RU2139459C1

RU2139459C1 - Variable length crank adjusting mechanism

Info

Publication number: RU2139459C1
Application number: RU98112955A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Янчевский; Ю.И. Самохвалов; С.Л. Мазуровский
Original assignee: Ярославский государственный технический университет
Priority date: 1998-06-24
Filing date: 1998-06-24
Publication date: 1999-10-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: mechanism has drive shaft with rigidly fitted-on spur gear and bushing with spur gear rim installed for sliding on shaft. Rod is freely installed for axial displacement in drive shaft bore hole under action of control mechanism. Pin is press-fitted in rod radial hole on which two pairs of slide blocks are freely fitted. Slide blocks are arranged in screw slots made on drive shaft and sliding bushing. Slots are made with opposite hand of helix. Gears and bushing with gear rim come into meshing with driven spur wheels mounted on crankshaft and mechanically coupled with its double eccentric mechanism. EFFECT: simplified design, reduced metal usage. 2 cl, 2 dwg

Description

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 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 466355, БИ N 13, 1975), содержащий опирающийся на подшипники ведущий вал, в который свободно вставлен связанный с винтовым механизмом центральный вал, на котором с двух сторон выполнены косые канавки со свободно вставленными в них штифтами, проходящими сквозь поперечные сквозные выточки на ведущем валу и противоположным концом жестко вставленные в стягиваемые кольцом полудиски, в которых выполнена эксцентричная выточка, причем поверх кольца свободно расположен маятник, противоположный конец которого свободно надет на шейку ведомого вала. На этот механизм имеет относительно сложную конструкцию и большие габариты в осевом направлении, что является причиной его невысокой надежности, малой долговечности и большого расхода металла и, как следствие, больших затрат на изготовление. A known mechanism for adjusting a crank of variable length (see, for example, author's certificate N 466355, BI N 13, 1975), comprising a drive shaft supported by bearings, into which a central shaft freely connected with a screw mechanism, on which oblique is made on both sides grooves with pins freely inserted into them, passing through transverse through grooves on the drive shaft and the opposite end, rigidly inserted into half-disks contracted by the ring, in which an eccentric undercut is made, and over the ring are freely located n pendulum, the opposite end of which is freely fitted on the neck of the driven shaft. This mechanism has a relatively complex design and large dimensions in the axial direction, which is the reason for its low reliability, low durability and high metal consumption and, as a consequence, high manufacturing costs.

Известен также механизм регулирования кривошипа переменной длины (см. например, авт. свид. N 937852, БИ N 23, 1982), принятый нами за прототип, содержащий гильзу, установленную с возможностью осевого перемещения с помощью механизма управления в расточке корпуса, размещенный на подшипниках качения в гильзе ведущий вал с неподвижно смонтированными на нем двумя ведущими шестернями с одинаковым числом зубьев и с равным, но противоположно направленным углом их наклона, два ведомых зубчатых колеса с равным числом зубьев, взаимодействующих каждый с соответствующей ведущей шестерней, одно из которых жестко закреплено на кривошипном валу, а другое размещено на нем с возможностью свободного вращения, причем оба ведомых зубчатых колеса связаны с смонтированным на кривошипном валу механизмом двойного эксцентрика, изготовленным в виде кривошипной шейки кривошипного вала и поворотно установленной на этой шейке эксцентриковой втулки, кинематически связанной, например, с помощью кулисного механизма со свободно установленным на валу ведомым зубчатым колесом, которые и формируют длину кривошипа. There is also a known mechanism for adjusting a variable-length crank (see, for example, author's certificate N 937852, BI N 23, 1982), which we adopted as a prototype, containing a sleeve mounted with the possibility of axial movement using a control mechanism in the housing bore, mounted on bearings rolling in the sleeve drive shaft with two drive gears fixedly mounted on it with the same number of teeth and with an equal but opposite direction of their angle of inclination, two driven gears with an equal number of teeth, each interacting with the corresponding the corresponding drive gear, one of which is rigidly fixed on the crank shaft, and the other is placed on it with the possibility of free rotation, both driven gears being connected to the double eccentric mechanism mounted on the crank shaft, made in the form of a crank neck of the crank shaft and rotatably mounted on this the neck of an eccentric sleeve kinematically connected, for example, using a link mechanism with a driven gear wheel freely mounted on the shaft, which form the length of the crank ipa.

Однако известный механизм регулирования также обладает относительно сложной конструкцией, сложной технологией изготовления и большими осевыми габаритами. Например, для того, чтобы известный механизм занимал минимально возможные осевые габариты, зубья косозубых шестерен и зубчатых колес приходится нарезать с углом их наклона в пределах 50...60^o, что осуществимо не на любом технологическом оборудовании и занимает много времени. Сами косозубые шестерни при этом так или иначе получаются очень широкими в осевом направлении (ширина шестерни должна быть равна осевому перемещению ведущего вала), что приводит к дополнительному увеличению габаритов всего механизма. Кроме того, такую большую полую деталь, как гильза, как правило, приходится изготавливать из круглого проката, а не из трубы, что также занимает много времени. Для того, чтобы гильза свободно перемещалась в осевом направлении, в корпусе приходится изготавливать дополнительную расточку большой длины с соответствующей точностью и чистотой обработки, а затем в ней долбить шпоночный паз, необходимый для предотвращения поворота гильзы вокруг своей оси. Все отмеченное выше вызывает повышенный расход металла и приводит к существенным дополнительным расходам на изготовление.However, the known control mechanism also has a relatively complex structure, complex manufacturing technology and large axial dimensions. For example, in order for the known mechanism to occupy the smallest possible axial dimensions, the teeth of helical gears and gears have to be cut with an angle of inclination of between 50 ... 60 ^o , which is not feasible on any technological equipment and takes a lot of time. The helical gears themselves in this case somehow turn out to be very wide in the axial direction (the width of the gear should be equal to the axial movement of the drive shaft), which leads to an additional increase in the dimensions of the entire mechanism. In addition, such a large hollow part as a sleeve, as a rule, has to be made from round rolled products, and not from a pipe, which also takes a lot of time. In order for the sleeve to move freely in the axial direction, it is necessary to produce an additional bore of large length in the body with the corresponding accuracy and purity of processing, and then hammer the keyway in it, which is necessary to prevent the sleeve from turning around its axis. All of the above causes an increased consumption of metal and leads to significant additional manufacturing costs.

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

Поставленная цель достигается тем, что предложенный механизм регулирования кривошипа переменной длины содержит ведущий вал с неподвижно установленной на нем шестерней, механизм управления, ведомые зубчатые колеса, смонтированные на кривошипном валу, одно неподвижно, а другое свободно, и кинематически связанные с механизмом двойного эксцентрика, состоящего из кривошипной шейки кривошипного вала и поворотно установленной на этой шейке эксцентриковой втулки, связанной со свободно установленным на кривошипном валу ведомым зубчатым колесом с помощью, например, кулисного механизма, изготовленного в виде запрессованного в эксцентриковую втулку пальца, вставленного свободным концом в кулисный камень, имеющий возможность перемещения в радиальном пазу свободно установленного ведомого зубчатого колеса, и подвижную втулку смонтированную на ведущем валу и имеющую прямозубый венец, при этом ведущий вал выполнен с расточкой, в которой установлен с возможностью осевого перемещения с помощью механизма управления шток с запрессованным в нем штифтом, на котором расположены две пары кулисных камней, одна из которых установлена в винтовом пазу, выполненном на ведущем валу, а другая - в винтовом пазу, выполненном на подвижной втулке, кинематически связанной вместе с шестерней с ведомыми зубчатыми колесами, причем последние и шестерня выполнены прямозубыми, число зубьев прямозубого венца подвижной втулки равно числу зубьев шестерни, а винтовые пазы ведущего вала и подвижной втулки имеют противоположный наклон винтовой линии. This goal is achieved in that the proposed variable-length crank control mechanism comprises a drive shaft with a gear fixed on it, a control mechanism, driven gears mounted on the crank shaft, one motionless and the other freely, and kinematically connected with a double eccentric mechanism consisting from the crank neck of the crank shaft and the eccentric sleeve rotatably mounted on this neck, connected to the driven gear ring freely mounted on the crank shaft catfish using, for example, a rocker mechanism, made in the form of a finger pressed into the eccentric sleeve, inserted by the free end into the rocker, which can move in the radial groove of a freely installed driven gear, and a movable sleeve mounted on the drive shaft and having a spur crown, this drive shaft is made with a bore, which is installed with the possibility of axial movement using the control mechanism of the rod with a pin pressed into it, on which there are two arches of rocker stones, one of which is mounted in a helical groove made on the drive shaft, and the other in a helical groove made on a movable sleeve kinematically connected together with the gear with driven gears, the latter and gear made of spur gears, the number of teeth of the spur gear the movable sleeve is equal to the number of gear teeth, and the helical grooves of the drive shaft and the movable sleeve have the opposite inclination of the helix.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемый механизм отличается тем, что он снабжен подвижной втулкой, смонтированной на ведущем валу и имеющей прямозубый венец, ведущий вал выполнен с расточкой, в которой установлен с возможностью осевого перемещения с помощью механизма управления шток с запрессованным в нем штифтом, на котором расположены две пары кулисных камней, одна из которых установлена в винтовом пазу, выполненном на ведущем валу, а другая - в винтовом пазу, выполненном на подвижной втулке, кинематически связанной вместе с шестерней с ведомыми зубчатыми колесами, при этом последние и шестерня выполнены прямозубыми, число зубьев прямозубого венца подвижной втулки равно числу зубьев шестерни, а винтовые пазы ведущего вала и подвижной втулки имеют противоположный наклон винтовой линии. Comparative analysis with the prototype showed that the inventive mechanism is characterized in that it is equipped with a movable sleeve mounted on the drive shaft and having a spur gear, the drive shaft is made with a bore in which it is mounted with the possibility of axial movement using a control mechanism with a rod pressed into it with a pin on which there are two pairs of rocker stones, one of which is installed in a screw groove made on the drive shaft, and the other in a screw groove made on a movable sleeve, kinematically connected th together with the gear with driven gears, while the latter and gear are spur gears, the number of teeth of the spur gear of the movable sleeve is equal to the number of gear teeth, and the helical grooves of the drive shaft and the movable sleeve have the opposite inclination of the helical line.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на фиг. 1 которого изображена конструкция предложенного механизма, на фиг. 2 - разрез по А-А фиг. 1. The essence of the invention is illustrated by the drawing, in FIG. 1 which shows the design of the proposed mechanism, in FIG. 2 is a section along AA of FIG. 1.

Предложенный механизм регулирования кривошипа переменной длины содержит корпус 1, ведущий вал 2 с жестко установленной на нем прямозубой шестерней 3, подвижно установленную на ведущем валу втулку 4 с прямозубым зубчатым венцом 5, число зубьев которого равно числу зубьев неподвижной шестерни. В расточке ведущего вала свободно установлен шток 6 с возможностью осевого относительно ведущего вала перемещения с помощью винтового механизма управления 7, приводимого в действие маховиком 8. В штоке 6 изготовлено радиальное отверстие, в которое запрессован штифт 9, на выступающие из штока концы которого свободно надеты две пары кулисных камней 10 и 11, причем пара камней 10 расположена в сквозном винтовом пазе 12, изготовленном на цилиндрической поверхности ведущего вала 2, а пара камней 11 - в сквозном винтовом пазе 13, изготовленном на цилиндрической поверхности подвижной втулки 4 и имеющем противоположный наклон винтовой линии по сравнению с наклоном винтовой линии паза 12. Шестерня 3 и зубчатый венец 5 втулки 4 входят в зацепление соответственно с ведомыми зубчатыми колесами 14 и 15, расположенными на кривошипном валу 16, первое неподвижно, а второе подвижно, и кинематически связанными с механизмом двойного эксцентрика. The proposed variable-length crank control mechanism comprises a housing 1, a drive shaft 2 with a spur gear 3 rigidly mounted thereon, a sleeve 4 with a spur gear 5 movably mounted on a drive shaft, the number of teeth of which is equal to the number of teeth of the fixed gear. A rod 6 is freely mounted in the bore of the drive shaft 6 with the possibility of axial movement relative to the drive shaft using a screw control mechanism 7 driven by the flywheel 8. A radial hole is made in the shaft 6, into which the pin 9 is pressed in, two ends of which are freely mounted on the ends of the rod a pair of rocker stones 10 and 11, and a pair of stones 10 is located in a through screw groove 12 made on the cylindrical surface of the drive shaft 2, and a pair of stones 11 is in a through screw groove 13 made on a cylinder the surface of the movable sleeve 4 and having an opposite inclination of the helix compared to the inclination of the helical line of the groove 12. The gear 3 and the gear ring 5 of the sleeve 4 are engaged with the driven gears 14 and 15, respectively, located on the crank shaft 16, the first is stationary, and the second is movable, and kinematically connected with the double eccentric mechanism.

Механизм двойного эксцентрика состоит из кривошипной шейки 17 кривошипного вала и поворотно установленной на этой шейке эксцентриковой втулки 18, причем втулка 18 связана с подвижным зубчатым колесом 15 с помощью кулисного механизма, включающего в себя запрессованный в эксцентриковую втулку 18 палец 19, на свободный конец которого надет кулисный камень 20, и изготовленный в зубчатом колесе 15 радиальный паз 21, в который помещен камень 20. Эксцентриситеты кривошипной шейки 17 00₁ и эксцентриковой втулки 18 0₁0₂ в своем относительном положении друг относительно друга формируют длину кривошипа 00₂, которая может изменяться от 0 до выбранного максимума.The double eccentric mechanism consists of a crank neck 17 of the crank shaft and an eccentric sleeve 18 rotatably mounted on this neck, and the sleeve 18 is connected to the movable gear wheel 15 using a link mechanism, which includes a finger 19 pressed into the eccentric sleeve 18, on the free end of which is worn rocker stone 20, and made in the gear wheel 15 of the radial groove 21, in which the stone is placed 20. The eccentricities of the crank neck 17 00 ₁ and the eccentric sleeve 18 0 ₁ 0 ₂ in their relative position from relative to another form the length of the crank 00 ₂ , which can vary from 0 to the selected maximum.

На эксцентриковой втулке 18 подвижно установлены шатуны 22, которые кинематически связаны с ведомым валом (на чертеже не показан). On the eccentric sleeve 18, the connecting rods 22 are movably mounted, which are kinematically connected with the driven shaft (not shown in the drawing).

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

Если нет необходимости изменять длину кривошипа, то ведущий вал 2, втулка 4 и шток 6 вращаются как одно целое, и с помощью зубчатых пар колес 3 и 14, 5 и 15 движение от электродвигателя с ведущего вала 2 передается на кривошипный вал 16 с фиксированной длиной кривошипа. If there is no need to change the length of the crank, then the drive shaft 2, sleeve 4 and rod 6 rotate as a whole, and using gear pairs of wheels 3 and 14, 5 and 15, the movement from the electric motor from the drive shaft 2 is transmitted to the crank shaft 16 with a fixed length crank.

При необходимости изменить длину кривошипа с помощью маховика 8 приводят в действие винтовой механизм управления 7, при этом шток 6 вместе с штифтом 9 стремится переместиться, например, влево. Перемещаясь вместе с кулисными камнями 10 и 11 в винтовых пазах 12 и 13, штифт 9, опираясь на вал 2, заставляет втулку 4 поворачиваться относительно вала 2, причем из-за того, что винтовые пазы 12 и 13 имеют противоположный наклон винтовой линии, - суммарный угол поворота втулки 4 относительно вала 2 удваивается, что приводит к существенной экономии осевых габаритов механизма. Втулка 4, поворачиваясь на валу 2 вместе с зубчатым венцом 5, заставляет поворачиваться зубчатое колесо 15, а шестерня 3, неподвижно установленная на валу 2, как бы фиксирует зубчатое колесо 14. Таким образом зубчатые колеса 14 и 15, установленные на кривошипном валу, поворачиваются друг относительно друга и воздействуют на механизм двойного эксцентрика, изменяя тем самым длину кривошипа (кривошипов) кривошипного вала 00₂, который образуется из относительного положения друг относительно друга эксцентриситетов кривошипной шейки 17 00₁ и эксцентриковой втулки 18 0₁0₂. При этом при своем относительном повороте ось эксцентриковой втулки 0₂ может располагаться на одной прямой с осями кривошипного вала и его шейки 0 и 0₁ (при максимальной длине кривошипа), а может и совпадать с осью вращения кривошипного вала 0 (при нулевой длине кривошипа).If necessary, change the length of the crank using the flywheel 8, actuate the screw control mechanism 7, while the rod 6 together with the pin 9 tends to move, for example, to the left. Moving together with the rocker stones 10 and 11 in the screw grooves 12 and 13, the pin 9, resting on the shaft 2, forces the sleeve 4 to rotate relative to the shaft 2, and due to the fact that the screw grooves 12 and 13 have the opposite inclination of the helix, - the total angle of rotation of the sleeve 4 relative to the shaft 2 is doubled, which leads to significant savings in axial dimensions of the mechanism. The sleeve 4, rotating on the shaft 2 together with the ring gear 5, causes the gear 15 to rotate, and the gear 3 fixedly mounted on the shaft 2, as it were, fixes the gear 14. Thus, the gears 14 and 15 mounted on the crank shaft are rotated relative to each other and act on the mechanism of the double eccentric, thereby changing the length of the crank (cranks) of the crank shaft 00 ₂ , which is formed from the relative position relative to each other of the eccentricities of the crank neck 17 00 ₁ and the eccentric new bushing 18 0 ₁ 0 ₂ . At the same time, with its relative rotation, the axis of the eccentric sleeve 0 ₂ can be located on one straight line with the axes of the crank shaft and its neck 0 and 0 ₁ (with the maximum length of the crank), and it can also coincide with the axis of rotation of the crank shaft 0 (with a zero length of the crank) .

Как видно из описания и принципа действия, в предложенном механизме регулирования независимо от числа преобразующих механизмов, например в импульсном вариаторе, в принципе необходим всего один винтовой паз, изготовленный на подвижной втулке, но для уменьшения относительного угла поворота этой втулки при регулировании длины кривошипов, а следовательно, и для уменьшения хода штока (что опять же экономит осевые габариты), на ведущем валу нарезан второй винтовой паз с таким же наклоном винтовой линии что и у первого, но противоположно направленным, причем оба паза занимают одно и то же осевое положение. Кроме того, для увеличения несущей способности предложенного механизма таких пазов изготовлено по две пары, - два на подвижной втулке и два на ведущем валу, то есть пазы на этих деталях по существу являются сквозными. С целью повышения технологических возможностей механизма штифт жестко связан со штоком, а с ведущим валом и подвижной втулкой через кулисные камни связан подвижно. As can be seen from the description and principle of operation, in the proposed control mechanism, regardless of the number of converting mechanisms, for example, in a pulse variator, in principle, only one screw groove made on a movable sleeve is needed, but to reduce the relative angle of rotation of this sleeve when adjusting the length of the cranks, and therefore, to reduce the stroke of the stem (which again saves axial dimensions), a second helical groove is cut on the drive shaft with the same inclination of the helix as the first, but in the opposite direction lennoy, and both grooves occupy the same axial position. In addition, to increase the bearing capacity of the proposed mechanism of such grooves, two pairs are made, two on the movable sleeve and two on the drive shaft, that is, the grooves on these parts are essentially through. In order to increase the technological capabilities of the mechanism, the pin is rigidly connected to the rod, and it is movably connected to the drive shaft and the movable sleeve through the rocker stones.

Таким образом, применение предложенного механизма регулирования позволит заметно упростить конструкцию и технологию изготовления всего регулируемого привода машины, сократить его габариты и металлоемкость, что приведет в итоге к уменьшению затрат на изготовление. Thus, the application of the proposed regulation mechanism will significantly simplify the design and manufacturing technology of the entire adjustable drive of the machine, reduce its dimensions and metal consumption, which will ultimately lead to a decrease in manufacturing costs.

Claims

1. The variable-length crank control mechanism, comprising a drive shaft with a gear fixed thereon, a control mechanism and driven gears mounted on the crank shaft, one is motionless and the other is freely and kinematically connected to the double-cam mechanism consisting of a crank neck a crank shaft and an eccentric sleeve re-mounted on this neck, connected to a driven gear wheel freely mounted on the crank shaft using, for example, a link mechanism, and prepared in the form of a finger pressed into the eccentric sleeve, inserted with the free end into the rocker, which can move in the radial groove of the freely installed driven gear, characterized in that it is equipped with a movable sleeve mounted on the drive shaft and having a spur gear, the drive shaft is made with a bore in which it is mounted with the possibility of axial movement using the control mechanism of the rod with a pin pressed into it, on which there are two pairs of rocker stones, one on which one is installed in a helical groove made on the drive shaft, and the other in a helical groove made on a movable sleeve kinematically connected together with the gear with driven gears, the latter and the gear made of spur gears, and the number of teeth of the spur gear of the movable sleeve equal to the number of gear teeth.

2. The variable-length crank control mechanism according to claim 1, characterized in that the helical grooves of the drive shaft and the movable sleeve have an opposite slope of the helix.