Кулисно-рычажный механизм (варианты)

 

Использование: изобретение относится к механике, в частности к кулисно-рычажным механизмам. Сущность изобретения: устройство, отличающееся тем, что направляющие в кулисном механизме выполнены цилиндрическими одинакового диаметра и связаны с опорами 8 соединенным элементом 7, кулисный механизм установлен с возможностью поворота вокруг оси соединительного элемента, поперечное сечение пальца выбрано из соотношений Сущность изобретения по второму варианту: устройство, отличающееся тем, что палец 4 выполнен цилиндрическим, опоры 8 кулисного механизма связаны дополнительным соединительным элементом, ось которого параллельна осям направляющих 6, поперечное сечение направляющих 6 кулисного механизма выбрано из соотношений 2 с.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к механике, в частности к кулисно-рычажным механизмам.

Заявляемые устройства могут быть использованы либо самостоятельно в качестве, например, преобразователя вращательного движения в колебательное, либо в составе других устройств, например в сканерах, применяющихся для исследования дефектов деталей и узлов механизмов, доступ к которым затруднен. Указанные сканеры могут быть использованы в медицине для внутриполостных исследований живых организмов.

Необходимо отметить, что существует множество кулисно-рычажных механизмов.

Известен кулачково-рычажный механизм с шатуном, совершающим сложное движение. Устройство содержит неподвижную ось 03. Кулачок 1 вращается вокруг неподвижной оси 03. Профиль кулачка состоит из шести дуг, описанных из центров 01, 02 и 03. Большие дуги d сопрягаются с малыми дугами e, описанными из тех же центров 01, 02 и 03. Шатун 2 имеет две плоскости a-a и b-b, с которыми соприкасается кулачок 1.

Шатун входит во вращательные пары A и B с ползуном и рычагом. Ползун скользит вдоль оси x-x направляющей f, а рычаг вращается вокруг неподвижной оси C. При вращении кулачка шатун совершает сложное движение. При соприкосновении кулачка с участками d и e, описанными дугами из центра O3, шатун будет иметь фазу выстоя. Кинематическое замыкание механизма обеспечивается постоянством диаметра кулачка 1, равным кратчайшему расстоянию между плоскостями a-a и b-b. [1] Недостатком данного механизма является появление неопределенности движения за счет наличия промежуточного звена.

Известен также кулисно-рычажный механизм грейфера киноаппарата. Кривошип (рис. а) выполнен в форме диска, вращающегося вокруг неподвижной оси A. Палец B входит в прорезь b звена, скользящего вдоль неподвижных направляющих. Звено движется вдоль направляющих звена в направлении, перпендикулярном к движению звена так, как это показано на рис. б. Движение звена в этом направлении осуществляется штифтом, входящим одновременно в прорези b и с звеньев. При вращении кривошипа кулиса и звено движутся возвратно-поступательно в вертикальном направлении. Штифт, двигаясь в прорезях b и c, периодически отодвигает звено назад и выводит зубья последнего из зацепления с кинолентой. [2] Недостатком такого механизма являются ограниченные функциональные возможности, поскольку обеспечивается перемещение ведомого звена только взад-вперед.

Технической задачей изобретения является создание устройства, позволяющего осуществить колебательное движение ведомого звена вокруг оси, расположенной перпендикулярно оси вращения ведущего звена с постоянным зацеплением звеньев с использованием более простых, надежных и эффективных механизмов.

Второй технической задачей изобретения является создание малогабаритного устройства, предназначенного для использования в труднодоступных местах, особенно в медицинской диагностике, а также упрощение изготовления устройства и снижение стоимости устройства.

Задачи решаются следующим образом.

В кулисно-рычажном механизме, включающем ведущее звено, содержащее кривошип, выполненный в форме диска, установленного с возможностью вращения вокруг оси с эксцентрично установленным пальцем, ведомое звено, включающее две параллельные направляющие, образующие кулису, установленную между двумя опорами с возможностью взаимодействия с пальцем, направляющие кулисы выполнены цилиндрическими, одинакового диаметра и связаны с опорами соединительным элементом, ось которого параллельна осям направляющих, кулиса установлена с возможностью поворота вокруг соединительного элемента, а контур поперечного сечения пальца задан уравнениями: где ϕ_max максимальный угол поворота кулисного механизма вокруг дополнительного соединительного элемента, l расстояние между осями направляющих кулисного механизма,
r радиус направляющей кулисы,
H радиус качания кулисы,
L радиус вращения пальца,
x ось абсцисс для функции, определяющей форму пальца,
y ось ординат для функции, определяющей форму пальца,
p параметр функции, причем p y'(x), а ширина паза кулисы равна максимальному диаметру пальца.

Отличия второго варианта: палец выполнен цилиндрическим, опоры кулисы связаны соединительным элементом, ось которого параллельна осям направляющих, кулиса установлена с возможностью поворота вокруг оси соединительного элемента, поперечное сечение направляющих кулисного механизма получено из уравнений

где
ϕ_max максимальный угол поворота кулисного механизма вокруг дополнительного соединительного элемента,
l расстояние между осями направляющих кулисного механизма,
R радиус пальца,
H радиус качания кулисы,
L радиус вращения пальца,
x ось абсцисс для функции, определяющей форму направляющей,
y ось ординат для функции, определяющей форму направляющей,
y' первая производная y по x,
y'' вторая производная y по x,
P параметр функции, причем p y'(x)
а диаметр пальца равен проекции на торец пальца максимального расстояния между образующими направляющих кулисы при максимальном угле поворота ведомого звена.

На фиг. 1 представлено поперечное сечение устройства, вид сбоку, первый вариант; на фиг. 2 то же сечение устройства, вид сверху, первый вариант; на фиг. 3 поперечное сечение устройства фиг. 2 по А-А, первый вариант; на фиг. 4 поперечное сечение пальца, первый вариант; на фиг. 5 поперечное сечение направляющих кулисного механизма, второй вариант; на фиг. 6 поперечное сечение устройства, вид сбоку, второй вариант; на фиг. 7 поперечное сечение устройства, вид сверху, второй вариант; на фиг. 8 поперечное сечение устройства фиг. 7 по В-В, второй вариант, на фиг. 9 вид в аксонометрии, первый вариант; на фиг. 10 вид в аксонометрии, второй вариант.

Устройство в статике.

В состав устройства входят: ведущее звено 1 (кривошип 3, палец 4, ось 10) и ведомое звено 2 (кулиса 6).

Ось 10 установлена в опоре 8 и связана с одной стороной кривошипа 3 в форме диска, на другой стороне которого установлен палец 4. Кулиса представляет собой две опоры, связанные направляющими 6 и дополнительным элементом 7. Палец 4 установлен в пазу 5 кулисы 6 с возможностью взаимодействия с направляющими 6.

1 ведущее звено (ось, диск, палец); 2 ведомое звено (кулиса); 3 - кривошип в форме диска; 4 палец; 5 паз; 6 направляющие кулисы; 7 - дополнительный элемент ведомого звена (ось качания); 8 опора оси ведущего звена; 9 радиус качания кулисы (H); 10 ось; 11 радиус вращения пальца (L); 12 радиус пальца (R).

Работает устройство следующим образом
Первый вариант.

Ось 10 ведущего звена 1 поворачивают в любом направлении, при этом поворачивается диск 3 кривошипа, на котором с другой стороны установлен эксцентрично палец 4, взаимодействующий с прямоугольным пазом 5 кулисы 2. За счет взаимодействия направляющих 6 с пальцем 4, форма которого выбрана из соотношения для первого варианта, кулиса 2 совершает качание вокруг оси дополнительного элемента 7 в пределах ϕ_max Причем палец и кулиса взаимодействуют в двух точках в любой фазе движения.

Второй вариант.

В целом работа второго варианта аналогична первому, за исключением того, что цилиндрический палец 4 скользит по фигурным поверхностям направляющих 6 кулисы 2, форма которых выбрана из соотношения второго варианта.

При реализации описанных механизмов появляется возможность кроме чистого преобразования вращательного движения в качательное использовать их для диагностики деталей узлов и механизмов, снабдив ведомое звено зондирующим датчиком любого типа, в зависимости от условий применения и возможностей пользователя. В частности, может быть эффективно использован в ультразвуковых датчиках.

Механизмы обладают минимальным числом элементов, входящим в них, однозначно передают движение ведущего звена к ведомому, без промежуточных звеньев.

За счет качания ведомого звена вокруг оси, перпендикулярной оси вращения ведущего звена, устройство может быть эффективно использовано в труднодоступных местах, обеспечивая поле обзора, достаточное для исследований.

Как следует из описания конструкции и работы устройства, изготовление его не составит трудностей и не будет дорогим, так как в устройствах могут быть использованы пригодные дешевые распространенные материалы, например, металлы и пластики.

Конструкция узлов и кинематика устройства просты и легко реализуемы.

Формула изобретения

1. Кулисно-рычажный механизм, включающий ведущее звено, содержащее кривошип, выполненный в форме диска, установленного с возможностью вращения вокруг оси с эксцентрично установленным пальцем, ведомое звено, включающее две параллельные направляющие, образующие кулису, установленную между двумя опорами с возможностью взаимодействия с пальцем, отличающийся тем, что направляющие кулисы выполнены цилиндрическими одинакового диаметра и связаны с опорами соединительным элементом, ось которого параллельна осям направляющих, кулиса установлена с возможностью поворота вокруг оси соединительного элемента, а контур поперечного сечения пальца задан уравнениями

где ϕ_max - максимальный угол поворота кулисы вокруг соединительного элемента;
l расстояние между осями направляющих кулисы;
r радиус направляющей кулисы;
H радиус качания кулисы;
L радиус вращения пальца;
x ось абсцисс для функции, определяющей контур поперечного сечения пальца;
y ось ординат для функции, определяющей контур поперечного сечения пальца;
p параметр функции, причем p y'(x),
а ширина паза кулисы равна максимальному диаметру пальца.

2. Кулисно-рычажный механизм, включающий ведущее звено, содержащее кривошип, выполненный в форме диска, установленного с возможностью вращения вокруг оси с эксцентрично установленным пальцем, ведомое звено, включающее две параллельные направляющие, образующие кулису, установленную между двумя опорами с возможностью взаимодействия с пальцем, отличающийся тем, что палец выполнен цилиндрическим, опоры кулисы связаны соединительным элементом, ось которого параллельна осям направляющих, кулиса установлена с возможностью поворота вокруг оси соединительного элемента, поперечное сечение направляющих получено из уравнений

где a l/2;

ϕ_max - максимальный угол поворота кулисы вокруг соединительного элемента;
l расстояние между осями направляющих кулисы;
R радиус пальца;
H радиус качания кулисы;
L радиус вращения пальца;
x ось абсцисс для функции, определяющей форму направляющей;
y ось ординат для функции, определяющей форму направляющей;
y' первая производная y по x;
y'' вторая производная y по x;
p параметр функции, причем p y'(x),
а диаметр пальца равен проекции на торец пальца максимального расстояния между образующими направляющих кулисы при максимальном угле поворота ведомого звена.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10