поперечных осей этих звеньев;
J₁, J₂, J₃, J₄ моменты инерции массы соответственно шатуна, первого поводка, трехплечего рычага и второго поводка относительно точек пересечения продольных и поперечных осей этих звеньев;
A, B координаты шарнира соединения шатуна с первой вершиной трехплечего рычага.

РИСУНКИ

Рисунок 1