МЕХАНИЗМ ПРИВОДА ДВУХЛОПАСТНОГО МОТОВИЛА

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения и может быть применено на жатках для уборки зерновых культур.
Известные конструкции приводов мотовила включают ряд передач, которые приводят лопасти мотовила во вращение с постоянной угловой скоростью.
Во многих случаях необходимо увеличить степень воздействия мотовила на хлебостой, например, увеличением скорости их вращения, но этот путь ведет к увеличению потерь зерна при соударении планок о колосья.
Если скорость лопасти в хлебостое увеличивать нецелесообразно, то при движении ее вне хлебостоя, скорость может быть увеличена. Средняя скорость вращения мотовила при этом может быть значительно увеличена.
Близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является механизм привода двухлопастного мотовила, который обеспечивает периодическое уменьшение скорости вращения лопастей при входе последних в слой хлебостоя и, наоборот, увеличение скорости вращения лопастей при движении их вне хлебостоя (Авт. св. СССР №257203, кл. 45С 57/02 (МПК А01D), заявлено 13.09.1968 (заявка №1272210/30-15), опубликовано 11.11.1969, Бюллетень №35).
Механизм привода включает приводную цепь, перекинутую через круглую звездочку, на валу этой же звездочки закреплена некруглая, эллипсовидная шестерня, взаимодействующая с аналогично выполненной некруглой другой шестерней. При вращении круглой шестерни вращается и некруглая вторая звездочка, которая через цепь и круглую звездочку приводит во вращение вал мотовило. Применение эллипсовидных шестерен позволяет за один оборот мотовила увеличивать и уменьшать скорость вращения лопастей мотовила, т.е. при входе лопастей внутрь хлебостоя скорость вращения лопастей уменьшается, а при движении вне хлебостоя - увеличивается. Средняя скорость вращения мотовила при этом может быть значительно увеличена.
Привод мотовила эллипсовидными колесами имеет следующие недостатки:
сложность и дороговизна изготовления колес, так как необходимо применять приближенные, малоэффективные способы нарезания зубьев, основанные на методах копирования и обкатки, используемых при изготовлении круглых колес;
ограниченный диапазон регулирования переменной угловой скорости ведомого колеса;
шум и колебания при работе передачи из-за неточностей профилей зубьев, низкая плавность работы;
значительный абразивный износ как круглых и эллипсовидных звездочек, так и цепных передач, поскольку они работают в пыльной среде и не защищены от ее воздействия;
малый ресурс работы.
Задачей, на решение которой направлено заявляемая полезная модель, является упрощение конструкции и изготовление привода, увеличение диапазона регулирования переменной скорости ведомого звена с лопастями, увеличение ресурса и надежности работы привода, снижение шума и колебаний привода при работе устройства.
1
2
1
2
Поставленная задача достигается за счет того, что в механизме привода двухлопастного мотовила, привод содержит ведущий и ведомый кривошипы, шарнирно соединенные с шатуном и со стойкой, кривошипы выполнены со скрещенными геометрическими осями шарниров под углом α, равным 170…100°, а шатун и стойка со скрещенными геометрическими осями шарниров под углом α, равным 10…90°, при этом отношение кратчайшего расстояния  между геометрическими осями шарниров кривошипов к кратчайшему расстоянию  между геометрическими осями шарниров шатуна и стойки равно соответственно отношению синусов углов α и α, т.е. .
Предложенная совокупность признаков предложенного устройства позволяет:
существенно упростить конструкцию привода, состоящего из двух кривошипов и шатуна;
упростить изготовление звеньев привода устройства, так как они изготавливаются по общепринятой технологии на распространенном известном оборудовании (токарные и фрезерные станки), использовании стандартных подшипников качения или скольжения;
существенно увеличить диапазон регулирования переменной угловой скорости ведомого вала с лопастями, следовательно, увеличить среднюю угловую скорость вращения лопастей;
устранить шум при работе устройства;
увеличить КПД устройства, так как шарниры выполнены на подшипниках качения, КПД пары которых равен 0,99;
увеличить ресурс, долговечность и надежность работы привода устройства, так как шарнирные соединения оформлены на стандартных подшипниках качения, которые легко изолируются от абразивной среды.
Общими признаками прототипа и предложенного устройства механизма привода двухлопастного мотовила являются меньшее значение угловой скорости лопастей мотовила при входе их в хлебостой и большее значение угловой скорости при выходе их из хлебостоя, наличие стойки.
Отличительными признаками предложенного механизма привода двухлопастного мотовила от прототипа являются следующие:
в предложенном приводе введены два кривошипа и шатун для сообщения лопастям мотовила переменного движения, у прототипа привод содержит две цепных передачи и эллипсовидные зубчатые колеса открытого типа;
в предложенном приводе диапазон регулирования переменной угловой скорости вращения лопастей в несколько раз больше, чем диапазон регулирования эллипсовидными колесами у прототипа;
в предложенном приводе все шарнирные соединения изолированы от абразивной среды, у прототипа две цепные передачи и эллипсовидные колеса работают в абразивной среде, следовательно, ресурс работы предложенного привода значительно превосходит ресурс работы прототипа;
в предложенном приводе шарниры выполнены на стандартных шарикоподшипниках, КПД которых выше чем КПД двух цепных передач и пары эллипсовидных зубчатых колес у прототипа;
в предложенном приводе два кривошипа и шатун имеют особое расположение геометрических осей шарниров, у прототипа эти параметры отсутствуют.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена кинематическая схема привода механизма двухлопастного мотовила (Фиг. 1).
Механизм привода двухлопастного мотовила состоит из ведущего кривошипа 1, шатуна 2, ведомого кривошипа 3 и стойки 4. (Так как кривошипы расположены в пространстве в разных плоскостях, звенья изображены на плоскости с некоторым искажением). С валом кривошипом 3 соединен рабочий вал 5, на котором закреплены лопасти 6.
1
Кривошипы 1 и 3 имеют одинаковые параметры: кратчайшее расстояние  между геометрическими осями шарниров и угол скрещивания α между этими осями шарниров.
2
1
2
Геометрические оси шарниров шатуна 2, соответственно стойки 4, скрещены под углом α и отстоят на кратчайшем расстоянии . При этом углы скрещивания α, α и кратчайшие расстояния ,  связаны соотношением .
Все шарниры кривошипов, шатуна и стойки выполнены на подшипниках качения, которые имеют высокий КПД (порядка 0,99), легко изолируются от абразивного износа, имеют высокую надежность и долговечность, небольшую стоимость.
1
2
1
2
Угол скрещивания α геометрических осей шарниров кривошипов (скрещенные оси - это оси, которые не параллельны и нигде не пересекаются) может принимать значения от 170 до 100°, а угол скрещивания α геометрических осей шарниров шатуна и стойки - от 10 до 90°. Так как скрещенные геометрические оси шарниров расположены в пространстве, то на плоском чертеже углы α, α, и кратчайшие расстояния ,  показаны с некоторым искажением.
1
2
Принято отсчитывать углы α и α скрещивания осей шарниров звеньев против часовой стрелки от геометрической оси шарнира, обращенного к наблюдателю.
1
3
Механизм привода двухлопастного мотовила работает следующим образом. Вращение ведущего кривошипа 1 с постоянной угловой скоростью, а ω передается через шатун 2 на ведомый кривошип 3 и вал 5 с лопастями 6, вызывая его вращение с переменной угловой скоростью ω.
Максимальное значение угловой скорости ведомого кривошипа 3 будет при угле поворота ϕ=0° ведущего кривошипа 1 равно
Минимальное значение угловой скорости ведомого кривошипа 3 будет при угле поворота ϕ=180° ведущего кривошипа 1 равно
Степень неравномерности вращения ведомого кривошипа 3, следовательно, и рабочего вала 5 с лопастями 6, равна
1
2
Эту же степень неравномерности 8 вращения можно определить по значениям углов α и α по формуле
При вращении с постоянной угловой скоростью ведущего кривошипа 1 лопасти 6 будут входить в хлебостой при минимальной угловой скорости, определяемой формулой (2), а вне хлебостоя - с повышенной скоростью, определяемой формулой (1), при этом средняя скорость вращения будет повышаться.
1
2
Регулировать переменную угловую скорость ведомого кривошипа можно сменными мотылями кривошипов 1 и 3, имеющими разные углы скрещивания α равные от 170 до 100°, углом α со значением 10-90° и частотой вращения кривошипов.
1
2
Например, при угле α=170° и α=60° степень неравномерности по формуле (4) будет равна .
1
2
°
При угле α=120 и α=60° степень неравномерности равна .
1
2
При угле α=100° и α=60° степень неравномерности равна
.
2
1
Примем теперь угол α=70° и α=100°, степень неравномерности δ будет равна
.
1
2
1
2
°
Как видно из примера, степень неравномерности δ может изменяться в широких пределах от 0,151 до 2,532 при углах α равных 170°, 120° и 100°, и при постоянном значении угла α=60, и до 3,7056 при значении угла α=100° и угла α=70°.
1
2
Можно получать другие значения степени неравномерности δ вращения ведомого кривошипа 3 с лопастями 6, варьируя углами α в пределах 170-100° и α в пределах 10-90° и частотой вращения кривошипов.
Таких широких пределов регулирования степени неравномерности невозможно получить в известном приводе с эллипсовидными зубчатыми колесами.
2
1
2
-1
Реализовать полезную модель возможно следующим образом. Назначается часть параметров по потребности, например, примем =150 мм, α=60°, α=120°, частоту вращения кривошипов n=60 мин (частоту переводим в значение угловой скорости по формуле (ω=πn/30=3,14⋅60/30=6,28 рад/с).
По формуле (1) определяется максимальное значение угловой скорости
и минимальное, по формуле (2)
Затем определяется степень неравномерности вращения ведомого кривошипа по формуле (3)
или по формуле (4), .
Как видно из примера, значение степени неравномерности вращения ведомого кривошипа, определяемое по формулам (3 или 4) одинаковы.
Затем определяется кратчайшее расстояние  между геометрическими осями шарниров кривошипов 1 и 3 по формуле взаимосвязи параметров
1
2
1
Таким образом, предложенный механизм привода двухлопастного мотовила под степень неравномерности ведомого кривошипа, равную 1,49 имеет следующие параметры: =150 мм, =150,00 мм, α=120°, α=60°, ω=6,28 рад/с.
Таким же образом можно определять параметры механизма для других значений степени неравномерности и частоты вращения кривошипов.
Механизм прост по конструкции, надежен и долговечен, имеет высокий КПД, широкий диапазон регулирования переменной угловой скорости ведомого кривошипа, обеспечивает работу жатки без потерь зерна при входе лопастей в массу хлебостоя.