RU2124158C1

RU2124158C1 - Mechanism for control of crank having varying length

Info

Publication number: RU2124158C1
Application number: RU97110627A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Янчевский; П.В. Масленников; С.Л. Мазуровский
Original assignee: Ярославский государственный технический университет
Priority date: 1997-06-24
Filing date: 1997-06-24
Publication date: 1998-12-27

Abstract

FIELD: any converters used for conversion of rotary motion into reciprocating motion at adjustable stroke of slide block or adjustable angle of rocker arm throw angle. SUBSTANCE: mechanism includes single-throw crankshaft with crank pin rigidly connected with it. Mounted movably on crank pin is eccentric bush with counterweight kinematically linked with crank pin by means of link gear consisting of pin and radial slot. One end of pin is pressed in hole of counterweight of eccentric bush. Radial slot is made in gear wheel movably mounted on concentric journal of single-throw crankshaft, free end of pin being placed in it. Connecting rod is freely mounted on eccentric bush. Mechanism is also provided with device for turning the eccentric bush relative to crankpin. Innovation of invention consists in position of hole for receiving the pin in counterweight which is made at angle of 90^o±10^o relative to eccentricity of eccentric bush. EFFECT: reduced overall dimensions of mechanism; reduced usage of metal. 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, а именно к кривошипно-шатунным механизмам с регулируемой длиной кривошипа, и может быть использовано в любых преобразователях вращательного движения в возвратно-поступательное с регулируемой длиной хода ползуна или регулируемым углом размаха коромысла, например, в импульсных вариаторах. The present invention relates to mechanical engineering, namely to crank mechanisms with an adjustable crank length, and can be used in any converters of rotary motion to reciprocating with an adjustable stroke length of a slide or an adjustable swing angle of the beam, for example, in pulse variators.

Известен механизм регулирования кривошипа переменной длины (см., например, авт. свид. N 347489 СССР, БИ N 24, 1972), содержащий ведущий вал, два установленных один в другом эксцентрика и регулирующий механизм, включающий несамотормозящую винтовую пару, один из элементов которой соединен с наружным эксцентриком, а другой - с внутренним, и устройство для относительного поступательного перемещения элементов винтовой пары, причем последняя установлена параллельно оси ведущего вала, а регулирующий механизм снабжен двумя зубчатыми передачами, каждая из которых соединена с одним из элементов винтовой пары и внутренним и наружным эксцентриками соответственно. Но этот механизм имеет относительно сложную конфигурацию и большие габариты в осевом направлении, что является причиной его невысокой надежности, большого расхода металла, и, как следствие, больших затрат на изготовление. A known mechanism for controlling a crank of variable length (see, for example, author's certificate N 347489 USSR, BI N 24, 1972) containing a drive shaft, two eccentrics mounted in one another and a control mechanism including a non-self-locking screw pair, one of the elements of which connected to an external eccentric, and the other to an internal one, and a device for relative translational movement of the elements of the screw pair, the latter being installed parallel to the axis of the drive shaft, and the control mechanism is equipped with two gears, each which is connected with one of the pair of helical elements and the inner and outer eccentrics respectively. But this mechanism has a relatively complex configuration and large dimensions in the axial direction, which is the reason for its low reliability, high metal consumption, and, as a consequence, high manufacturing costs.

Известен также механизм регулирования кривошипа переменной длины (см., например, авт. свид. N 848804 СССР, БИ N 27, 1981), принятый нами за прототип, содержащий кривошипный вал с жестко связанной с ним кривошипной шейкой, подвижно установленную на этой шейке эксцентриковую втулку с противовесом, кинематически связанную с кривошипной шейкой с помощью кулисного механизма, состоящего из пальца, запрессованного в отверстие эксцентриковой втулки, и радиального паза, изготовленного в подвижно установленном на концентричной шейке кривошипного вала зубчатом колесе, шатун, свободно установленный на эксцентриковой втулке, и механизм поворота эксцентриковой втулки относительно кривошипной шейки, причем отверстие под палец в эксцентриковой втулке расположено на линии, проходящей вдоль ее эксцентриситета. There is also a known mechanism for adjusting a variable-length crank (see, for example, author's certificate N 848804 USSR, BI N 27, 1981), which we adopted as a prototype, containing a crank shaft with a crank neck rigidly connected to it, an eccentric mounted on this neck a counterweight sleeve kinematically connected to the crank neck using a rocker mechanism consisting of a finger pressed into the hole of the eccentric sleeve and a radial groove made in a tooth movably mounted on the concentric neck of the crank shaft atom wheel, connecting rod, freely mounted on the eccentric bushing and the rotation mechanism of the eccentric bushing relative to the crank neck, wherein the opening of the pin in the eccentric bush located on a line extending along its eccentricity.

Поскольку палец во втулке расположен на линии, проходящей вдоль ее эксцентриситета, то и радиальный паз в зубчатом колесе при его монтаже тоже будет расположен аналогичным образом, т.е. по существу в направлении максимального (развернутого) радиуса кривошипа. Следовательно, известный механизм регулирования также обладает относительно большими осевыми габаритами. Для того, чтобы изменить длину кривошипа от его максимума до нуля, необходимо зубчатое колесо с таким расположением радиального паза повернуть на концентричной шейке относительно кривошипного вала ровно на 180^o. Вследствие этого шестерни механизма поворота (или какие-то другие по аналогичному назначению детали) должны иметь относительно большие осевые габариты (ширину) и соответственно большое осевое перемещение, необходимое для изменения радиуса кривошипа. Все отмеченное выше приводит к повышенной металлоемкости известного механизма и существенным дополнительным расходам на изготовление.Since the finger in the sleeve is located on a line along its eccentricity, the radial groove in the gear during its installation will also be located in a similar way, i.e. essentially in the direction of the maximum (expanded) radius of the crank. Therefore, the known control mechanism also has a relatively large axial dimensions. In order to change the length of the crank from its maximum to zero, it is necessary to rotate the gear wheel with such an arrangement of the radial groove on the concentric neck relative to the crank shaft exactly 180 ^o . As a result of this, the gears of the rotation mechanism (or some other parts of a similar purpose) must have relatively large axial dimensions (width) and accordingly a large axial displacement necessary to change the radius of the crank. All of the above leads to increased metal consumption of the known mechanism and significant additional manufacturing costs.

Цель предлагаемого изобретения - сокращение габаритов и металлоемкости и уменьшение затрат на изготовление. The purpose of the invention is to reduce the size and intensity and reduce manufacturing costs.

Поставленная цель достигается тем, что предложенный механизм регулирования кривошипа переменной длины содержит кривошипный вал с жестко связанной с ним кривошипной шейкой, подвижно установленную на этой шейке эксцентриковую втулку с противовесом, кинематически связанную с кривошипной шейкой с помощью кулисного механизма, состоящего из пальца, запрессованного в отверстие противовеса эксцентриковой втулки, и радиального паза, изготовленного в подвижно установленном на концентричной шейке кривошипного вала зубчатом колесе и в который помещен свободный конец пальца, шатун, свободно установленный на эксцентриковой втулке, и механизм поворота эксцентриковой втулки относительно кривошипной шейки, причем отверстие под палец в противовесе эксцентриковой втулки изготовлено под углом, равным 90^o ± 10^o, к ее эксцентриситету.This goal is achieved by the fact that the proposed variable-length crank control mechanism comprises a crank shaft with a crank neck rigidly connected to it, an eccentric sleeve with a counterweight movably mounted on this neck, kinematically connected to the crank neck using a link mechanism consisting of a finger pressed into the hole counterbalance of the eccentric sleeve and the radial groove made in the gear wheel movably mounted on the concentric neck of the crank shaft and in which the free end of the finger is placed, connecting rod, freely mounted on the eccentric bushing and the rotation mechanism of the eccentric bushing relative to the crank collar, wherein the pin hole in the counterweight of the eccentric bushing is made at an angle of 90 ^o ± 10 ^o, to its eccentricity.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемый механизм отличается тем, что отверстие под палец в эксцентриковой втулке изготовлено под углом, равным 90^o ± 10^o, к ее эксцентриситету.Comparative analysis with the prototype showed that the claimed mechanism is characterized in that the hole for the finger in the eccentric sleeve is made at an angle equal to 90 ^o ± 10 ^o to its eccentricity.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на фиг. 1 которого изображен разрез по А-А конструкции предложенного механизма, на фиг. 2 - разрез по Б-Б фиг. 1, на фиг. 3 - кинематическая схема механизма. The essence of the invention is illustrated by the drawing, in FIG. 1 which shows a section along aa of the design of the proposed mechanism, in FIG. 2 is a section along BB of FIG. 1, in FIG. 3 - kinematic diagram of the mechanism.

Предложенный механизм регулирования кривошипа переменной длины состоит из кривошипного вала 1 с жестко связанной с ним кривошипной шейкой 2 и подвижно установленной на этой шейке эксцентриковой втулки 3 с противовесом 4, на которую надеваются шатуны, при этом эксцентриситеты шейки 2 и втулки 3 формируют длину радиуса кривошипа. Кинематическая связь между кривошипной шейкой и эксцентриковой втулкой с противовесом осуществляется на основе кулисного механизма, состоящего из радиального паза 5, расположенного на зубчатом колесе 6, подвижно установленном на концентричной шейке 7 вала 1, и запрессованного в отверстии 8, изготовленного в противовесе 4 эксцентриковой втулки, пальца 9, на который надет кулисный камень 10, помещенный в радиальный паз 5. The proposed variable-length crank control mechanism consists of a crank shaft 1 with a crank neck 2 rigidly connected to it and an eccentric sleeve 3 movably mounted on this neck with a counterweight 4, on which the rods are worn, while the eccentricities of the neck 2 and sleeve 3 form the length of the crank radius. The kinematic connection between the crank neck and the eccentric sleeve with a counterweight is based on the rocker mechanism, consisting of a radial groove 5 located on the gear wheel 6, movably mounted on the concentric neck 7 of the shaft 1, and pressed into the hole 8, made in the counterweight 4 of the eccentric sleeve, finger 9, on which the rocker 10 is placed, placed in a radial groove 5.

Также на валу 1 неподвижно установлено зубчатое колесо 11 с противовесом, имеющее такое же число косых зубьев, что и у зубчатого колеса 6, с равным, но противоположно направленным углом их наклона. Зубчатые колеса 6 и 11 входят в зацепление с соответствующими шестернями, неподвижно установленными на регулировочном валу механизма поворота эксцентриковой втулки относительно кривошипной шейки, имеющем возможность осевого перемещения (на чертеже не показан). Also on the shaft 1 is fixedly mounted gear 11 with a counterweight, having the same number of bevel teeth as the gear 6, with an equal but opposite direction of their angle of inclination. The gears 6 and 11 are engaged with the corresponding gears fixedly mounted on the adjusting shaft of the rotation mechanism of the eccentric sleeve relative to the crank neck, with the possibility of axial movement (not shown in the drawing).

Отверстие 8 в противовесе 4 эксцентриковой втулки 3 изготовлено под углом β = 90^°±10^° к ее эксцентриситету (точное значение угла β зависит от конструктивных условий), следовательно и радиальный паз 5 с камнем 10 при монтаже предложенного механизма будет располагаться также под этим же углом к максимальному (развернутому) радиусу кривошипа. Если нет жестких требований к точности уравновешивания узла кривошипного вала, то отверстие 8 можно изготовить и расположить ровно под прямым углом (β = 90^°) к эксцентриситету втулки 3, если есть, - то под несколько отличающимся от него углом β, , что объясняется ограничением размеров сектора (например, равно 180^o), в виде которого изготовлен противовес 4 и измеряемого относительно оси кривошипной шейки 2. На фиг. 1 и 3 обозначено: ОО - ось вращения кривошипного вала 1, O₁O₁ - ось кривошипной шейки 2, вокруг которой поворачивается втулка 3 при регулировании, и O₂O₂ - ось эксцентриковой втулки 3. Точка А на фиг. 3 соответствует месту расположения отверстия 4 и запрессовки пальца 9.The hole 8, as opposed to 4 of the eccentric sleeve 3, is made at an angle β = 90 ^° ± 10 ^° to its eccentricity (the exact value of the angle β depends on the design conditions), therefore, the radial groove 5 with the stone 10 when installing the proposed mechanism will also be located under the same angle to the maximum (expanded) radius of the crank. If there are no strict requirements for the accuracy of balancing the crank shaft assembly, then the hole 8 can be made and positioned exactly at right angles (β = 90 ^° ) to the eccentricity of the sleeve 3, if any, then at an angle β slightly different from it, due to the limitation the size of the sector (for example, equal to 180 ^o ), in the form of which a counterweight 4 is made and measured relative to the axis of the crank neck 2. In FIG. 1 and 3 are indicated: OO is the axis of rotation of the crank shaft 1, O ₁ O ₁ is the axis of the crank neck 2 around which the sleeve 3 is rotated during adjustment, and O ₂ O ₂ is the axis of the eccentric sleeve 3. Point A in FIG. 3 corresponds to the location of the hole 4 and the insertion of the finger 9.

Предложенный механизм регулирования работает следующим образом. The proposed regulatory mechanism works as follows.

Если нет необходимости изменять длину кривошипа, то кривошипный вал 1 с кривошипной шейкой 2 и подвижной эксцентриковой втулкой 3 вращаются как одно целое с фиксированной длиной кривошипа. If there is no need to change the length of the crank, then the crank shaft 1 with the crank neck 2 and the movable eccentric sleeve 3 rotate as a unit with a fixed length of the crank.

При необходимости изменить радиус кривошипа приводят в действие механизм поворота, при этом регулировочный вал с шестернями перемещается в осевом направлении и заставляет поворачиваться зубчатые колеса 6 и 11 друг относительно друга. Это в свою очередь приводит к повороту эксцентриковой втулки 3 на кривошипной шейке 2, и, следовательно, к изменению радиуса кривошипа. Так как радиальный паз 5 зубчатого колеса 6 расположен под прямым или близким к нему углом β = 90^o ± 10^o к максимальному (развернутому) радиусу кривошипа (рис. 3), то для изменения величины этого радиуса от его максимума до нудя (т.е. для того, чтобы ось О₂ эксцентриковой втулки повернулась вокруг оси О₁ кривошипной шейки ровно на 180^o и совпала бы с осью О вращения кривошипного вала), зубчатому колесу 6 вместе с радиальным пазом 5 необходимо повернуться на кривошипном валу всего на угол Δφ, существенно меньший 180^o. Причем, если величина угла β лежит в пределах 80...100^o, ее влияние на угол Δφ пренебрежительно мало. На фиг. 3 отрезки ОА_н и ОА_к изображают положения радиального пава 5, а значит и зубчатого колеса 6, соответственно при максимальном и нулевом радиусах кривошипа.If necessary, change the radius of the crank drive the rotation mechanism, while the adjusting shaft with gears moves in the axial direction and forces the gears 6 and 11 to rotate relative to each other. This in turn leads to the rotation of the eccentric sleeve 3 on the crank neck 2, and, consequently, to a change in the radius of the crank. Since the radial groove 5 of the gear 6 is located at a direct or close angle β = 90 ^o ± 10 ^o to the maximum (unfolded) radius of the crank (Fig. 3), then to change the value of this radius from its maximum to nudity (t. e. so that the axis O _{2 of the} eccentric sleeve rotates around the axis O _{1 of the} crank neck exactly 180 ^o and coincides with the axis O of rotation of the crank shaft), the gear wheel 6 together with the radial groove 5 must be rotated on the crank shaft only by an angle Δφ significantly less than 180 ^o . Moreover, if the value of the angle β lies within 80 ... 100 ^o , its effect on the angle Δφ is negligible. In FIG. 3 segments OA _n and OA _to depict the position of the radial groove 5, and hence the gear 6, respectively, with a maximum and zero radius of the crank.

Как видно из описания и принципа действия, вследствие того, что в предложенном механизме для прохождения всего диапазона регулирования зубчатое колесо 6 с пазом поворачивается вокруг оси кривошипного вала на угол существенно меньший 180^o (как показывают расчеты, экономия составляет около 10%), соответственно и осевые габариты и осевое перемещение регулировочного вала механизма поворота будет существенно меньшим (чем в случае относительного поворота упомянутых выше деталей ровно на 180^o). А это в свою очередь приводит к снижению металлоемкости механизма, к сокращению затрат на его изготовление и повышению его конкурентоспособности.As can be seen from the description and the principle of operation, due to the fact that in the proposed mechanism for passing the entire control range, the gear 6 rotates with a groove around the axis of the crank shaft by an angle substantially less than 180 ^o (as the calculations show, the savings are about 10%), respectively, and the axial dimensions and axial movement of the adjusting shaft of the rotation mechanism will be significantly smaller (than in the case of relative rotation of the above parts exactly 180 ^o ). And this in turn leads to a decrease in the metal consumption of the mechanism, to a reduction in the cost of its manufacture and an increase in its competitiveness.

Claims

A variable-length crank control mechanism, comprising a crank shaft with a crank neck rigidly connected to it, an eccentric sleeve with a counterweight movably mounted on this neck, kinematically connected to the crank neck using a link mechanism consisting of a finger pressed into the counterweight of the eccentric sleeve and a radial a groove made in a gear wheel movably mounted on the concentric neck of the crank shaft and in which the free end of the finger, the connecting rod, is freely installed on the eccentric sleeve, and the rotation mechanism of the eccentric sleeve relative to the crank neck, characterized in that the hole for the finger in counterbalance to the eccentric sleeve is made at an angle to its eccentricity of 90 ± 10 ^o .