Шарнирно-рычажный механизм пенкина с.н. для передачи вращения в противоположных направлениях с постоянным передаточным отношением один к одному

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к механизмам шарнирно-рычажных параллелограммов, и найдет применение в устройствах, где требуется передача с высокой надежностью разнонаправленного вращения с равной скоростью при больших расстояниях между ведущим и несколькими ведомыми валами. Техническим результатом является передача вращения с постоянным передаточным отношением и исключение неопределенности движения. Для этого на четырех расположенных на основании по углам трапеции, перпендикулярно плоскости ее, неподвижных осях смонтированы с возможностью вращения кривошипы одинаковой длины, оси которых расположены на одном из оснований трапеции, соединены шарнирно, образуя параллелограммы. С целью исключения неопределенности движения с основными кривошипами жестко связаны под одинаковыми углами дополнительные кривошипы одинаковой длины, соединенные с соответствующими шатунами. При вращении от привода кривошипов шатуны, совершая плоскопараллельное круговое движение, передернут вращение кривошипов в ту же сторону. 5 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к механизмам шарнирно-рычажных параллелограммов, и найдет применение в устройствах, где требуется передача с высокой надежностью разнонаправленного вращения с равной скоростью при больших расстояниях между ведущим и несколькими ведомыми валами.

Цель изобретения передача вращения с постоянным передаточным отношением и исключение неопределенности движения.

Наиболее близким техническим решением является шарнирно-рычажный механизм для передачи вращения в противоположных направлениях с передаточным отношением один к одному, содержащий основание и установленную на нем систему шарнирно соединенных стержней с осями как неподвижных, так и подвижных шарниров, параллельных между собой [1] Недостатком указанного механизма является невозможность передачи вращения с постоянным передаточным отношением.

Для достижения цели в шарнирно-рычажном механизме для передачи вращения в противоположных направлениях с передаточным отношением один к одному, содержащем основание и установленную на нем систему шарнирно соединенных стержней с осями как неподвижных, так и подвижных шарниров, параллельными между собой, на четырех расположенных на основании по углам трапеции перпендикулярных плоскости ее, неподвижных осях смонтированы с возможностью вращения четыре основных кривошипа, оси вращения которых расположены на одном из оснований трапеции, соединены шарнирно, образуя шарнирные параллелограммы, с равными по длине соответствующим основаниям трапеции основными шатунами, соединенными между собой шарнирно через посредство пяти стержней, образующих совместно с участками на шатунах шарнирно сочлененные большой и малый ромбоиды, у которых отношения больших сторон к малым равны, малые стороны большого ромбоида равны большим сторонам малого ромбоида, а одна из малых сторон большого ромбоида является общей с одной из больших сторон малого ромбоида, а для совместной компоновки шатунов со стержнями на основных шатунах при наиболее близких или при наиболее удаленных расстояниях между ними, при прямых углах между ними и основными кривошипами выполнены базовые шарнирные соединения, оси которых находятся в одной перпендикулярной основаниям трапеции и основным шатунам плоскости и в которых присоединены одними концами два стержня одинаковой длины, соединенные другими концами шарнирно с присоединением в этом шарнире одним концом третьего расположенного между ними стержня такой же длины, как и длина ориентирующей стержни малой стороны большого ромбоида и большой стороне малого ромбоида, а на одном из основных шатунов на расстоянии от оси базового шарнирного соединения, равном большей стороне большого ромбоида, в направлении, противоположном ориентирующим стержням, шарнирно присоединены одним концом стержень длиной, равной большой стороне большого ромбоида, другим концом соединенный шарнирно с другим концом стержня, расположенного между ориентирующими стержнями, а на другом из основных шатунов, в том же направлении, что на первом из основных шатунов, на расстоянии от оси базового шарнирного соединения, равном малой стороне малого ромбоида, шарнирно присоединен одним концом стержень длиной, равной малой стороне малого ромбоида, соединенный другим концом шарнирно с другим концом стержня, расположенного между ориентирующими стержнями, и другим концом стержня длиной, равной большой стороне большого ромбоида.

На фиг.1 показана кинематическая схема механизма; на фиг.2 вариант механизма, в котором шарниры ромбоидов совмещены с шарнирами параллелограммов; на фиг.3 показана схема некоторых возможных соотношений сторон ромбоидов; на фиг. 4 и 5 графический анализ возможности продольного смещения параллельных сторон спаренных подобных ромбоидов при соотношениях их больших и малых сторон, соответственно равных 2,5 и 1,5.

На фиг. 3 контур А₄В₄С₄D₄E₄F₄ обозначает ромбоид с отношением больших сторон к малым, равным 2. Контур А₅В₅С₅D₅E₅F₅ обозначает ромбоид с тем же соотношением, равным 2, 5. Контур А₆В₆С₆D₆E₆F₆ обозначает ромбоид с соотношением, равным 1, 5. Контур А₄В₄С₄D₄E₄F₄ обозначает ромбоид с соотношением, равным 1, т. е. ромб. В последней компоновке возможно продольное смещение сторон A₄B₄ и E₄F₄ при сохранении их параллельности, поэтому использование шарнирных ромбов в описываемом механизме невозможно.

Если (см. фиг.4) малые стороны D₅E₅ и E₅F₅ ромбоида обозначить как r₅, то при соотношении больших и малых сторон ромбоидов, равном 2,5, стороны В₅С₅, С₅D₅ и C₅F₅ будут равны 2,5r₅, а стороны А₅В₅ и А₅D₅ соответственно равны 6,25r₅. Если сместить сторону Е₅F₅ в положение E'₅F₅, то вершина С₅ ромбоида сместится в положение С'₅. Дуги соответствующих радиусов, равных длинам соответствующих сторон, проведенные после смещения стороны Е₅F₅, не совпадают на величину Δ₅'. Следовательно, продольное смещение стороны Е₅F₅ при сохранении ее параллельности стороне А₅В₅ невозможно.

Аналогичный результат получен при попытке осуществить продольное смещение стороны А₅В₅ в положение А₅"B₅". Вершина С₅ при этом сместится в положение С₅", а несовпадение дуг составит величину Δ₅".

На фиг. 5 подобный графический анализ проведен для ромбоидов с соотношением больших и малых сторон, равным 1,5. В этом случае несовпадение дуг составляет соответственно Δ₆' и Δ ₆".

Графические анализы, приведенные на фиг.4 и 5, показывают, что параллельные стороны ромбоидов АВСD и CDEF не могут смещаться относительно друг друга в продольном направлении, а могут только совершать совместное плоскопараллельное движение. На этом принципе построен описываемый механизм, варианты которого показаны на фиг.1 и 2.

Механизм содержит основание 1, две пары кривошипов 2-5 равной длины и два шатуна 6 и 7, шарнирно связывающих соответственно кривошипы 2, 3 и 4, 5. Длина шатуна 6 равна расстоянию между осями вращения кривошипов 2 и 3, а длина шатуна 7 соответственно равна расстоянию между осями вращения кривошипов 4 и 5. Таким образом, четырехзвенники O₁GHO₂ и O₃KLO₄ образуют шарнирно-рычажные параллелограммы.

Шатуны 6 и 7 шарнирно связаны между собой двумя парами стержней 8, 9 и 10, 11. Стержни каждой пары одними концами через общие шарниры С и D связаны между собой, а другими концами через шарниры А, В и E, F связаны соответственно с шатунами 6 и 7. Вспомогательный шатун 12 присоединен к общим шарнирам С и D стержней 8, 9 и 10, 11. Длины стержней 8, 9 и вспомогательного шатуна 12 равны между собой, расстояние между осями шарниров А и В равно длине стержня 11, а расстояние между шарнирами Е и F равно длине стержня 10. Таким образом, четырехзвенники АВСD и CDEF представляют собой ромбоиды.

Для исключения неопределенности движения механизм может быть снабжен двумя парами дополнительных кривошипов 13, 14 и 15, 16, которые имеют равную длину, но не обязательно равную длине основных кривошипов 2-5. Дополнительные кривошипы 13-16 жестко связаны соответственно с основными кривошипами 2-5 под произвольными, но равными углами, отличными от 0^о и 180^о. Дополнительный шатун 17, равный по длине шатуну 6, шарнирно связан с дополнительными кривошипами 13, 14, а дополнительный шатун 18, равный по длине шатуну 7, шарнирно связан с дополнительными кривошипами 15 и 16.

Механизм работает следующим образом.

При вращении от привода (не показан), например кривошипов 2 и 13, шатуны 6 и 17, совершая плоскопараллельное круговое движение, передадут вращение кривошипам 3 и 14 в ту же сторону. При этом, как было изложено выше при графическом анализе на фиг. 3-5, стороны АВ и ЕF ромбоидов АВСD и CDEF будут двигаться плоскопараллельно, синхронно и однонаправленно. Следовательно, шатун 7 второго параллелограмма О₃KLO₄ будет вращать кривошипы 4, 15 и 5, 16 в противоположную сторону. Таким образом, ведущие кривошипы 2, 13 обеспечивают синхронное вращение кривошипов 3, 14 в ту же сторону, а кривошипов 4, 15 и 5, 16 в противоположную сторону. Расположение кривошипов 2-5 и 13-16 под углами, отличными от 0^о и 180^о, исключает неопределенность движения кривошипов.

Шарнир С при работе механизма перемещается строго по прямой Х-Х, поэтому механизм может быть использован и как прямолинейно направляющий.

Количество ведомых кривошипов может быть различным, а взаимное расположение кривошипов первого и второго параллелограммов определяется конфигурацией шатунов 6, 7, 17 и 18.

Формула изобретения

1. Шарнирно-рычажный механизм для передачи вращения в противоположных направлениях с постоянным передаточным отношением один к одному, содержащий основание и установленную на нем систему шарнирно соединенных стержней с осями как неподвижных так и подвижных шарниров, параллельными между собой, отличающийся тем, что, с целью передачи вращения с постоянным передаточным отношением, на четырех расположенных на основании по углам трапеции перпендикулярно к плоскости ее неподвижных осях смонтированы с возможностью вращения четыре основных кривошипа одинаковой длины, из которых каждые два, основных кривошипа, оси вращения которых расположены на одном из оснований трапеции, соединены шарнирно, образуя шарнирные параллелограммы с равными по длине соответствующим основаниям трапеции основными шатунами, соединенными между собой шарнирно через посредство пяти стержней, образующих совместно с участками на шатунах шарнирно сочлененные большой и малый ромбоиды, у которых отношения больших сторон к малым равны, малые стороны большего ромбоида равны большим сторонам малого ромбоида, а одна из малых сторон большого ромбоида является общей с одной из больших сторон малого ромбоида, а для совмещенной компоновки шатунов со стержнями на основных шатунах при наиболее близких или наиболе удаленных расстояниях между ними, при прямых углах между ними и основными кривошипами выполнены базовые шарнирные соединения, оси которых находятся в одной перпендикулярной основаниям трапеции и основным шатунам плоскости и в которой присоединены одними концами два ориентирующих стержня одинаковой длины, соединенные другими концами шарнирно с присоединением в этом шарнире одним концом третьего расположенного между ними стержня, такой же длины, равной как и длины ориентирующих стержней малой стороне большого ромбоида и большей стороне малого ромбоида, а на одном из основных шатунов на расстоянии от оси базового шарнирного соединения, равном большой стороне большого ромбоида, в направлении, противоположном ориентирующим стержням, шарнирно присоединен одним концом стержень длиной, равной большой стороне большого ромбоида, и другим концом соединенный шарнирно с другим концом стержня, расположенного между ориентирующими стержнями, и на другом из основных шатунов на расстоянии от оси базового шарнирного соединения, равном малой стороне малого ромбоида, шарнирно присоединен одним концом стержень длиной, равной стороне малого ромбоида, и соединенный другим концом шарнирно с другим концом стержня, расположенного между ориентирующими стержнями, и с другим концом стержня длиной, равной большой стороне большого ромбоида.

2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что, с целью исключения неопределенности движения, с основными кривошипами жестко связаны под одинаковыми углами с ними, не равными 0 или 180^o и предпочтительно от 60 до 120^o, дополнительные кривошипы одинаковой длины, шарнирно соединенные попарно с соответствующими основным шатунам, равными по длине соответствующим основаниям трапеции и основным шатунам.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5