Прямолинейно-направляющий механизм

(71) Луганский машиностроительный институт, Бердянское производственное объединение по жаткам и Головное специализированное конструкторское бюро по жаткам(56) Баландин С,С. Бесшатунные поршневые двигатели внутреннего сгорания. - М., Машиностроение, 1968, с, 5-20.Артоболевский И. И. Механизмы в современной технике, т,1 - М.: Наука, 1979, с,311, фиг.609. РЯМОЛИНЕЙНО-НАПРАВЛЯЮЩИЙ НИЗМобретение относится к машиностроеприборостроению; а именно к рычажмеханизмам, служащим для разования вращательного движения в атно-поступательное, и наоборот. зобретения - расширение кинемативозможностей, повышение надежно- и КПД. Механизма за счет оизведения ползуном точной прямоной траектории движения, Прямолинаправляющий механизм содержит вижное звено - стойку 1, соединенодвижно со стенкой 1 посредством дрического шарнира 2 кривошип 3,нию и ным преоб возвр Цель и ческих сти воспр линей нейно непод ный и цилин1803654 коромысло 4, аналогично закрепленное в стойке 1, шатун 5, выполненный в виде сложного (базисного) звена, представляющего собой двуплечий плоский симметричный рычаг с плечами, образованными двумя стержнями 6 и 7, равными по длине коромыслу 4 и расположенными под прямым угИзобретение относится к машиностроению, аименно к рычажным механизмам, служащим для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот, и может быть широко использовано в качестве передаточного устройства для привода различных поршневых машин, станков, сельхозмашин, робототехнических систем и других промышленных установок.Цель изобретения - расширение кинематических возможностей, повышение надежности и КПД механизма за счет воспроизведения ползуном точной прямолинейной траектории движения,На фиг.1 изображен общий вид направляющего механизма, представленный в виде кинематической схемы; на фиг,2 - разрез по Б - Б на фиг.1,Прямолинейно-направляющий механизм, выполненный на базе плоского шарнирного четырехэвенника, содержит стойку 1, соединенный подвижно со стойкой 1 посредством цилиндрического шарнира 2 кривошип 3, образующий со стойкой 1 вращательную кинематическую пару О, коромысло 4, аналогично закрепленное в стойке 1 при помощи цилиндрического шарнира 2 (вращательная кинематическая пара 01), шатун 5, представляющий собой двуплечий (Ч-образный) симметричный рычаг с плечами, образованными жестко связаннымн между собой стержнями 6 и 7, расположенными в одной плоскости и установленными друг к другу под прямым углом, к вершине точке В) которого присоединена при помощи универсального четырехподвижного сферического шарнира 8 коромысло 4, расположенное вне этого угла и образующее при соединении вращательную кинематическуа пару В, служащую для компенсации в пространстве погрешностей геометрического расчета, изготовления и монтажа указанных звеньев, Стержень 6 шатуна 5 своим свободным концом шарнирлом друг к другу. Вершина прямого угла шатуна 5 и свободные концы стержней 6 и 7 посредством универсальных шарниров 8 подвижно соединены соответственно с коромыслом 4, кривошипам 3 и ползуном 9,установленным в прямолинейных направляющих 10 стойки 1, 1 з,п, ф-лы, 2 ил но соединен с кривошипом 3 при помощи такого же универсального шарнира 8, образуя при этом вращательную пару А, а соответственно свободный конец стержня 7 5 аналогично, посредством шарнира 8, соединен с полэуном 9, установленным в прямолинейных направляющих 10 стойки 1, образуя в совокупности компенсирующую вращательную кинематическую пару С и по ступательную пару С, Универсальный шарнир 8 включает в себя шаровой палец 11, жестко закрепленный своим цилиндрическим концом в отверстии головки коромысла 4 и подвижно установленный в несущей 15 цилиндрической втулке 12 шатуна 5 при помощи, охватывающих его сферическую головку двух вкладышей 13 с внутренними сферическими и наружными цилиндрическими рабочими поверхностями с возмож ностью их некоторого вращательного ипоступательного перемещения относительно продольной и поперечной геометрических осей симметрии (хг, у, Оз, ) подвижного соединения .втулки 12, как это 25 показано на фиг.2, подвижную направляющую шайбу 14 с центральным сквозным отверстием, контактирующую с цилиндрической возвратной пружиной 15, последний виток которой упирается в дни ще втулки шатуна 5, масленку 16 для смазкиподвижных сопряженных элементов и резиновый защитный пыльник 17, В принятой системе плоских координат (хОу) с началом в точке О, лежащим на оси вращения криво шипа 3, линия О 02 центров шарниров 2подвески кривошипа 3 и коромысла 4 к стойке 1 выражается уравнением прямой у = х, иначе говоря, линия центров ООг проходит через начало координат О и расположена 40 подуглом 45 коси у(или осих), а положениеоси х 1 х направляющих 10 для перемещения ползуна 9, параллельной основной оси Ох, выражается соответственно уравнением прямой у = Ь, где ордината Ь есть расстояние от оси вращения кривошипа 3 до линии х 1 х 1 перемещения ползуна 9, т.е. до прямой линии-траектории движения точки С, принадлежащей одновременно шатуну 5 и ползуну 9.Звенья механизма имеют следующие геометрические размеры: радиус кривошипа 3 равен г, (ОА=г); длина коромысла 4 равна Р, (01 В=Р); а каждый из одинаковых по длине стержней 6 и 7 шатуна 5 имеет ту же длину й, что и коромысло 4 (АВ = ВС 01 В = й).Межцентровое расстояние шарниров 2 подвески кривошипа 3 и коромысла 4 к стойке 1 равно Ь, (010.=1 ); а рабочий ход ползуна 9 (расстояние между его левой (ЛМТ) и правой (ПМТ) мертвыми точками) равен Н, причем отношения рабочего хода Н ползуна 9, ординаты Ь, длины Р коромысла 4 и межосевого расстоянияшарниров 2 подвески кривошипа 3 и коромысла 4 к радиусу г кривошипа 3 составляют соответственно: 2,87; 3,31; 3,41; 4,76; (Н/г=2,87; Ь/г=3,31; й/г=3,41; 3 /г = 4,76),Приведенные соотношения длин звеньев механизма округлены с точностью до сотых долей и при необходимости могут быть рассчитаны более точно с указанием полей допусков.Предлагаемый механизм. имеет приближенно-гармонический закон движения исполнительного звена (ползуна 9), близкий к синусоидальному. Пассивные связи в механизме исключаются путем введения трех универсальных шарниров 8, обеспечивающихдополнительные степени подвижности.Стрелками на чертеже показаны направления движения звеньев механизма, а на фиг.2 - объемная система координат х 2 у 10 зг с началом в, очке Оз, в центре шара сферической головки пальца 11, на котором двусторонними стрелками изображены возможные ограниченные перемещения в пространстве конструктивных элементов четырехподвижных кинематических пар А,ВиС.. Направляющий механизм работает следующим образом, При вращении кривошипа 3 вокруг неподвижной оси 0 цилиндрического шарнира 2 кинематически взаимосвязанное с кривошипом 3 коромысло 4 будет совершать возвратно-вращательное движение вокруг неподвижной оси 01 шарнира 2, шатун 5 будет участвовать в плсокопараллеаьном движении, причем его особая точка С будет перемещаться по прямой линии, совпадающей с линией х 1 х 1, сообщая ползуну 9 возвратно-поступательное. движение по оси х 1 х 1 прямолинейных направляющих 10 стойки 1. Все звенья меха 51020253035 ся по всем шарнирам 2 и 8, обеспечивая в целом высокую несущую способность механизма и достаточно высокие рабочие скорости движения его звеньев. В универсальном шарнире 8 при движении звеньев масленка 16 обеспечивает хорошие условия смазки шаровой головки пальца 11, втулки 12 и вкладышей 13 через центральное отверстие направляющей шайбы 14 и пружину 15, выполняющие функции поршневого насоса, перекачивающего масло при незначительном поступательном перемещении подвижных элементов соединения вдоль оси г, а пыльник 17 надежно предохраняет их от попадания пыли, влаги и грязи, Механизм 40 45 50 обратим; при ведущем звене - ползуне 9 он обеспечивает преобразование возвратно- поступательного движения последнего во вращательное движение кривошипа 3. Благодаря сравнительно малому углу качания коромысла 4, небольшому радиусу кривонизма при этом будут перемещаться в одной вертикальной плоскости хОу, или точнее в плоскостях, параллельных последней, как в обычном плоском механизме, Благодаря тому, что в каждом иэ трех универсальных шарниров 8 (кинематические пары А, В и С) допускается некоторое соевое поступательное смещение шарового пальца 11 относительно оси г и ограниченное вращательное движение его вокруг осей х 2, у 1 и г с началом координат в точке Оз, как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях полностью компенсируются неточности геометрического расчета линейных иугловых параметров и отдельных конструктивных элементов звеньев и обеспечивается прямолинейное перемещение точки С шатуна 5 и ползуна 9 с чрезвычайно высокой степенью точности, т,е. данный механизмпревращается в прецизионно точный направляющий механизм, служащий для преобразования вращательного движения кривошипа 3 в возвратно-поступательное движение ползуна 9. При работе механизмамертвые точки ползуна 9 и коромысла 4 не совпадают и несколько смещены по фазе: раньше достигает крайних положений коромысло 4, что стабильно обеспечивает плавный выход из мертвых точек шатуна 5 припрямом и обратном ходах, При движенииточки С по прямой линии х 1 х 1 полностью устраняется действие вредных боковых (тангенциальных) сил со стороны шатуна 5 на ползун 9, а через последний и на стойку1, и теоретически при абсолютно нулевомзначении угла давления резко снижаются потери на трение в поступательной кинематической паре С 1, благодаря чему рабочие нагрузки почти равномерно распределяютшипа 3, рациональным геометрической форме и распределению масс шатуна 5, отсутствию боковых нагрузок, передающихся на ползун 9, удается значительно снизить действия сил инерции первого и второго 5 рода на звенья и легко обеспечить высокую степень уравновешенности всего механизма на фундаменте. Высокая степень точности воспроизведения прямолинейного движения ползуном 9 возможна и потому, 10 что универсальные шарниры 8 при достаточной жесткости и допускаемой упругости всех подвижных конструктивных элементов надежно стабилизируют плавность передачи движения, полностью устраняют жесткие 15 удары в элементах кинематических пар, способствуют эффективному демпфированию колебаний в течение каждого цикла перемещения звеньев при высоких скоростях вращения кривошипа 3, существенно улуч шая при этом виброакустические характеристики механизма и исключая локальные возмущения всей системы его рычагов и шарниров при возможных перегрузках в период установившегося движения, 25Формула изобретения.1. Прямолинейно-направляющий механизм, содержащий стойку, шарнирно связанный со стойкой одним концом кривошип, коромысло, одним концом шар нирно связанное со стойкой и установленное с возможностью возвратно-вращательного движения, и шатун, шарнирно связанный со свободными концами кривошипа и коромысла, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью 35 расширения кинематических возможностей, повышения надежности и КПД за счет воспроизведения точной прямолинейной траектории движения, механизм снабжен прямолинейной направляющей и установленным в ней с возможностью возвратно- поступательного движения ползуном, шатун выполнен в виде двуплечего рычага, плечи которого взаимно перпендикулярны и по длине равны длине коромысла, вершина шатуна шарнирно. связана с коромыслом, а концы шарнирно связаны с ползуном и кривошипом соответственно, прямая. проходящая через центры шарниров, связывающих кривошип и коромысло со стойкой, расположена под углом 45 к прямой; перпендикулярной продольной оси ползуна и проходящей через центр шарнира, связывающего кривошип со стойкой, а длина рабочего хода полэуна, длина коромысла, расстояние между продольной осью ползуна и параллельной ей прямой, проходящей через центр шарнира, связывающего кривошип со стойкой, и расстояние между центрами шарниров, связывающих кривошип и коромысло со стойкой соотносятся между собой как 2,87:3,41:3,31:4,76,2. Механизм по п 1,отлича ющи йся тем, что, с целью компенсации погрешностей геометрического расчета, изготовления и монтажа звеньев, подвижные соединения шатун - ползун, шатун-коромысло и шатун- кривошип выполнены в виде четырехпддвижных сферических шарниров,1803654 6- Е ао 3 ернуяо оставитель В.Базовойхред М. Моргентал актор Те Корректор Н.Корол СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина. 101 Заказ 1044 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по и 113035, Москва, Ж, Подписноеретениям и открытиям при Гшская наб 4/5