КРИВОШИПНО-КУЛИСНЫЙ МЕХАНИЗМ

Техническое решение относится к области механики, а именно к кривошипно-ползунным механизмам. Устройство может быть использовано, например, в качестве вибрационного механизма или инерционного движителя.
Известны разнообразные кривошипно-ползунные механизмы с кулисами различного назначения, преобразующие вращательное движение в поступательное и/или колебательное движение - Артоболевский И.И. «Механизмы в современной технике». Том II Кулисно-рычажные и кривошипно-ползунные механизмы» М.: Наука, 1979.
Из уровня техники известен кривошипно-кулисный механизм, содержащий первую передачу с гибкой связью, включающую ведущий и направляющие шкивы и охватывающее их гибкое звено и ведомое звено, выполненное в виде кулисы, камень которой кинематически связан с ведущим шкивом, а стержень при помощи диска шарнирно связан с гибким звеном, отличающийся тем, что, с целью расширения кинематических возможностей путем сообщения ведомому звену дополнительно вращательного и возвратно-поступательного движения, механизм снабжен аналогичной первой второй передачей, оси вращения шкивов которой совмещены с осями соответствующих шкивов первой передачи, диаметры шкивов превышают диаметры шкивов первой передачи, а диск предназначен для взаимодействия с гибким звеном второй передачи. (RU 2031282 C1, F16H 21/00, 20.03.1995).
Из уровня техники известен ударный механизм, включающий кривошип, связанный с ползуном посредством шатуна, ударник и пружину, причем между ползуном и ударником выполнена кинематическая связь в виде закрепленного на ползуне несамотормозящего винта, гайка которого образует с ударником несамотормозящую винтовую пару, при этом пружина дистанционно установлена между ударником и ползуном (RU 2026978 C1, E21C 3/08, 19.02.1992)
Наиболее близким к заявленному техническому решению можно считать кулисно-рычажный механизм, включающий ведущее звено, содержащее кривошип, выполненный в форме диска, установленного с возможностью вращения вокруг оси с эксцентрично установленным пальцем, ведомое звено, включающее две параллельные направляющие, образующие кулису, установленную между двумя опорами с возможностью взаимодействия с пальцем, отличающийся тем, что направляющие кулисы выполнены цилиндрическими одинакового диаметра и связаны с опорами соединительным элементом, ось которого параллельна осям направляющих, кулиса установлена с возможностью поворота вокруг оси соединительного элемента RU 2091641 C1, F16H 21/40, 27.09.1997
Техническим результатом является упрощение и повышение надежности механизма.
Технический результат достигается посредством того, что кривошипно-кулисный механизм, включает кривошип и оппозитно расположенную шарнирно закрепленную с возможностью вращения кулису, ось вращения кулисы параллельна оси вращения приводного вала кривошипа и расположена со смещением относительно оси вращения приводного вала между упомянутой осью и осью симметрии пальца кривошипа, палец кривошипа соединен с ползуном, размещенном в пазу кулисы, при этом кулиса оснащена дебалансом, а часть кривошипа, соединяющая приводной вал кривошипа и палец кривошипа, выполнена в виде дискового маховика.
Устройство поясняется чертежами.
На ФИГ. 1 изображен механизм в положении соответствующем максимальному значению центробежной силы (изометрический вид);
На ФИГ. 2 изображен механизм в положении соответствующем минимальному значению центробежной силы (изометрический вид);
На ФИГ. 3 Вид А на ФИГ. 1.
На ФИГ. 4 Вид Б на ФИГ. 2.
На ФИГ. 5 Вид В на ФИГ. 1.
На ФИГ. 6 Вид Г на ФИГ. 2.
На ФИГ. 7 эпюра вектора центробежной силы.
На ФИГ. 8 механизм подключенный к двигателю (вид сбоку).
На ФИГ. 9 двигатель с двумя механизмами, расположенными по обе стороны двигателя, с противоположно ориентированными кулисами.
На Фиг. 10 двигатель с двумя механизмами, с противоположно ориентированными кулисами, соединенные с валом двигателя посредством ременной передачи.
На Фиг. 11 приспособление для изменения направления центробежной силы.
На Фиг. 12 двигатель с двумя механизмами и приспособлением для изменения направления центробежной силы.
Кривошипно-кулисный механизм, включает кривошип 1 и оппозитно расположенную шарнирно закрепленную с возможностью вращения кулису 2, ось 3 вращения кулисы 2 параллельна оси 4 вращения приводного вала 5 кривошипа и расположена со смещением L относительно оси 4 вращения приводного вала 5 между упомянутой осью 4 и осью 6 симметрии пальца 7 (шипа) кривошипа.
Палец 7 кривошипа соединен с ползуном 8 (кулисным камнем), размещенном в пазу 9 кулисы 2, при этом кулиса 2 оснащена дебалансом 10, а часть 11 кривошипа, соединяющая приводной вал кривошипа и палец кривошипа выполнена в виде дискового маховика.
Устройство работает следующим образом.
Устройство подключают к двигателю 12 (ФИГ. 8). После включения двигатель начинает вращать приводной вал 5 кривошипа 1, который, в свою очередь, через палец 7 передает вращение на кулису 2, поступательно перемещая в ее пазу 9 ползун 8. За счет параллельного смещения L оси 3 вращения кулисы 2 относительно оси 4 вращения приводного вала 5 при одном обороте кривошипа с постоянной угловой скоростью кулиса также делает один оборот, но с переменной угловой скоростью.
1
При вращении угловая скорость кулисы 2 при вращении будет постоянно изменяться, и достигать своего максимума в положении механизма показанного на ФИГ. 1, 3, 5. В этом положении значение угловой скорости составит N=R/(R-l), где R постоянная величина - расстояние от оси 4 вращения приводного вала 5 кривошипа 1 до оси 6 симметрии пальца кривошипа (ФИГ. 1), а l переменная величина - смещение по высоте оси 6 симметрии пальца кривошипа относительно оси 3 вращения кулисы (ФИГ. 1, 2).
1
Возникающая при вращении центробежная сила F перпендикулярна оси вращения кулисы будет максимальна в положении, показанном на ФИГ. 1, 3, 5, при этом вектор силы будет направлен вверх.
2
2
Минимальное значение угловой скорости и центробежной силы F будет соответствовать положению, показанному на ФИГ. 2, 4, 6 и составит N=R/(R+1), при этом вектор силы будет направлена вниз.
2
1
1
2
3
4
Поскольку значение центробежной силы F зависит от квадрата скорости вращения, то сила F будет значительно меньше силы F, значения силы F в промежуточных положения (между двумя описанными) будут лежать в пределах F>F>F Эпюра 12 распределения сил, возникающих при вращении кулисы 2, приведена на ФИГ. 7. Точки F и F на эпюре 12 соответствуют нулевому смещению (l=0) по высоте оси 6 симметрии пальца 7 относительно оси 3 вращения кулисы и значению угловой скорости N=1.
Для обеспечения плавности хода и накопления кинетической энергии часть 11 кривошипа, соединяющая приводной вал кривошипа и палец кривошипа выполнена в виде массивного дискового маховика. Момент инерции маховика (части 11 кривошипа) должен быть больше момента инерции кулисы. Для увеличения значения центробежной силы F концевая часть 13 кулисы, противоположная шарнирно закрепленной части 14 кулисы, оснащена дебалансом 10.
Чтобы компенсировать затраты энергии, при разгоне (увеличении угловой скорости) кулисы и при ее торможении можно использовать несколько механизмов описанной конструкции, соединенных с валом 15 двигателя 12, в которых пальцы 5 кривошипа 1 (а также и кулисы) повернуты относительно друг друга. Устанавливания различное количество механизмов под разными углами один к другому также можно добиться нужной величины и направленности результирующей силы.
На ФИГ. 9 показано устройство, включающее двигатель 12 с двумя механизмами, расположенными по обе стороны двигателя на его валу 15, с противоположно ориентированными кулисами, повернутыми относительно друг друга на 180°.
На ФИГ. 10 показано устройство, включающее двигатель с двумя механизмами, расположенными с одной стороны двигателя, с соединенными приводными валами кривошипов, взаимодействующие с валом 15 двигателя 12 посредством ременной передачи, с противоположно ориентированными кулисами, повернутыми относительно друг друга на 180°.
Два совмещенных механизма с повернутыми кривошипами и кулисами образуют блок механизмов. На ФИГ. 10 показан один блок механизмов, но их можно увеличить до необходимого количества.
Направление действия центробежной силы, можно также изменять, если установить подшипник кулисы (условно не показан) в приспособление, включающего втулку 16 с отверстием 17 под подшипник (условно не показан) кулисы 2, способную поворачиваться в обойме 18 (ФИГ. 11). Втулка 16 закреплена стопорным кольцом 19 и имеет расположенный в центральной части граненый выступ 20, предназначенный для поворота втулки, при этом центр отверстия смещен на величину L относительно оси вращения втулки (ФИГ. 12).
При установлении нужного направления кулисы (вверх, вниз, влево, вправо, или любого другого), втулка 16 фиксируется в обойме 18 стопорным кольцом 19, с помощью болтов (условно не показаны), которые вкручиваются в тело втулки.
Благодаря тому, что направление силы F можно менять в любом направлении вращения кулисы, в том числе по обе стороны от двигателя, то можно получить довольно разнообразные виды воздействий.
Следует отметить, что закон сохранения энергии выполняется во всех описанных устройствах, так как энергия для двигателя поступает извне (от сети) и эта энергия преобразовывается в силу, перемещающую механизм и/или создающую его вибрации.
В качестве двигателей для описанных механизма(ов) можно использовать как электродвигатели, так и двигатели внутреннего сгорания или турбины.
Вибрационные механизмы (вибраторы) нашли широкое применение в быту и промышленности, начиная от сотовых телефонов (виброзвонок), до тяжелой дорожной техники.
Механические вибраторы, в основном, основаны на вращении с использованием дисбаланса валов или маховиков.
Распределение энергии дисбаланса (центробежной силы) распределяется равномерно по окружности и величина этой силы одинакова во всех направлениях.
Но во многих устройствах, таких как, например, вибросита, виброгрохотки (для просеивания щебня), виброплиты (для утрамбовки грунта) и т.д. требуется различное направление дисбаланса. Поэтому во многих устройствах ставится по несколько вибраторов и под разными углами.
Предлагаемый механизм довольно прост, может быть оснащен герметичным корпусом (условно не показан), что допускает его использование в неблагоприятных условиях (пыль, влага и т.д.).
С помощью описанных устройств на основе механизма(ов), можно получить довольно разнообразные виды действия центробежной силы, что позволит увеличить производительность устройств, где применяются вибраторы.