КРИВОШИПНО-КУЛИСНЫЙ МЕХАНИЗМ
CRANK-AND-SLOT MECHANISM

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к кривошипно-кулисным механизмам, преимущественно, поршневых машин.
Известен кривошипно-кулисный механизм, содержащий кулису и расположенный между противоположными частями кулисы кулисный камень, при этом контактные поверхности кулисы и камня снабжены зубчатыми рейками, а между контактными поверхностями кулисы и камня расположены катки с синхронизирующими шестернями, зацепленными с зубчатыми рейками кулисы и камня. При этом контактные поверхности и зубчатые рейки выполнены заодно (см. патент США №2312057, опуб. 23.02.1943).
Недостатками известного механизма являются увеличенная ширина контактных поверхностей, обусловленная необходимостью выполнения канавок под выход инструмента, как при шлифовании контактных поверхностей, так и при выполнении зубьев рейки, а также нетехнологичность при серийном изготовлении.
Техническим результатом является повышение надежности работы механизма за счет уменьшения расстояния между опорами вала из-за меньшей ширины контактных поверхностей, а также улучшение технологичности за счет подбора контактных элементов с требуемой толщиной.
Поставленная задача достигается тем, что в кривошипно-кулисном механизме, содержащем кулису и расположенный между противоположными частями кулисы кулисный камень, при этом контактные поверхности кулисы и камня снабжены зубчатыми рейками, а между контактными поверхностями кулисы и камня расположены катки с синхронизирующими шестернями, зацепленными постоянно с зубчатыми рейками кулисы и камня, согласно изобретению контактные поверхности, по меньшей мере, одного из взаимодействующих звеньев механизма (кулисы или кулисного камня) расположены на отдельных рабочих контактных элементах, выполненных в форме параллелепипеда и установленных между рейками, обе торцевые поверхности контактного элемента, не закрытые рейками, имеют наклонные к контактной поверхности участки, а крепление контактных элементов выполнено в виде наклонных к контактной поверхности крепежных элементов, воздействующих на наклонные участки контактных элементов и прижимающих последние к звену механизма.
Поставленная задача достигается также тем, что зубчатые рейки могут быть выполнены в виде отдельных элементов.
Поставленная задача достигается также тем, что пара зубчатых реек одной контактной поверхности может быть выполнена в виде единого корытообразного элемента, при этом на стенках корытообразного элемента выполнены зубья реек, стенки соединены между собой при помощи днища, а рабочий контактный элемент установлен на днище корытообразного элемента между стенками последнего.
Поставленная задача достигается также тем, что механизм может быть снабжен дополнительной кулисой, при этом направление движения одной кулисы расположено под прямым углом относительно направления движения другой кулисы, а кулисный камень выполнен в виде квадрата, рабочие контактные элементы установлены на каждой стороне квадрата кулисного камня, при этом крепежные элементы расположены в углах квадрата кулисного камня с возможностью нажатия на наклонные участки двух соседних контактных элементов.
Поставленная задача достигается также тем, что кулиса может быть снабжена боковыми контактными элементами с зубчатыми рейками и контактными поверхностями, взаимодействующими с контактными поверхностями корпуса посредством катков с синхронизирующими шестернями, зацепленными с зубчатыми рейками кулисы и корпуса, при этом, по меньшей мере, одна торцевая поверхность боковых контактных элементов имеет наклонный к контактной поверхности участок, а крепежные элементы расположены в углах кулисы в месте примыкания боковых контактных элементов к рабочим контактным элементам кулисы с возможностью нажатия каждым крепежным элементом на наклонные участки двух примыкающих контактных элементов.
Поставленная задача достигается также тем, что пара зубчатых реек бокового контактного элемента может быть выполнена в виде единого корытообразного элемента, при этом на стенках корытообразного элемента выполнены зубья реек, стенки соединены между собой при помощи днища, а рабочий контактный элемент, выполненный в форме параллелепипеда, установлен на днище корытообразного элемента между стенками последнего.
Поставленная задача достигается также тем, что в углах кулисного камня и/или кулисы в месте примыкания соседних контактных элементов могут быть выполнены отверстия, в которые установлены с возможностью поворота цилиндрические шарнирные элементы, соединенные с крепежными элементами.
Изобретение поясняется при помощи чертежей.
На фиг.1 представлен кривошипно-кулисный механизм в сборе;
На фиг.2 показан кулисный камень в сборе;
На фиг.3 - то же, с разнесенными элементами;
На фиг.4 показана кулиса в сборе;
На фиг.5 - то же, с разнесенными элементами;
На фиг.6 показан местный вид углового крепления контактных элементов.
Кривошипно-кулисный механизм содержит кулису 1 и расположенный между противоположными частями 2 и 3 кулисы 1 кулисный камень 4. Контактные поверхности 5 кулисы 1 и камня 4 снабжены зубчатыми рейками 6, а между контактными поверхностями 5 кулисы 1 и камня 4 расположены катки 7 с синхронизирующими шестернями 8, которые постоянно зацеплены с зубчатыми рейками 6 и кулисы 1 и камня 4. Контактные поверхности 5, например, кулисы 1 или обоих звеньев механизма расположены на отдельных рабочих контактных элементах 9, выполненных в форме параллелепипеда и установленных между рейками 6. Обе торцевые поверхности контактного элемента 9, не закрытые рейками 6, имеют наклонные к контактной поверхности 5 участки 10. Крепление контактных элементов 9 выполнено в виде наклонных к контактной поверхности 5 крепежных элементов 11, воздействующих на наклонные участки 10 и прижимающих контактный элемент 9 к кулисе 1 или к кулисному камню 4.
Зубчатые рейки 6 могут быть выполнены в виде отдельных элементов. Например, пара зубчатых реек 6 одной контактной поверхности 5 выполнена в виде единого корытообразного элемента. При этом на стенках элемента выполнены зубья реек 6, стенки соединены между собой при помощи днища 12, а рабочий контактный элемент 9 установлен на днище 12 между стенками корытообразного элемента.
В варианте выполнения механизма с двумя кулисами с пересекающимися траекториями перемещения, кулисный камень 4 выполнен в виде квадрата. При этом рабочие контактные элементы 9 установлены на каждой стороне квадрата кулисного камня 4, а крепежные элементы 11 расположены в углах квадрата кулисного камня 4 с возможностью нажатия на наклонные участки 10 двух соседних контактных элементов 9.
Кулиса 1 может быть снабжена боковыми контактными элементами 13 с контактными поверхностями 14. Зубчатые рейки 15 элементов 13 выполнены, например, в виде единого корытообразного элемента. При этом на стенках корытообразного элемента выполнены зубья реек 15, стенки соединены между собой при помощи днища 16, а рабочий контактный элемент 13, выполненный в форме параллелепипеда, установлен на днище 17 корытообразного элемента между его стенками. Элементы 13 своими контактными поверхностями 14 взаимодействуют с контактными поверхностями корпуса (на чертежах не показаны) посредством катков 18, имеющих синхронизирующие шестерни 19, которые постоянно зацеплены с зубчатыми рейками 15 кулисы 1 и корпуса. Например, одна из торцевых поверхностей боковых контактных элементов 13 имеет наклонный к контактной поверхности 14 участок 20, а крепежные элементы 11 расположены в углах кулисы 1 в месте примыкания боковых контактных элементов 13 к рабочим контактным элементам 9 кулисы 1 с возможностью нажатия каждым крепежным элементом 11 на наклонные участки 10 и 20 обоих примыкающих контактных элементов 9 и 13.
В углах кулисного камня 4 и кулисы 1 в месте примыкания соседних контактных элементов 9 на камне 4 и элементов 9 и 13 на кулисе 1 выполнены отверстия, в которые установлены с возможностью поворота цилиндрические шарнирные элементы 21, соединенные с крепежными элементами 11. Например, крепежный элемент 11 может быть выполнен в виде болта, ввернутого в шарнирный элемент 21. При таком выполнении нивелируются погрешности при выполнении контактных элементов 9 и 13, обеспечивая касание головкой болта наклонных участков одновременно двух соседних контактных элементов. Для повышения качества такого контакта поверхность болта, контактирующая с наклонными участками, может быть выполнена выпуклой, например сферической, либо между головкой болта и наклонными участками может быть установлена нажимная шайба 22 со сферической поверхностью.
Описываемый механизм работает следующим образом. Перемещение кулисного камня 4, например его вращение на кривошипном валу (на чертежах не показан), преобразуется в возвратно-поступательные перемещения кулисы 1. Либо, наоборот, перемещение кулисы 1 преобразуется во вращение вала. При относительном возвратно-поступательном перемещении кулисы 1 и камня 4 контакт поверхностей 5 осуществляется посредством катков 7. Для предотвращения проскальзывания, происходящего во всех парах качения, в том числе и подшипниках, катки 7 имеют синхронизирующие шестерни 8, зацепленные постоянно с зубчатыми рейками 6 как кулисы 1, так и камня 4. Известно, что именно проскальзывание элементов качения является первопричиной недостаточного ресурса и нагрузочной способности линейных и вращающихся подшипников. Во время проскальзывания элементов качения под нагрузкой происходит процесс сваривания микронеровностей, приводящий постепенно к эрозии контактной поверхности.
Использование пар качения в описываемом механизме позволяет решить его принципиальные проблемы: сложность создания масляного клина между плоскими открытыми поверхностями, а также непропорционально завышенные поперечные габариты кулисы, снижающие ее жесткость и создающие неудобство ее компоновки в поршневых машинах.
В описываемом механизме достаточно только осуществить подвод охлаждающей среды к парам качения, а габариты кулисы 1 значительно уменьшены благодаря отставанию перемещения катков 7 от перемещения, например, камня 4 относительно кулисы 1. То есть длина контактных поверхностей 5 значительно меньше, чем в классическом кулисном механизме скольжения.
С точки зрения экономии габаритов по ширине механизма контактные элементы 9 и 13 необходимо изготавливать отдельно от кулисы 1 и камня 4. В этом случае не требуется дополнительного размера под выход инструмента при нарезании или долбежке зубьев реек 6 и 15, а также под выход шлифовального камня при выполнении контактных поверхностей 5 и 14.
Контактные элементы 9 и 13 в описываемом механизме укладываются плотно между зубьями реек 6 и 15. Рейки 6 и 15 также могут изготавливаться в виде отдельного корытообразного элемента, что может обеспечить выигрыш при серийном изготовлении механизма.
Наилучший вариант использования описываемого механизма может быть осуществлен в четырехцилиндровом двухтактном двигателе внутреннего сгорания, имеющего две кулисы 1, расположенные под прямым углом одна относительно другой и взаимодействующие попарно со всеми четырьмя сторонами одного кулисного камня 4. Каждая пара оппозитных поршней связана с противоположными частями 2 и 3 кулисы 1. При такой компоновке и проведении именно двухтактного рабочего процесса в цилиндрах двигателя подшипник, на котором установлен камень 4, испытывает осредненные нагрузки без пиковых их значений в мертвых точках. При этом обеспечиваются компактность, малый вес и возможность значительного расширения скоростного диапазона работы двигателя. То есть описанный механизм позволяет создать объемный двигатель с максимально возможными удельными параметрами.