КРИВОШИПНО-ПОЛЗУННЫЙ МЕХАНИЗМ БОГДАНОВА СО ЗВЕНОМ, ДВИЖУЩИМСЯ ПРЯМОЛИНЕЙНО-ПОСТУПАТЕЛЬНО
BOGDANOV'S SLIDER-CRANK MECHANISM WITH LINK MOVING LINEAR-PROGRESSIVELY

Изобретение относится к машиностроению, а именно к преобразователям равномерного вращения ведущего звена в прямолинейное поступательное шатуна, и найдет применение в различных областях техники и, в частности, в строительных, сельскохозяйственных и других машинах.
Известен кривошипно-ползунный механизм Эванса, включающий основание с прямолинейной направляющей, установленный на основании кривошип, установленный в направляющей ползун, шатун, длина которого равна удвоенной длине кривошипа и который шарнирно связан серединой с кривошипом, а одним концом - с ползуном. Механизм обеспечивает теоретически точную прямолинейную траекторию движения концевой точки другого конца шатуна (см. Справочник машиностроителя: в 6 т. Т.1; под ред. Н.С. Ачеркана, - М.: Машгиз, 1963, с.478-479, фиг.21д).
Недостатком этого механизма является то, что он обеспечивает точное прямолинейно-поступательное движение только одной концевой точки шатуна, не позволяющей закреплять к ней различные рабочие органы, например строительные, сельскохозяйственные, челюсти подгребающего грейфера и другие, для придания им прямолинейно-поступательного движения.
Известен направляющий кривошипно-ползунный механизм Артоболевского со звеном, движущимся прямолинейно-поступательно, включающий основание с прямолинейной направляющей, установленный на основании кривошип, шатун, длина которого равна удвоенной длине кривошипа, шарнирно связанный серединой с кривошипом и являющийся одновременно звеном шарнирного параллелограмма, другое звено которого, связанное шарнирно с концом шатуна, несет в середине ползун, установленный в направляющей, параллельной горизонтальной оси X. При повороте кривошипа звено параллелограмма, параллельное звену, на котором установлен ползун, движется по оси Y прямолинейно-поступательно (Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. - М.: Наука, т.2, с.479, рис.1482).
Недостатками этого механизма являются громоздкая кинематическая связь кривошипа с прямолинейно-поступательным звеном, направляющая с ползуном установлена вне координатных осей, что увеличивает громоздкость, снижает компактность и ограничивает технические возможности связи с другими механизмами и системами машин и его применения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является кривошипно-ползунный механизм со звеном, движущимся прямолинейно-поступательно (SU №1605059 A1, МПК F16H 21/00, опубл. 07.11.90, Бюл. №41), содержащий основание, прямолинейную направляющую с ползуном, первый шатун, равный удвоенной длине кривошипа и шарнирно связанный серединой с ним и одним концом - с ползуном, а с другим концом одним концом шарнирно связан второй шатун, с другим концом которого связан одним концом третий шатун, связанный посредством шарнира с кривошипом.
Недостатком этого механизма является то, что механизм не обеспечивает точного прямолинейного движения поступательного звена, поступательное звено движется плоскопараллельно под углом к направлению движения. Это ограничивает компактную связь с другими механизмами и системами машин.
Технический результат предлагаемого изобретения - обеспечение точного прямолинейного движения поступательного звена, уменьшение габаритов и повышение компактности механизма, компактности связи механизма с другими механизмами и системами и расширение технических возможностей его применения.
По отношению к прототипу, содержащему основание с прямолинейной направляющей, установленный в направляющей ползун, установленный на основании кривошип, первый шатун, длина которого равна удвоенной длине кривошипа и который шарнирно связан своей серединой с кривошипом и одним концом - с ползуном, а с другим концом шатуна одним концом шарнирно связан второй шатун, с другим концом которого шарнирно связан одним концом третий шатун, другой конец которого через шарнир кинематически связан с кривошипом, в заявленном изобретении имеются следующие отличительные признаки.
В предлагаемом кривошипно-ползунном механизме со звеном, движущимся прямолинейно-поступательно, установленный на основании кривошип выполнен с двумя шарнирами - промежуточным и концевым, в направляющей установлены два ползуна, из которых первый дополнен жестко соединенным с ним штоком, по которому скользит второй ползун, первый шатун, равный удвоенной длине части кривошипа до промежуточного шарнира и связанный шарнирно своей серединой с этой частью кривошипа и одним концом - с первым ползуном, а с другим концом первого шатуна одним концом шарнирно связан второй шатун, состоящий из телескопической пары - штока с шарниром и полой обоймы с шарниром, с другим концом которого посредством шарнира обоймы связан одним концом третий шатун, длина которого равна удвоенной полной длине кривошипа и который связан своей серединой концевым шарниром с кривошипом, а другим концом - шарнирно со вторым ползуном.
В новой совокупности признаков возникает новое техническое свойство - теоретически точное прямолинейное движение поступательного звена по оси.
Рассмотренные признаки являются достаточными для достижения заявляемого технического результата.
Предлагаемое изобретение решает задачу уменьшения габаритов механизма, повышение компактности связи механизма с другими механизмами и системами машин и расширение технических возможностей его применения путем введения дополнительных звеньев, иного выполнения и соединения звеньев и изменения их кинематических связей.
На фиг.1 показана кинематическая схема механизма.
Механизм содержит основание 1 с прямолинейной направляющей 2, установленный на основании кривошип 3 с двумя шарнирами - промежуточным M и концевым N, установленный в направляющей 2 первый ползун 4 с жестко соединенным с ним штоком 5 и второй ползун 6, скользящий по штоку 5, первый шатун 7, длина которого равна удвоенной части AM кривошипа 3 и который связан своей серединой шарниром M с частью AM кривошипа, а одним концом шарниром D - с первым ползуном 4. С другим концом шатуна 7 одним концом шарнирно шарниром С связан второй шатун 8, состоящий из телескопической пары - штока 9 с шарниром C и полой обоймы 10 с шарниром E, с другим концом которого шарнирно шарниром Е обоймы 10 связан одним концом третий шатун 11, длина которого равна удвоенной полной длине AN кривошипа 3 и который связан своей серединой шарниром N с кривошипом, а другим концом шарниром F - со вторым ползуном 6.
Механизм работает следующим образом.
При повороте кривошипа 3 на угол φ от продольной оси направляющей 2 (оси Y) первый ползун 4 перемещается по направляющей 2, а шарнир С первого шатуна 7 (и второго шатуна 8) в силу равенства длины шатуна 7 удвоенной длине части AM кривошипа 3 движется точно по оси X.
Аналогично при повороте кривошипа 3 на угол φ от продольной оси направляющей 2 (оси Y) второй ползун 6 перемещается по направляющей 2, а шарнир Е третьего шатуна 11 (и второго шатуна 8) в силу равенства длины шатуна 11 удвоенной полной длине AN кривошипа 3 движется точно по оси X.
Таким образом, оба шарнира С и Е перемещаются точно прямолинейно по оси X. В силу того, что этими шарнирами первый 7 и третий 11 шатуны соединяются со вторым шатуном 8, соответственно с его телескопическими элементами - штоком 9 и обоймой 10, то и второй шатун 8 будет перемещаться теоретически точно по оси X.
В силу того, что точки С и Е перемещаются по оси X неравномерно по закону синусоиды, а точки D и F - косинусоиды, расстояние между ними при повороте кривошипа изменяется. Это компенсируется телескопической парой (шток-обойма) второго шатуна 8 и возможностью перемещения второго ползуна 6 по штоку 5.