Уравновешенный кривошипно-ползунный механизм
BALANCED SLIDER-CRANK MECHANISM

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(Σp- n),
q
m
Σр
n
m
3
Σр
4
n
3
q
3
=
=
где  - число избыточных связей,  - число общих связей, наложенных на весь механизм,  - общее число кинематических пар,  - число подвижных звеньев. В кривошипно-ползунном механизме, показанном в [1], = (плоский механизм), =, , откуда следует, что число избыточных связей в нем по приведенной формуле .
р
р
р
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 () на кинематические пары более высоких классов, а именно двухподвижные , трехподвижные .
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 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, при этом геометрическая ось плоского шарнира смещена относительно центра сферического шарнира.
На чертеже представлен уравновешенный кривошипно-ползунный механизм. Он состоит из кривошипа 1, шатуна 2, дополнительного звена 3 и ползуна 4. Шатун 2 соединен с ползуном 4 через дополнительное звено, образующее сферическую пару с шатуном 2 (сферический шарнир) и вращательную кинематическую пару с ползуном 4, ось которой смещена по отношению к оси сферического шарнира.
n=4
р
=4
р
=1
5
3
Работает механизм следующим образом. При задании кривошипу вращательного движения относительно стойки, он через шатун 2, и вспомогательное звено 3 передает движение ползуну 4. Это происходит за счет того, что ось сферического шарнира (точка С) шатуна и вращательная кинематическая пара дополнительного звена 3, соединенного со звеном 4 не совпадают. Благодаря чему механизм становится уравновешенным, т.е. не имеющим избыточных связей. Это доказывается тем, что подвижность по универсальной формуле Малышева А.П. при числе звеньев , числах кинематических пар пятого  и третьего  классов оказывается равной единице
W=6n-5p
- 4р
-3р
-2р
-р
=6⋅4-5⋅4-3⋅1=1,
5
4
3
2
1
т.е. механизм является 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. Самоустанавливающиеся механизмы: Справочник. 2-ое 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.