КРИВОШИПНО-ПОЛЗУННЫЙ МЕХАНИЗМ БОГДАНОВА СО ЗВЕНОМ, ДВИЖУЩИМСЯ ПРЯМОЛИНЕЙНО-ПОСТУПАТЕЛЬНО
BOGDANOV SLIDER-CRANK MECHANISM WITH LINK MOVING LINEAR-PROGRESSIVELY

Изобретение относится к машиностроению, а именно к преобразователям равномерного вращения ведущего звена в прямолинейное поступательное шатуна, и найдет применение в различных областях техники и, в частности, в строительных, сельскохозяйственных и других машинах.
Известен направляющий кривошипно-ползунный механизм Артоболевского со звеном, движущимся прямолинейно-поступательно, включающий основание с прямолинейной направляющей, установленный на основании кривошип, шатун, длина которого равна удвоенной длине кривошипа, шарнирно связанный серединой с кривошипом и являющийся одновременно звеном шарнирного параллелограмма, другое звено которого, связанное шарнирно с концом шатуна, несет в середине ползун, установленный в направляющей, параллельной горизонтальной оси X. При повороте кривошипа звено параллелограмма, параллельное звену, на котором установлен ползун, движется по оси Y прямолинейно-поступательно. [Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. - М.: Наука, т. 2, с. 479, рис. 1482].
Недостатками этого механизма являются громоздкая кинематическая связь кривошипа с прямолинейно-поступательным звеном, направляющая с ползуном установлена вне координатных осей, что увеличивает громоздкость, снижает компактность и ограничивает технические возможности связи с другими механизмами и системами машин и его применения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является кривошипно-ползунный механизм со звеном, движущимся прямолинейно-поступательно, содержащий основание с прямолинейной направляющей, установленный в направляющей ползун, установленный на основании кривошип, первый шатун, равный удвоенной длине кривошипа и который шарнирно связан своей серединой с кривошипом, а одним концом - с ползуном, с другим концом шатуна одним концом шарнирно связан второй шатун, с другим концом которого связан одним концом третий шатун, равный длине кривошипа и связанный другим концом шарнирно с одним концом расположенного горизонтально или под углом четвертого шатуна, равным длине второго шатуна и который другим концом связан шарнирно с кривошипом, несет горизонтальную консоль и образует с третьим, вторым и половиной первого шатуна параллелограмм, а на консоли четвертого шатуна установлен скользящий по ней шарнир, с которым связаны два равных по длине звена, другие концы которых связаны с шарнирами, установленными на кривошипе и первом шатуне так, что образуют с ними ромб [патент №2568160 по заявке 2013158195, МПК F16H 21/00 - прототип].
Недостатком механизма является громоздкость механизма по вертикали, что ограничивает технические возможности его применения и компактную связь с другими механизмами и системами машин.
Технический результат предлагаемого изобретения - расширение технических возможностей применения механизма, повышение его компактности, повышение компактности связи механизма с другими механизмами и системами машин.
Заявляемое изобретение направлено на решение технической задачи - расширение технических возможностей применения механизма, повышение его компактности, повышение компактности связи механизма с другими механизмами и системами путем введения дополнительных звеньев, иного выполнения и соединения звеньев и изменения их кинематических связей.
Техническая задача решается тем, что кривошипно-ползунный механизм со звеном, движущимся прямолинейно-поступательно, содержащий основание с прямолинейной направляющей, установленный в направляющей ползун, установленный на основании кривошип, первый шатун, который шарнирно связан с кривошипом, а с другим концом шатуна одним концом шарнирно связан второй шатун, с другим концом которого шарнирно связан одним концом третий шатун и расположенный горизонтально или под углом четвертый шатун, равный длине второго шатуна, кроме этого механизм снабжен двумя равными по длине звеньями, связанными одними концами шарниром; в котором механизм дополнительно снабжен пятым, шестым, седьмым и восьмым шатунами, одной парой рычагов, равных каждый длине одного из двух равных по длине звеньев и жестко связанных одними концами в линию шарниром, другой парой рычагов жестко связанных одними концами в линию шарниром, длина первого шатуна равна одной длине кривошипа и одним концом первый шатун шарнирно связан с кривошипом, который дополнительно снабжен одним промежуточным шарниром, с которым связан одним концом пятый шатун, равный длине участка кривошипа от основания до его промежуточного шарнира, своим другим концом пятый шатун шарнирно связан с ползуном и снабжен промежуточным шарниром на расстоянии от шарнирного соединения его с кривошипом, равном длине одного звена из двух равных по длине звеньев, кроме этого первый шатун дополнительно снабжен одним промежуточным шарниром на расстоянии от шарнирного соединения его с кривошипом, равном длине одного звена из двух равных по длине звеньев, а кривошип дополнительно снабжен другим промежуточным шарниром, в котором размещен шарнир, жестко связывающий одними концами в линию одну пару рычагов, равных каждый длине одного из двух равных по длине звеньев, причем свободный конец одного рычага шарнирно связан с одним концом шестого шатуна, другой конец которого связан с промежуточным шарниром пятого шатуна так, что рычаг, шестой шатун, участок пятого шатуна между его промежуточным шарниром и промежуточным шарниром кривошипа и с частью кривошипа между его одним и другим промежуточными шарнирами образуют параллелограмм, а свободный конец другого рычага из одной пары рычагов шарнирно связан с одним концом седьмого шатуна, другой конец которого связан с одним промежуточным шарниром первого шатуна так, что другой рычаг из одной пары рычагов, седьмой шатун, участок первого шатуна между его одним промежуточным шарниром и шарниром связи кривошипа с первым шатуном и с частью кривошипа между его другим промежуточным шарниром и шарниром связи его с первым шатуном образуют параллелограмм, кроме этого первый шатун дополнительно снабжен другим промежуточным шарниром, в котором размещен шарнир, жестко связывающий одними концами в линию другую пару рычагов, причем свободный конец одного рычага из другой пары рычагов шарнирно связан с одним концом восьмого шатуна, другой конец которого шарнирно связан с одним концом четвертого шатуна, другой конец которого связан с шарниром, размещенным в промежуточном шарнире первого шатуна так, что рычаг из другой пары рычагов, восьмой и четвертый шатуны с частью первого шатуна между его одним и другим промежуточными шарнирами образуют параллелограмм, а свободный конец другого рычага из второй пары рычагов шарнирно связан с одним концом третьего шатуна, другой конец которого шарнирно связан со вторым шатуном так, что рычаг из другой пары рычагов, третий и второй шатуны с частью первого шатуна между его другим промежуточным шарниром и шарниром связи его со вторым шатуном образуют параллелограмм, кроме этого третий шатун равен длине участка первого шатуна между шарниром связи с ним второго шатуна и его другого промежуточного шарнира, а седьмой шатун снабжен консолью, жестко связанной с ним, длина которой равна длине одного из двух равных по длине звеньев и связанных между собой шарниром, причем одно из этих звеньев своим другим концом связано шарнирно с консолью седьмого шатуна, а другое звено своим другим концом связано с шарниром, размещенным в шарнирном соединении кривошипа с первым шатуном так, что два равных по длине звена с консолью седьмого шатуна и участком первого шатуна между шарнирами связи седьмого шатуна и кривошипа с первым шатуном образуют ромб, который снабжен вертикальным стержнем, связанным одним концом с шарниром, размещенным в шарнирном соединении двух равных по длине звеньев, а другим концом скользит в шарнире четвертого шатуна, размещенном в шарнирном соединении седьмого шатуна с первым шатуном, и удерживает четвертый шатун в горизонтальном положении или под углом.
Сущность изобретения заключается в том, что механизм дополнительно снабжен пятым, шестым, седьмым и восьмым шатунами, одной парой рычагов, равных каждый длине одного из двух равных по длине звеньев и жестко связанные одними концами в линию шарниром, другой парой рычагов жестко связанные одними концами в линию шарниром, длина первого шатуна равна одной длине кривошипа и одним концом первый шатун шарнирно связан с кривошипом, который дополнительно снабжен одним промежуточным шарниром, с которым связан одним концом пятый шатун, равный длине участка кривошипа от основания до его промежуточного шарнира, своим другим концом пятый шатун шарнирно связан с ползуном и снабжен промежуточным шарниром на расстоянии от шарнирного соединения его с кривошипом, равным длине одного звена из двух равных по длине звеньев, кроме этого первый шатун дополнительно снабжен одним промежуточным шарниром на расстоянии от шарнирного соединения его с кривошипом, равным длине одного звена из двух равных по длине звеньев, а кривошип дополнительно снабжен другим промежуточным шарниром, в котором размещен шарнир, жестко связывающий одними концами в линию одну пару рычагов, равные каждый длине одного из двух равных по длине звеньев, причем свободный конец одного рычага шарнирно связан с одним концом шестого шатуна, другой конец которого связан с промежуточным шарниром пятого шатуна так, что рычаг, шестой шатун, участок пятого шатуна между его промежуточным шарниром и промежуточным шарниром кривошипа и с частью кривошипа между его одним и другим промежуточными шарнирами образуют параллелограмм, а свободный конец другого рычага из одной пары рычагов шарнирно связан с одним концом седьмого шатуна, другой конец которого связан с одним промежуточным шарниром первого шатуна так, что другой рычаг из одной пары рычагов, седьмой шатун, участок первого шатуна между его одним промежуточным шарниром и шарниром связи кривошипа с первым шатуном и с частью кривошипа между его другим промежуточным шарниром и шарниром связи его с первым шатуном образуют параллелограмм, что существенно уменьшает габариты механизма по вертикали и повышает его компактность. Дополненные к механизму пятый, шестой и седьмой шатуны, два равные по длине рычаги, образующие с кривошипом параллелограммы, обеспечивают компактную связь с другими механизмами и системами, а также точное, как и у прототипа, прямолинейно поступательное движение концевой точки первого шатуна, равного, в отличие от прототипа, одной длине кривошипа, и соответственно шарнир, связывающий первый и второй шатуны, будет двигаться также прямолинейно-поступательно по горизонтальной оси при более компактном механизме, что направлено на достижение заявленного технического результата - повышение технических возможностей применения механизма.
Кроме этого снабжение первого шатуна дополнительно другим промежуточным шарниром, в котором размещен шарнир, жестко связывающий одними концами в линию другую пару рычагов, причем свободный конец одного рычага из другой пары рычагов шарнирно связан с одним концом восьмого шатуна, другой конец которого шарнирно связан с одним концом четвертого шатуна, другой конец которого связан с шарниром, размещенным в промежуточном шарнире первого шатуна так, что рычаг из другой пары рычагов, восьмой и четвертый шатуны и с частью первого шатуна между его одним и другим промежуточными шарнирами образуют параллелограмм, а свободный конец другого рычага из второй пары рычагов шарнирно связан с одним концом третьего шатуна, другой конец которого шарнирно связан со вторым шатуном так, что рычаг из другой пары рычагов, третий и второй шатуны с частью первого шатуна между его другим промежуточным шарниром и шарниром связи его со вторым шатуном образуют параллелограмм, кроме этого третий шатун равен длине участка первого шатуна между шарниром связи с ним второго шатуна и его другого промежуточного шарнира, обеспечивает компактную связь механизма с другими механизмами и системами машин для достижения заявленного технического результата.
Далее, снабжение седьмого шатуна консолью, жестко связанной с ним, длина которой равна длине одного из двух равных между собой звеньев, причем одно из двух равных по длине и связанных шарниром звеньев своим другим концом связано шарнирно с консолью седьмого шатуна, а другое звено своим другим концом связано с шарниром, размещенным в шарнирном соединении кривошипа с первым шатуном так, что два равных по длине звена с консолью седьмого шатуна и участком первого шатуна между шарнирами связи седьмого шатуна и кривошипа с первым шатуном образуют ромб, который снабжен вертикальным стержнем, связанным одним концом с шарниром, размещенным в шарнирном соединении двух равных по длине звеньев, а другим концом скользит в шарнире четвертого шатуна, размещенном в шарнирном соединении седьмого шатуна с первым шатуном, и удерживает четвертый шатун в горизонтальном положении или под углом, обеспечивает горизонтальное положение или положение под углом четвертого шатуна и соответственно такое же положение связанного с ним параллелограммами второго шатуна. Так как второй шатун связан с шарниром первого шатуна, который движется прямолинейно-поступательно по горизонтальной оси, то второй шатун превращается в звено механизма, движущееся прямолинейно-поступательно при более компактном механизме, что существенно расширяет технические возможности применения механизма.
Кроме этого третий шатун, в сравнении с прототипом, меньше по длине и равен длине участка первого шатуна между шарнирами связи второго и седьмого шатунов с первым шатуном, что повышает компактность механизма, а также компактность связи его с другими механизмами и системами и расширяет технические возможности его применения. Так, например, в устройстве с шарнирной рамой на базе предлагаемого механизма, при соединении рабочего органа машины ко второму шатуну для его прямолинейно-поступательного движения и возможностью поворота рабочего органа вокруг точки крепления его ко второму шатуну обеспечивается компактность связи механизма с рабочим органом. Это обусловлено тем, что в предлагаемой схеме механизма третий шатун, связанный со вторым шатуном, расположен так, что не ограничивает поворот рабочего органа устройства.
Таким образом, путем введения дополнительных звеньев, иного выполнения и соединения звеньев и изменения их кинематических связей достигается заявленный технический результат - расширение технических возможностей применения механизма, повышение его компактности, повышение компактности связи механизма с другими механизмами и системами, а в новой совокупности признаков возникает новое техническое свойство механизма - при повороте кривошипа, как ведущего звена, второй шатун движется точно прямолинейно-поступательно относительно горизонтальной оси при более компактном механизме, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию новизны и изобретательского уровня.
Заявляемое изобретение поясняется графическим материалом:
- на фиг. 1 показана схема механизма при повороте кривошипа на 30° и дополнительно показано положение второго и четвертого шатунов под углом в тонких линиях;
- на фиг. 2 показана схема механизма при повороте кривошипа на 60°.
Механизм содержит основание 1 с прямолинейной направляющей 2, установленный на основании кривошип 3, ползун 4, установленный в направляющей 2, первый шатун 5, равный длине кривошипа 3, который снабжен одним В и другим W промежуточными шарнирами.
Механизм содержит второй 6, третий 7, четвертый 8, пятый 9, шестой 10, седьмой 11 и восьмой 12 шатуны, два равных по длине рычага 13 и 14, жестко связанные между собой в линию шарниром, размещенным в промежуточном шарнире W кривошипа 3.
Пятый шатун 9 одним концом связан с кривошипом 3 промежуточным шарниром В, а другим концом шарниром D связан с ползуном 4 и снабжен промежуточным шарниром Р, с которым связан одним концом шестой шатун 10, другой конец которого связан шарниром Н со свободным концом рычага 13, которые образуют с частью кривошипа 3 между его одним В и другим W промежуточными шарнирами параллелограмм BPHW. Со свободным концом рычага 14 шарнирно связан седьмой шатун 11, который своим другим концом шарнирно связан с одним промежуточным шарниром K первого шатуна 5 и снабжен консолью 15, жестко связанной с ним.
Первый шатун 5 связан одним концом шарниром N с кривошипом 3 и снабжен другим промежуточным шарниром О, в котором размещен шарнир, жестко связывающий одними концами в линию другую пару рычагов 16 и 17. С другим концом шарниром С первый шатун 5 шарнирно связан со вторым шатуном 6. С другим концом второго шатуна 6 одним концом шарниром Е связан одним концом третий шатун 7, равный длине участка первого шатуна 5 между другим его промежуточным шарниром О и шарниром С связи его со вторым шатуном 6.
Другой конец третьего шатуна 7 шарниром U шарнирно связан со свободным концом рычага 16 из другой пары рычагов так, что второй 6 и третий 7 шатуны, рычаг 16 и с частью первого шатуна 5 между его другим промежуточным шарниром О и шарниром С связи первого шатуна 5 со вторым шатуном 6 образуют параллелограмм UOCE.
Свободный конец другого рычага 17 из другой пары рычагов шарниром Т шарнирно связан с восьмым шатуном 12, другой конец которого связан шарниром L с одним концом расположенного горизонтально или под заданным углом четвертого шатуна 8, который равен длине второго шатуна 6. Четвертый шатун 8 своим другим концом связан с шарниром F, размещенным в шарнирном соединении К седьмого шатуна 11 с первым шатуном 5 и образует с восьмым 12 и вторым 6 шатунами, рычагом 17 и с частью первого шатуна 5 между его одним К и другим О промежуточными шарнирами параллелограмм KLTO.
Кроме этого механизм содержит два равных по длине звена 18 и 19, связанных одними концами шарниром R. Звено 18 своим другим концом связано с консолью 15 седьмого шатуна 11 шарниром М, а звено 19 своим другим концом связано с шарниром S, размещенным в шарнирном соединении N кривошипа 3 с первым шатуном 5 так, что звенья 18 и 19 с консолью 15 седьмого шатуна 11, равной длине одного из двух звеньев 18 и 19, и участком первого шатуна 5 между шарнирами K и N связи кривошипа 3 и седьмого шатуна 11 с первым шатуном 5, также равного длине одного из двух звеньев 18 и 19 образуют ромб KSRM. Кроме этого длина каждого рычага 13 и 14, расстояние между промежуточными шарнирами Р на пятом шатуне 9 и В на кривошипе 3 равно длине одного звена из двух равных по длине звеньев 18 и 19.
Ромб KSRM снабжен вертикальным стержнем 20, связанным жестко одним концом с шарниром V, размещенным в шарнирном соединении R двух равных по длине звеньев 18 и 19, а другим концом скользит в шарнире F четвертого шатуна 8, размещенном в шарнирном соединении К седьмого шатуна 11 с первым шатуном 5. Шарнир F жестко связан с четвертым шатуном 8 и посредством стержня 20, скользящего в нем, удерживает четвертый шатун 8 в горизонтальном положении или под углом.
Механизм работает следующим образом.
При повороте кривошипа 3 на угол ϕ от вертикальной оси Y направляющей 2 связанный с кривошипом 3 пятый шатун 9 перемещает ползун 4 по направляющей 2. Шестой 10 и седьмой 11 шатуны входят в связанные между собой рычагами 13, 14 параллелограммы BPHW и NKGW и поэтому удерживают первый шатун 5 параллельно пятому шатуну 9, а в силу равенства длины первого шатуна 5 длине кривошипа 3 обеспечивается перемещение концевой точки первого шатуна 5 и его шарнира С точно по горизонтальной оси X.
Звенья 18 и 19 ромба KSRM удерживают четвертый шатун 8 точно в горизонтальном положении или под заданным углом, как показано на фиг. 1 в тонких линиях, посредством стержня 20, связанного жестко с шарниром V, размещенным в шарнирном соединении R этих звеньев, и скользящего в шарнире F, жестко связанном с четвертым шатуном 8.
Вместе с четвертым шатуном 8 параллелограммами KLTO и UOCE удерживается в горизонтальном положении или под углом и второй шатун 6, что обуславливает его в механизме как звено, движущееся прямолинейно-поступательно по горизонтальной оси X.
Таким образом, предлагаемое изобретение в сравнении с прототипом расширяет технические возможности применения механизма, повышает его компактность, повышает компактность связи механизма с другими механизмами и системами. Такой механизм найдет применение в различных областях техники и, в частности, в землеройной технике и погрузочных устройствах, например, при разработке планировщиков, подгребающих грейферов с шарнирной рамой регулируемой конструкции с широким раздвижением и поворотом рабочих органов для разработки грунтов или погрузки материалов, размещенных тонким слоем.