Шарнирно-рычажный механизм переменной структуры
ARTICULATION LINKAGE OF VARIABLE STRUCTURE

Изобретение относится к машиностроению, в частности к шарнирно-рычажным механизмам с регулируемыми звеньями, и может быть использовано, например, в машинах-автоматах.
Известны четырехзвенные шарнирно-рычажные механизмы, содержащие стойку, ведущий кривошип и ведомое коромысло с заданными углами поворота, шарнирно соединенные шатуном, любая точка которого описывает заданную шатунную кривую /см. Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике, т. 1, М., 1970, стр. 825, рис. 539 и рис. 540 [1, 2]/.
Недостатком всех известных устройств является отсутствие возможности перестройки структуры звеньев, а следовательно, траекторий точек звеньев и законов их движения.
Известны также шарнирно-рычажные регулируемые четырехзвенники, содержащие основание, установленные на нем с возможностью поворота ведущий кривошип, ведомое звено, шарнирно соединенный с ними шатун с изменяемой длиной /см., например, Кожевников С.Н. и др. Механизмы. "Машиностроение", 1976, стр. 498, рис. 818 [3]/, Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике, т. 1, М., 1970 стр. 329, рис. 547 и рис. 548 [4, 5]/.
Недостатками известных устройств является отсутствие возможности изменения законов движения звеньев без остановки механизма.
Известен также ряд четырехзвенных шарнирно-рычажных механизмов, имеющих возможность перестройки своей структуры на ходу без остановки движения, предусматривающих либо изменение длины коромысла с помощью специальных резьбовых и зубчатых соединений /см., например, а.с. СССР №1597463, кл. F16Н 21/40, 1988 [6]/, либо изменение длины шатуна с помощью специальных рычагов, конических зубчатых колес, улис с ползунами, установленных на шатуне и т.п. /см., например, а.с. СССР №700726, кл. F16Н 21/20, 1978 [7]; а.с. СССР №1362883, кл. F16Н 21/20, 1986 [8]; а.с. СССР №579484, кл. F16Н 21/20, 1975 [9]; а.с. СССР №1113610, кл. F16Н 21/20, 1981 [10]; а.с. СССР №842314, кл. F16Н 41/10, 1978 [11]/, либо возможность дополнительного движения одного из звеньев в критическом положении с помощью упругого элемента /см. патент PФ на изобретение №2301928, кл. F16Н 21/16, 2006 [12]/.
Недостатками всех известных устройств является предельная сложность конструкции для перестройки структуры механизмов и процесса регулировки, ограниченные возможности регулировки с узким диапазоном получаемых траекторий движения.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является шарнирно-рычажный механизм переменной структуры, содержащий стойку, ведущий кривошип, шатун и коромысло, состоящее из двух частей, соединенных между собой шарниром и имеющих взаимодействующие один с другим ограничители их относительного движения, подпружиненные в направлении друг к другу, при этом одна часть коромысла шарнирно соединена со стойкой и введена во взаимодействие с установленным на последней упором /см. а.с. СССР №898186, кл. F16Н 21/10, 1980 [13]/, и принятый за прототип.
Недостатками устройства-прототипа являются ограниченные возможности регулировки, а конкретно - узкий диапазон и точность получаемых траекторий движения, что объясняется только одним вариантом получения измененной траектории, причем не для всего диапазона движения коромысла, а только для его заключительной части после контакта коромысла с упором. Кроме того, устройство для перестройки структуры механизма имеет низкую надежность вследствие нестабильности как обеспечения упругой связанности частей коромысла с помощью ограничителей до контакта одной части с упором с ориентацией этих частей вдоль одной прямой, так и заданного угла отклонения частей от данной прямой после контакта вышеуказанной части с упором.
Сущность изобретения заключается в создании простого по конструкции и проведению процесса перестройки структуры шарнирно-рычажного механизма, обеспечивающего возможность в любой момент времени без остановки работы механизма с помощью электромагнитных сил установить практически любую заданную траекторию движения во всем рабочем диапазоне.
Технический результат - расширение возможностей регулировки механизма и повышение его надежности.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном шарнирно-рычажном механизме переменной структуры, содержащем стойку, ведущий кривошип, шатун и ведомое коромысло, состоящее из нескольких шарнирно соединенных частей, одна из которых шарнирно соединена со стойкой, снабженное размещенными соответственно на коромысле и стойке системой ограничителей исходной соосной ориентации всех частей коромысла и узлом регулировки ограничителей, согласно изобретению система ограничителей выполнена в виде концентрично охватывающего коромысло с креплением к его шарнирно соединенной со стойкой части набора тонких телескопически соединенных между собой и подружиненных в направлении друг от друга ферромагнитных втулок, а узел регулировки ограничителей представляет собой установленную на стойке в зоне шарнирного крепления к ней коромысла электромагнитную катушку, подключенную к источнику электрического сигнала с регулируемой амплитудой.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично на виде сбоку изображен предлагаемый механизм с промежуточным положением звеньев, настроенный на одну из траекторий движения; на фиг. 2 - вид А на механизм на фиг. 1 с продольным разрезом регулируемого коромысла /увеличено и повернуто по часовой стрелке на угол 90°/.
Шаринирно-рычажный механизм переменной структуры содержит стойку 1, ведущий кривошип 2, шатун 3 и ведомое коромысло, состоящее из нескольких частей 4-7 и т.д., соединенных между собой с помощью шарниров 8, 9, 10, причем одна из частей 4 коромысла, ближняя к стойке 1, соединена с последней также с помощью шарнира 11. Ведомое коромысло 4-7 снабжено размещенными соответственно на коромысле 4-7 и стойке 1 системой ограничителей 12-15 исходной соосной ориентации всех частей 4-7 коромысла /все его части 4-7 исходно расположены вдоль одной прямой/, и узлом регулировки ограничителей 12-5. При этом система ограничителей 12-15 выполнена в виде концентрично охватывающего коромысло 4-7 набора тонких телескопически соединенных между собой втулок 12-15 с креплением внутренней втулки 12 к части 4 коромысла, шарнирно соединенной со стойкой 1. Причем втулки 12-15 выполнены из ферромагнитного материала, например из сплава "армко", и подпружинены с помощью витых цилиндрических пружин 16, 17, 18 в направлении друг от друга. Таким образом, в исходном состоянии механизма до регулировки его траектории телескопически соединенные и упруго смещенные относительно друг друга вдоль одной прямой частично сжатыми пружинами 16, 17, 18 втулки 12-15 охватывают коромысло 4-7 по всей его длине так, что верхняя втулка 15 упирается дальним торцом в шатун 8, в результате чего втулки 12-15 перекрывают шарниры 8, 9, 10, препятствуя повороту частей 4-7 коромысла относительно друг друга. Узел регулировки ограничителей 12-15 представляет собой жестко надетую на немагнитный горизонтальный цилиндрический участок 19 стойки 1 в зоне шарнирного крепления к ней участка 4 коромысла электромагнитную катушку 20, подключенную к универсальному источнику 21 электрического сигнала с регулируемой амплитудой.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
Предварительно путем регулировки производится настройка механизма на заданную траекторию движения его звеньев, и в соответствии с этой регулировкой осуществляется тарировка источника тока 21 на заданную амплитуду электрического сигнала. Как уже было сказано раньше, в исходном состоянии телескопические втулки 12-15 охватывают все коромысло, лишая относительной поворотной подвижности всех его частей 4-7. При этом коромысло имеет одну поворотную степень свободы вокруг шарнира 11 на стойке 1, и каждая точка шатуна 3 описывает определенную шатунную кривую во всем рабочем диапазоне, соответствующую заданному технологическому процессу производства. Соответственно, точка на конце коромысла в месте крепления к нему шатуна 3 описывает дугу радиусом, равным длине всех частей 4-7 коромысла. При необходимости перестройки структуры механизма в катушку 20 подается электрический сигнал, вызывающий частичное втягивание всех втулок 12-15 влево с увеличением сжатия всех пружин 16, 17, 18 до освобождения крайней втулкой 15 шарнира 10 /на фиг. 1 и фиг. 2 механизм показан именно в этом промежуточном положении звеньев/. В этом случае траектория конца коромысла преобретает сложный характер, определяемый одновременным вращением как всего коромысла вокруг шарнира 11, так его части 7 вокруг шарнира 10. Очевидно, что подавая в катушку 20 все большую заданную величину тока, можно последователь освобождать шарниры 9, 8 и т.д., получая все новые сложные заданные технологическим процессом траектории движения. Также очевидно, что увеличивая число подвижных частей 4-7 коромысла и, соответственно, число шарниров 8, 9, 10, можно значительно повысить точность воспроизведения необходимых для технологического процесса траекторий. В идеале достаточно прямо в процессе работы механизма без его остановки выставить заданную амплитуду электрического сигнала в катушке 20, полученную при предварительной тарировке устройства, чтобы получить любую необходимую траекторию движения звеньев механизма.
По мнению заявителя предлагаемое устройство сравнительно просто в изготовлении и настройке, универсально и отличается высокой надежностью и стабильностью работы. Устройство при перестройке структуры позволяет получать широкий разнообразных спектр необходимых для технологических процессов траекторий движения исполнительных элементов. Причем за счет некоторого усложнения конструкции может быть достигнута заранее заданная высокая точность воспроизведения данных траекторий движения.