RU2127383C1

RU2127383C1 - Mechanism for transfer of power loads

Info

Publication number: RU2127383C1
Application number: RU98102881A
Authority: RU
Inventors: А.С. Горлатов
Original assignee: Калининградский государственный технический университет
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 1999-03-10

Abstract

FIELD: mechanism devices intended for realization of power-intensive operations at slightly varying load. SUBSTANCE: mechanism includes crank, connecting rod, rocker arm and rack articulated together. Articulated with rocker arm is drive pawl for engagement with teeth of ratchet wheel fitted on shaft; axis of oscillation of rocker arm is coaxial relative to axis of rotation of shaft. lengths of member of mechanism are selected in such way that maximum magnitude of transfer angle is obtained inside working stroke and minimum angle of transfer is obtained inside idle stroke. EFFECT: reduced power requirements in performing power-intensive operations at slightly varying load. 2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к кривошипно-коромысловым механизмам (шарнирным четырехзвенникам) и может быть использовано в составе механического оборудования, работающего при значительных силовых нагрузках. The present invention relates to crank-rocker mechanisms (articulated four-link) and can be used as part of mechanical equipment operating at significant power loads.

Известен кривошипно-коромысловый механизм, на базе которого построены храповые устройства конвейеров, подъемников, элеваторов и других устройств, совершающих прерывистые движения. Данный механизм содержит шарнирно связанные кривошип, шатун, коромысло и стойку. С коромыслом шарнирно связана ведущая собачка для взаимодействия с зубьями храпового колеса, соосного оси качания коромысла (Артоболевский С.И. Теория механизмов и машин. - М.: Высшая школа, 1965. - С. 270, рис. 213). Known crank mechanism, on the basis of which the ratchet devices of conveyors, elevators, elevators and other devices that make intermittent movements are built. This mechanism contains a pivotally connected crank, connecting rod, rocker and strut. A leading dog is pivotally connected to the rocker for interaction with the teeth of the ratchet wheel, the axial axis of rocking of the rocker arm (Artobolevsky S.I. Theory of mechanisms and machines. - M.: Higher school, 1965. - P. 270, Fig. 213).

Основным недостатком кривошипно-коромыслового механизма в составе храпового устройства, передающего значительную силовую нагрузку, является недостаточно высокая его эффективность из-за завышенного расхода мощности на обеспечение прерывистого движения исполнительных органов и других элементов машины. Этот недостаток вызывается несоответствием переменной силовой работоспособности механизма характеру изменения передаваемой технологической нагрузки. Несоответствие же является результатом существующей неопределенности в оценке силовой работоспособности кривошипно-коромысловых механизмов, которая затрудняет выбор предпочтительного механизма. The main disadvantage of the crank mechanism in the ratchet device, which transfers a significant power load, is its insufficiently high efficiency due to excessive power consumption to ensure intermittent movement of the actuators and other elements of the machine. This disadvantage is caused by the mismatch of the variable power operability of the mechanism to the nature of the change in the transmitted technological load. The discrepancy is the result of the existing uncertainty in assessing the power efficiency of the crank-rocker mechanisms, which makes it difficult to choose the preferred mechanism.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности за счет уменьшения расхода мощности при передаче механизмом мало изменяющихся по величине силовых нагрузок. The objective of the present invention is to increase efficiency by reducing power consumption during transmission by the mechanism of slightly varying in magnitude power loads.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в механизме для передачи силовых нагрузок, например мало изменяющихся по величине, содержащем шарнирно связанные кривошип, шатун, коромысло и стойку, соотношение длин звеньев соответствует выражению
(λ₁+λ₃)²+λ $\binom{2}{2}$ = 1, (1)
где λ₁= r/d - относительная длина кривошипа;
λ₂= l/d - относительная длина шатуна;
λ₃= b/d - относительная длина коромысла;
r, l, b - соответственно длина кривошипа, шатуна, коромысла;
d - длина стойки: расстояние между центрами вращения кривошипа и качания коромысла.The solution of this problem is achieved by the fact that in the mechanism for transmitting power loads, for example, slightly varying in size, containing a pivotally connected crank, connecting rod, rocker and strut, the ratio of link lengths corresponds to the expression
(λ ₁ + λ ₃ ) ² + λ $\binom{2}{2}$ = 1, (1)
where λ ₁ = r / d is the relative length of the crank;
λ ₂ = l / d is the relative length of the connecting rod;
λ ₃ = b / d is the relative length of the rocker arm;
r, l, b - respectively, the length of the crank, connecting rod, rocker arm;
d - strut length: the distance between the centers of rotation of the crank and rocker arm.

При этом относительная длина кривошипа может изменяться в пределах, определяемых выражением 0<λ₁<0,2071, а относительные длины шатуна и коромысла в пределах, определяемых выражением 0<λ₂ (или λ₃)<1.
Заявляемый механизм отличается от прототипа значениями геометрических параметров, т.е. такими значениями длин звеньев в указанных пределах их изменения, при которых гарантированно выполняется равенство (1). Кроме того, предложенный механизм отличается текущим положением звеньев, обеспечивающим максимально возможное значение угла передачи в интервале рабочего хода коромысла.In this case, the relative length of the crank can vary within the limits defined by the expression 0 <λ ₁ <0.2071, and the relative lengths of the connecting rod and rocker arm within the limits determined by the expression 0 <λ ₂ (or λ ₃ ) <1.
The inventive mechanism differs from the prototype in the values of geometric parameters, i.e. by such values of the lengths of the links within the indicated limits of their change, at which equality (1) is guaranteed to be satisfied. In addition, the proposed mechanism differs in the current position of the links, providing the maximum possible value of the transmission angle in the interval of the working stroke of the beam.

Для механизма, удовлетворяющего равенству (1), характерно то, что функция его силовой работоспособности в интервале рабочего хода близка к своему среднему постоянному значению, при этом минимум функции приходится на интервал холостого хода. Такой характер изменения функции в интервале кинематического цикла оказывается благоприятным для передачи мало изменяющейся при рабочем ходе технологической нагрузки, аналогичной изменению силы при работе храпового устройства. Благоприятно, что варьируя длины звеньев механизма в соответствии с равенством (1), можно иметь функцию угла передачи при больших или меньших значениях ее ординат. Этим обеспечивается возможность выбора механизма предпочтительного с учетом абсолютных значений величины передаваемой нагрузки. For a mechanism that satisfies equality (1), it is characteristic that the function of its power working capacity in the interval of the stroke is close to its average constant value, while the minimum of the function falls on the idle interval. This nature of the change in function in the interval of the kinematic cycle is favorable for the transfer of a technological load that does not change much during the working course, similar to a change in force during the operation of a ratchet device. It is favorable that by varying the lengths of the links of the mechanism in accordance with equality (1), it is possible to have a function of the angle of transmission for larger or smaller values of its ordinates. This makes it possible to select the preferred mechanism, taking into account the absolute values of the transmitted load.

Таким образом, выражение (1) определяет геометрические параметры механизма, который может обеспечивать передачу силовой нагрузки при значениях движущей силы, мало отличающихся от значений силы полезного сопротивления. Это способствует выравниванию движущего момента на валу кривошипа и уменьшению расхода мощности на реализацию процесса, т.е. повышению эффективности работы храпового устройства. Thus, the expression (1) determines the geometric parameters of the mechanism, which can provide the transfer of power load at values of the driving force, not much different from the values of the force of useful resistance. This helps to equalize the torque on the crank shaft and reduce the power consumption for the implementation of the process, i.e. increase the efficiency of the ratchet device.

Предлагаемый механизм для передачи силовых нагрузок поясняется чертежами, где на фиг. 1 механизм представлен в положении OABO₁, соответствующем максимальному углу передачи, и в крайних положениях OA₁B₁O₁ и OA₂B₂O₁; на фиг. 2 изображен график изменения угла передачи в интервале рабочего хода механизма, соответствующего выражению (1) при λ₁= (0,125),λ₂= 0,866 и λ₃= 0,375 с абсолютными значениями длин звеньев, мм: r = 15, l = 104, b = 45 и d = 120.The proposed mechanism for transmitting power loads is illustrated by drawings, where in FIG. 1, the mechanism is represented in the OABO ₁ position corresponding to the maximum transmission angle, and in the extreme positions OA ₁ B ₁ O ₁ and OA ₂ B ₂ O ₁ ; in FIG. 2 shows a graph of the change in the transmission angle in the interval of the stroke of the mechanism corresponding to expression (1) with λ ₁ = (0.125), λ ₂ = 0.866 and λ ₃ = 0.375 with absolute values of the link lengths, mm: r = 15, l = 104, b = 45 and d = 120.

Механизм для передачи силовых нагрузок содержит шарнирно связанные кривошип 1, шатун 2, коромысло 3 и стойку 4, при этом соотношение длин звеньев соответствует выражению (1). С коромыслом 3 шарнирно связана ведущая собачка 5 для взаимодействия с зубьями насаженного на вал храпового колеса 6, при этом ось качания коромысла соосна оси вращения вала храпового колеса. The mechanism for transmitting power loads contains a pivotally connected crank 1, a connecting rod 2, a rocker 3 and a rack 4, while the ratio of the lengths of the links corresponds to expression (1). A leading dog 5 is pivotally connected to the rocker 3 for interaction with the teeth of the ratchet wheel 6 mounted on the shaft, while the rocker arm axis of alignment is coaxial with the axis of rotation of the ratchet wheel shaft.

Четырехшарнирный кривошипно-коромысловый механизм в составе храпового устройства работает следующим образом. The four-hinged crank-rocker mechanism as part of a ratchet device operates as follows.

При вращении кривошипа 1 коромысло 3 совершает возвратно-поворотные движения, состоящие из рабочего и холостого ходов. В интервале рабочего хода коромысла 3 ведущая собачка 5 воздействует на храповое колесо 6, которое сообщает нагруженному валу поворотное движение, в результате коромысло воспринимает близкую к постоянной технологическую нагрузку. Сопротивление, оказываемое этой нагрузкой движению коромысла, преодолевается развиваемой в шатуне 2 необходимой движущей силой. При этом, поскольку изменение угла передачи кривошипно-коромыслового механизма соответствует характеру технологической нагрузки, движущая сила в шатуне будет мало отличаться от силы полезного сопротивления и будет близка к постоянному ее значению. When the crank 1 rotates, the rocker arm 3 makes reciprocating movements, consisting of working and idle strokes. In the interval of the working stroke of the rocker arm 3, the lead dog 5 acts on the ratchet wheel 6, which rotates the loaded shaft, and as a result, the rocker perceives a technological load close to constant. The resistance exerted by this load on the movement of the rocker arm is overcome by the necessary driving force developed in the connecting rod 2. Moreover, since the change in the transmission angle of the crank-beam mechanism corresponds to the nature of the technological load, the driving force in the connecting rod will differ little from the force of the useful resistance and will be close to its constant value.

Выполнение длин звеньев механизма в соответствии с равенством (1) обеспечивает необходимые условия для повышения эффективности его работы при передаче мало изменяющихся по величине силовых нагрузок. The fulfillment of the lengths of the links of the mechanism in accordance with equality (1) provides the necessary conditions for increasing the efficiency of its operation when transmitting slightly varying in magnitude power loads.

Claims

1. The mechanism for transmitting power loads, made in the form of an articulated four-link, containing a pivotally connected crank, connecting rod, rocker and stand, characterized in that the ratio of the lengths of the links corresponds to the expression
λ

\binom{2}{2}

+ (λ ₁ + λ ₃ ) ² = 1,
where λ ₁ = r / d is the relative length of the crank;
λ ₂ = l / d is the relative length of the connecting rod;
λ ₃ = b / d is the relative length of the rocker arm;
r, l, b - respectively, the length of the crank, connecting rod, rocker arm;
d - strut length: the distance between the centers of rotation of the crank and rocker arm.

2. The mechanism according to claim 1, characterized in that the relative length of the crank is up to 0.2071 of the rack length, and the relative lengths of the connecting rod and rocker arm do not reach unity.