УРАВНОВЕШЕННЫЙ КРИВОШИПНО-ПОЛЗУННЫЙ МЕХАНИЗМ
BALANCED SLIDER-CRANK MECHANISM

Настоящее изобретение относится к машиностроению, а именно к кривошипно-ползунным механизмам.
Известен кривошипно-ползунный механизм, который включает в себя подвижные звенья - кривошип, шатун и ползун [1, стр. 124, рисунок 5.5]. Звенья такого механизма соединены между собой и с неподвижным звеном - стойкой в одноподвижные кинематические пары - плоские шарниры. Недостатком такого механизма является то обстоятельство, что в нем присутствуют избыточные связи, которые приводят к изнашиванию шарниров, т.к. при сборке механизма возникает необходимость деформирования звеньев между геометрическими их осями, являющимися не строго параллельными. Для установления числа избыточных связей используется известная формула Н.И. Колчина [2, стр. 88]
q=m(∑р-n),
p
где q - число избыточных связей, m - число общих связей, наложенных на весь механизм, ∑ - общее число кинематических пар, n - число подвижных звеньев. В кривошипно-ползунном механизме, показанном в [1], m=3 (плоский механизм), ∑p=4, n=3, откуда следует, что число избыточных связей в нем по приведенной формуле q=3.
5
4
3
Наиболее близким к заявляемому механизму по технической сущности является самоустанавливающийся кривошипно-ползунный механизм Л.Н. Решетова [3, стр. 71], в котором решается проблема избыточности за счет замены кинематических пар пятого класса (p) на кинематические пары более высоких классов, а именно двухподвижные p, трехподвижные p.
Однако реализовать такое предложение для плоского механизма оказывается практически невозможным, т.к. механизм при этом становится пространственным, а входное и выходное звенья оказываются движущимися в разных плоскостях.
Задачей настоящего изобретения является полное исключение избыточных связей в плоском кривошипно-ползунном механизме с обеспечением движения входного (кривошипа) и выходного (ползуна) звеньев в одной плоскости [4, стр. 12].
Сущность изобретения заключается в том, что предлагается уравновешенный кривошипно-ползунный механизм, включающий в свой состав кривошип, шатун и ползун, при этом шатун соединяется с ползуном через дополнительное звено, образующее сферическую кинематическую пару с шатуном и вращательную кинематическую пару с ползуном так, что геометрическая ось плоского шарнира, соединяющего дополнительное звено с ползуном, проходит через центр сферического шарнира, соединяющего шатун с дополнительным звеном.
На чертеже показан уравновешенный кривошипно-ползунный механизм. Он состоит из кривошипа 1, шатуна 2, дополнительного звена 3 и ползуна 4. Шатун 2 соединяется с ползуном 4 через дополнительное звено, образующее сферическую пару с шатуном 2 (сферический шарнир) и вращательную кинематическую пару с ползуном 4, геометрическая ось шатуна 2 (плоского шарнира) проходит через центр сферического шарнира.
3
5
3
Работает механизм следующим образом. При задании кривошипу вращательного движения относительно стойки А он через шатун, с которым соединен в точке В, и вспомогательное звено 3 передает движение ползуну 4. А так как геометрическая ось шатуна 2 проходит через центр сферического шарнира - кинематическая пара p (точка С) дополнительного звена 3, соединяющегося через вращательную кинематическую пару с ползуном 4 (точка D), то благодаря этому механизм становится уравновешенным, т.е. не имеющим избыточных связей. Это доказывается тем, что его подвижность по универсальной формуле Малышева А.П. при числе звеньев n=4, числах кинематических пар пятого p=4 и третьего p=1 классов
5
4
3
2
1
W=6n-5p-4p-3p-2p-p=6·4-5·4-3·1=1,
т.е. механизм оказывается вполне работоспособным.
Источники информации
1. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. Учебник для ВТУЗов, 3-е изд., перераб. М., 1975. 638 с.
2. Колчин Н.И. Анализ и синтез механизмов. Сборник статей. / Н.И. Колчин // Труды второго всесоюзного совещания по основным проблемам теории машин и механизмов. М., 1960. С. 85-99.
3. Решетов Л.Н. Самоустанавливающися механизмы: Справочник. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение. 1985. 272 с.
4. Дворников Л.Т. К проблеме синтеза многоподвижных соединений звеньев механических систем. / Л.Т. Дворников // Материалы одиннадцатой научно-практической конференции по проблемам механики и машиностроения. Новокузнецк. СибГИУ. - 2001. - С. 9-21.