RU2148744C1 - Opposite crank-and-slider mechanism - Google Patents

Opposite crank-and-slider mechanism Download PDF

Info

Publication number
RU2148744C1
RU2148744C1 RU98120982A RU98120982A RU2148744C1 RU 2148744 C1 RU2148744 C1 RU 2148744C1 RU 98120982 A RU98120982 A RU 98120982A RU 98120982 A RU98120982 A RU 98120982A RU 2148744 C1 RU2148744 C1 RU 2148744C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
crank
link
axis
rotation
connecting rod
Prior art date
Application number
RU98120982A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.И. Доронин
Original Assignee
Дальневосточный государственный университет путей сообщения
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дальневосточный государственный университет путей сообщения filed Critical Дальневосточный государственный университет путей сообщения
Priority to RU98120982A priority Critical patent/RU2148744C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2148744C1 publication Critical patent/RU2148744C1/en

Links

Landscapes

  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

FIELD: balancing of machines on foundations; avoidance of vibrations transmitted to foundation from member of opposite crank-and-slider mechanism included in machine unit. SUBSTANCE: opposite crank-and-slider mechanism has strut with curvilinear guide, two identical sliders mounted in guide, double-arm crank made in form of hollow shaft with fixed pivot axle secured on strut and two identical connecting rods; each connecting rod is articulated to respective slider and arm of crank. Longitudinal axis of slider guide intersects axis of rotation of crank at acute angle in center point of crank. Hinges connecting the ends of connecting rods with respective arms of crank are spherical in shape; they are mounted on inner surface of hollow shaft at diametrically opposite points. Outer surface of hollow shaft of crank is engageable with balancing member having fixed pivot axle parallel to axis of rotation of crank. Angular velocity of balancing member is proportional in magnitude and opposite in direction relative to direction of angular velocity of crank. Parameters of geometry of mass of mechanism members are determined according to dependences. EFFECT: reduced vibration activity of machine unit; improved conditions for operating personnel; increased productivity. 1 dwg

Description

Изобретение относится к уравновешиванию машин на фундаменте и может быть использовано для исключения вибраций, передающихся на фундамент от звеньев оппозитного кривошипно-ползунного механизма, входящего в состав машинного агрегата. The invention relates to balancing machines on a foundation and can be used to exclude vibrations transmitted to the foundation from the links of the opposed crank-slide mechanism included in the machine assembly.

Известен оппозитный кривошипно-ползунный механизм с вильчатым шатуном [1] , содержащий стойку с прямолинейной направляющей, установленные в направляющей два идентичных ползуна, кривошип в виде трехколенчатого вала с фиксированной на стойке осью вращения, прямой шатун и вильчатый шатун. Прямой шатун шарнирно связан со средним коленом кривошипа и первым ползуном. Вильчатый шатун двумя боковыми шарнирами связан с крайними коленами кривошипа, а средним шарниром - со вторым ползуном. Центральная точка кривошипа совпадает с точкой пересечения оси вращения кривошипа и продольной оси направляющей ползунов. Known opposed crank-slide mechanism with a forked connecting rod [1], containing a rack with a straight guide, two identical sliders installed in the guide, a crank in the form of a three-cranked shaft with a rotation axis fixed on the rack, a straight rod and a fork rod. A straight connecting rod is pivotally connected to the middle crank and the first slider. The forked connecting rod is connected by two lateral hinges to the extreme knees of the crank, and the middle hinge - to the second slider. The center point of the crank coincides with the intersection of the axis of rotation of the crank and the longitudinal axis of the slide guide.

При непрерывном вращении кривошипа идентичные ползуны совершают возвратно-поступательное движение вдоль направляющей во взаимно противоположных направлениях. Силы инерции ползунов равны по модулю и противоположны по направлению, при работе механизма они уравновешивают друг друга. Тем самым ползуны исключаются из числа источников вибрации фундамента машины. With continuous rotation of the crank, identical sliders make reciprocating motion along the guide in mutually opposite directions. The inertia forces of the sliders are equal in magnitude and opposite in direction; when the mechanism is in operation, they balance each other. Thus, the sliders are excluded from the number of sources of vibration of the foundation of the machine.

При любом угле поворота кривошипа продольные оси прямого и вильчатого шатунов остаются взаимно параллельными, угловые скорости и угловые ускорения шатунов одинаковы по модулю и по направлению. Силы инерции шатунов и кривошипа взаимно на компенсируются. Они приводятся к главному вектору и главному моменту сил инерции, которые определяют статическую и моментную неуравновешенность механизма. At any angle of rotation of the crank, the longitudinal axes of the straight and forked connecting rods remain mutually parallel, the angular speeds and angular accelerations of the connecting rods are the same in magnitude and direction. The inertia forces of the connecting rods and crank are mutually not compensated. They are reduced to the main vector and the main moment of the inertia forces, which determine the static and momentary imbalance of the mechanism.

Таким образом, недостатком оппозитного кривошипно-ползунного механизма с вильчатым шатуном является его статическая и моментная неуравновешенность. Как следствие этого, на фундамент машины от механизма передается периодически изменяющаяся динамическая нагрузка, вызывающая вибрацию; вибрация ухудшает условия работы обслуживающего персонала, снижает производительность труда, качество технологического процесса. Thus, the drawback of the opposed crank-slide mechanism with a forked rod is its static and momentary imbalance. As a consequence of this, a periodically changing dynamic load causing vibration is transmitted to the foundation of the machine from the mechanism; vibration worsens the working conditions of staff, reduces labor productivity, the quality of the process.

Второй недостаток этого механизма связан с наличием избыточной связи. Такой связью является один из двух боковых шарниров вильчатого шатуна. Избыточная связь делает механизм более чувствительным к изменению размеров звеньев, которые возникают при изготовлении деталей, при сборке. Эти отклонения приводят к значительному возрастанию сопротивления движению, к интенсивному износу контактирующих поверхностей. В шарнирных соединениях звеньев увеличиваются зазоры, возникают периодически действующие ударные силы, которые вызывают упругие деформации звеньев и, как следствие, вибрацию машинного агрегата. The second drawback of this mechanism is associated with the presence of excess communication. Such a connection is one of the two side joints of the forked connecting rod. Excessive coupling makes the mechanism more sensitive to changes in the dimensions of the links that occur during the manufacture of parts during assembly. These deviations lead to a significant increase in resistance to movement, to intensive wear of the contacting surfaces. The gaps in the joints of the links increase, periodically acting shock forces arise, which cause elastic deformation of the links and, as a result, the vibration of the machine unit.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является оппозитный кривошипно-ползунный механизм по патенту N 2085791 [2]. Он содержит стойку с прямолинейной направляющей, установленные в направляющей два идентичных ползуна, двуплечий кривошип с фиксированной на стойке осью вращения, два идентичных шатуна, каждый из которых шарнирно соединен с соответствующим ползуном и плечом кривошипа. Центральная точка кривошипа совпадает с точкой пересечения оси вращения кривошипа и продольной оси направляющей ползунов. Кривошип выполнен в виде полого вала. Шарниры, связывающие концы шатунов с соответствующими плечами кривошипа, выполнены сферическими и установлены на внутренней поверхности полого вала в диаметрально противоположных точках. Продольная ось направляющей ползунов пересекает ось вращения кривошипа под острым углом. The closest technical solution for the totality of features is the opposite crank-slide mechanism according to patent N 2085791 [2]. It contains a rack with a straight guide, two identical sliders installed in the guide, a two-arm crank with a rotation axis fixed on the rack, two identical connecting rods, each of which is pivotally connected to a corresponding slide and a crank arm. The center point of the crank coincides with the intersection of the axis of rotation of the crank and the longitudinal axis of the slide guide. The crank is made in the form of a hollow shaft. The hinges connecting the ends of the connecting rods with the corresponding crank arms are spherical and mounted on diametrically opposite points on the inner surface of the hollow shaft. The longitudinal axis of the slide guide crosses the axis of rotation of the crank at an acute angle.

В данном механизме отсутствуют избыточные связи, поэтому по сравнению с кривошипно-ползунным механизмом с вильчатым шатуном его шарнирные соединения звеньев более износоустойчивы; у данного механизма слабее выражена тенденция к возникновению ударных взаимодействий и упругих деформаций контактирующих поверхностей звеньев. Как следствие этого, кривошипно-ползунный механизм с полым валом имеет меньшую виброактивность. In this mechanism, there are no excessive connections, therefore, in comparison with the crank-slide mechanism with a forked connecting rod, its articulated joints of the links are more wear-resistant; this mechanism has a less pronounced tendency to the occurrence of shock interactions and elastic deformations of the contacting surfaces of the links. As a consequence of this, the hollow shaft crank-slide mechanism has less vibration activity.

Идентичность ползунов, идентичность шатунов и геометрическая симметрия механизма относительно центральной точки кривошипа обеспечивают выполнение важного условия уравновешивания: при движении механизма его центр масс постоянно находится в неподвижной центральной точке кривошипа, ускорение центра масс равно нулю. Это означает, что главный вектор сил инерции механизма всегда равен нулю, - кривошипно-ползунный механизм с полым валом является статически уравновешенным механизмом. The identity of the sliders, the identity of the connecting rods and the geometric symmetry of the mechanism relative to the center point of the crank provide an important condition for balancing: when the mechanism moves, its center of mass is constantly at a fixed central point of the crank, the acceleration of the center of mass is zero. This means that the main vector of the inertial forces of the mechanism is always zero, - the crank-slider mechanism with a hollow shaft is a statically balanced mechanism.

Но данный механизм имеет моментную неуравновешенность, которая характеризуется главным моментом сил инерции всех звеньев механизма. But this mechanism has momentary imbalance, which is characterized by the main moment of inertia forces of all parts of the mechanism.

Основное влияние на величину главного момента сил инерции механизма оказывают силы инерции шатунов. Это обусловлено следующим. При вращении кривошипа шатуны остаются параллельными друг другу, ускорения центров масс шатунов равны по модулю, но противоположны по направлению. Силы инерции каждого шатуна приводятся к главному вектору и главному моменту, которые приложены в центре масс шатуна (главный вектор сил инерции шатуна равен произведению его массы на ускорение центра масс; главный момент равен производной по времени от кинетического момента, вычисленного относительно центра масс шатуна). Главные векторы сил инерции двух идентичных шатунов механизма образуют пару сил, момент которой имеет переменные составляющие в проекциях главного момента сил инерции всего механизма на три взаимно-перпендикулярные неподвижные оси координат. В эти проекции входят составляющие и от главных моментов сил инерции шатунов. Кроме того, в одну из указанных проекций, а именно в проекцию на ось, параллельную оси вращения кривошипа, входят переменные составляющие от сил инерции кривошипа при его неравномерном вращении. The main influence on the magnitude of the main moment of the inertia forces of the mechanism is exerted by the inertia forces of the connecting rods. This is due to the following. During the rotation of the crank, the rods remain parallel to each other, the accelerations of the centers of mass of the rods are equal in magnitude, but opposite in direction. The inertia forces of each connecting rod are reduced to the main vector and the main moment, which are applied in the center of mass of the connecting rod (the main vector of inertia forces of the connecting rod is the product of its mass and the acceleration of the center of mass; the main moment is the time derivative of the kinetic moment calculated relative to the center of mass of the connecting rod). The main vectors of the inertia forces of two identical connecting rods of the mechanism form a pair of forces, the moment of which has variable components in the projections of the main moment of the inertia forces of the entire mechanism on three mutually perpendicular fixed coordinate axes. These projections include components from the main moments of the inertia forces of the connecting rods. In addition, one of these projections, namely the projection onto the axis parallel to the axis of rotation of the crank, includes variable components from the inertia of the crank during its uneven rotation.

Таким образом, главный момент сил инерции кривошипно-ползунного механизма с полным валом, характеризующий его моментную неуравновешенность, имеет переменные проекции на три взаимно перпендикулярные неподвижные оси координат. Эти проекции имеют сложную алгебраическую структуру. Thus, the main moment of inertia of the crank-slider mechanism with a full shaft, characterizing its momentary imbalance, has variable projections onto three mutually perpendicular fixed coordinate axes. These projections have a complex algebraic structure.

Наличие указанной моментной неуравновешенности является недостатком данного механизма. Неуравновешенные моменты сил инерции передаются от механизма на неподвижное основание машины, вызывая поворотные вибрации машинного агрегата в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. The presence of this momentary imbalance is a drawback of this mechanism. Unbalanced moments of inertia are transmitted from the mechanism to the fixed base of the machine, causing rotary vibrations of the machine unit in three mutually perpendicular planes.

В основу изобретения положена задача создать оппозитный кривошипно-ползунный механизм без избыточных связей, у которого статическая и моментная неуравновешенности полностью исключаются за счет установки одного уравновешивающего звена и подбора соответствующих параметров геометрии масс звеньев. The basis of the invention is the task of creating an opposed crank-slide mechanism without excessive connections, in which the static and momentary imbalances are completely eliminated by installing one balancing link and selecting the appropriate parameters of the geometry of the masses of the links.

В известном уровне техники отсутствуют механизмы, у которых подобная моментная неуравновешенность устраняется установкой одного уравновешивающего звена. In the prior art there are no mechanisms in which such momentary imbalance is eliminated by the installation of one balancing link.

Решение этой задачи позволит полностью исключить вибрации, передающиеся на фундамент машины от сил инерции звеньев оппозитного кривошипно-ползунного механизма. The solution to this problem will completely eliminate the vibrations transmitted to the foundation of the machine from the inertia forces of the links of the opposing crank-slide mechanism.

Поставленная задача решается тем, что в известный оппозитный кривошипно-ползунный механизм, содержащий стойку с прямолинейной направляющей, установленные в направляющей два идентичных ползуна, двуплечий кривошип в виде полого вала с фиксированной на стойке осью вращения, два идентичных шатуна, каждый из которых шарнирно соединен с соответствующим ползуном и плечом кривошипа, при этом продольная ось направляющей ползунов пересекает ось вращения кривошипа под острым углом в центральной точке кривошипа, а шарниры, связывающие концы шатунов с соответствующими плечами кривошипа, выполнены сферическими и установлены на внутренней поверхности полого вала в диаметрально противоположных точках, дополнительно введено уравновешивающее звено с фиксированной на стойке осью вращения, параллельной оси вращения кривошипа, контактирующее с внешней поверхностью полого вала кривошипа, при этом угловая скорость уравновешивающего звена пропорциональна по величине и противоположна по направлению угловой скорости кривошипа, а параметры геометрии масс звеньев механизма определены зависимостями:
Sxy1 = Sxz1 = Syz1 = Sxy2 = Sxz2 = Sxy3 = Sxz3 = Syz3 = 0; (1)
Ixy1 = Ixz1 = Ixy2 = Ixz2 = Iyz2 = Ixy3 = Ixz3 = 0; (2)
Ix2 = 0; Iy2 = Iz2 = l•Syz2;
Ix1 + 2r2(m2 - l-1•Syz2) - kIx3 = 0, (3)
где Sxyi, Sxzi, Syzi - статические моменты массы i-го звена относительно плоскостей декартовой системы координат (Axyz)i, связанной с i-м звеном; i - номер звена: 1 - кривошип, 2 - шатун, 3 - уравновешивающее звено; Ai - полюс звена: A1 и A3 - центральные точки соответственно кривошипа и уравновешивающего звена, A2 - центр шарнира, соединяющего шатун с кривошипом; оси A1x1 и A3x3 совпадают с осями вращения соответственно кривошипа и уравновешивающего звена, ось A2x2 совпадает с продольной осью шатуна; Ixi, Iyi, Izi, Ixyi, Ixzi, Iyzi - осевые и центробежные моменты инерции массы i-го звена в системе координат (Axyz)i; m2 - масса шатуна, r - длина плеча кривошипа, l - длина шатуна, k - отношение угловой скорости уравновешивающего звена к угловой скорости кривошипа.
The problem is solved in that in the known opposite crank-slide mechanism containing a rack with a straight guide, two identical sliders installed in the guide, a two-arm crank in the form of a hollow shaft with a rotation axis fixed on the rack, two identical connecting rods, each of which is pivotally connected to the corresponding slider and the crank arm, while the longitudinal axis of the slide guide intersects the axis of rotation of the crank at an acute angle at the center point of the crank, and the hinges connecting the ends of the crank new with corresponding crank shoulders, made spherical and mounted on diametrically opposite points on the inner surface of the hollow shaft, an additional balancing link with a rotation axis fixed on the strut parallel to the crank axis of rotation, in contact with the external surface of the hollow crank shaft, the angular velocity of the balancing link proportional in magnitude and opposite in direction of the angular velocity of the crank, and the parameters of the geometry of the mass of the links of the mechanism are determined dependencies:
S xy1 = S xz1 = S yz1 = S xy2 = S xz2 = S xy3 = S xz3 = S yz3 = 0; (1)
I xy1 = I xz1 = I xy2 = I xz2 = I yz2 = I xy3 = I xz3 = 0; (2)
I x2 = 0; I y2 = I z2 = l • S yz2 ;
I x1 + 2r 2 (m 2 - l -1 • S yz2 ) - kI x3 = 0, (3)
where S xyi , S xzi , S yzi are the static moments of mass of the ith link relative to the planes of the Cartesian coordinate system (Axyz) i associated with the ith link; i - link number: 1 - crank, 2 - connecting rod, 3 - balancing link; A i is the link pole: A 1 and A 3 are the central points of the crank and the balancing link, respectively, A 2 is the center of the hinge connecting the connecting rod to the crank; the axes A 1 x 1 and A 3 x 3 coincide with the rotation axes of the crank and balancing link, respectively, the axis A 2 x 2 coincides with the longitudinal axis of the connecting rod; I xi , I yi , I zi , I xyi , I xzi , I yzi - axial and centrifugal moments of inertia of mass of the i-th link in the coordinate system (Axyz) i ; m 2 is the mass of the connecting rod, r is the length of the crank arm, l is the length of the crank, k is the ratio of the angular velocity of the balancing link to the angular velocity of the crank.

На чертеже изображена схема оппозитного кривошипно-ползунного механизма в декартовой системе координат A1xyz.The drawing shows a diagram of the opposite crank-slide mechanism in the Cartesian coordinate system A 1 xyz.

Оппозитный кривошипно-ползунный механизм содержит стойку 1 с прямолинейной направляющей 2, двуплечий кривошип 3 с фиксированной на стойке осью вращения 4, установленные в направляющей 2 два идентичных ползуна 5 и 6, два идентичных шатуна 7 и 8, уравновешивающее звено 9 с фиксированной относительно стойки осью вращения 10. Двуплечий кривошип 3 выполнен в виде полого вала (на фигуре передняя часть полого вала не показана). Центральная точка кривошипа 3 совпадает с точкой пересечения оси 4 и продольной оси направляющей 2. Кривошип 3, ползуны 5 и 6, шатуны 7 и 8 соединены между собой шарнирами 11, 12, 13, 14, причем шарниры 11 и 12 установлены на внутренней поверхности полого вала (кривошипа 3) в диаметрально противоположных точках. Уравновешивающее звено 9 контактирует без проскальзывания с внешней поверхностью полого вала 3, подвижное соединение этих звеньев - высшая кинематическая пара. Ось вращения кривошипа 4 совпадает с осью A1x декартовой системы координат A1xyz, связанной со стойкой 1. Ось 10 вращения уравновешивающего звена 9 параллельна оси вращения кривошипа, центральная точка A3 уравновешивающего звена совпадает с точкой пересечения оси 10 с плоскостью A1yz. Продольная ось направляющей 2 расположена в плоскости A1xy. Окружность, описываемая шарнирами 11 и 12, находится в плоскости A1yz. Продольная ось направляющей 2 пересекает ось вращения кривошипа 4 под острым углом α.
Параметры геометрии масс механизма определяются следующими зависимостями:
Sxy1 = Sxz1 = Syz1 = Sxy2 = Sxz2 = Sxy3 = Sxz3 = Syz3 = 0; (1)
Ixy1 = Ixz1 = Ixy2 = Ixz2 = Iyz2 = Ixy3 = Ixz3 = 0; (2)
Ix2 = 0; Iy2 = Iz2 = l•Syz2;
Ix1 + 2r2(m2 - l-1•Syz2) - kIx3 = 0, (3)
где Sxyi, Sxzi, Syzi - статические моменты массы i-го звена относительно плоскостей декартовой системы координат (Axyz)i, связанной с i-м звеном; i - номер звена: 1 - кривошип, 2 - шатун, 3 - уравновешивающее звено; Ai - полюс звена: A1 и A3 - центральные точки соответственно кривошипа и уравновешивающего звена, A2 - центр шарнира, соединяющего шатун с кривошипом; оси A1x1 и A3x3 совпадают с осями вращения соответственно кривошипа и уравновешивающего звена, ось A2x2 совпадает с продольной осью шатуна; Ixi, Iyi, Izi, Ixyi, Ixzi, Iyzi - осевые и центробежные моменты инерции массы i-го звена в системе координат (Axyz)i; m2 - масса шатуна, r - длина плеча кривошипа, l - длина шатуна, k - отношение угловой скорости уравновешивающего звена к угловой скорости кривошипа.
Opposite crank-slide mechanism comprises a rack 1 with a straight guide 2, a two-arm crank 3 with a rotation axis 4 fixed on the rack, two identical sliders 5 and 6 installed in the guide 2, two identical connecting rods 7 and 8, a balancing link 9 with an axis fixed relative to the rack rotation 10. Two-armed crank 3 is made in the form of a hollow shaft (the front part of the hollow shaft is not shown in the figure). The central point of the crank 3 coincides with the intersection of the axis 4 and the longitudinal axis of the guide 2. The crank 3, the sliders 5 and 6, the connecting rods 7 and 8 are interconnected by hinges 11, 12, 13, 14, and the hinges 11 and 12 are mounted on the inner surface of the hollow shaft (crank 3) at diametrically opposite points. The balancing link 9 is in contact without slipping with the outer surface of the hollow shaft 3, the movable connection of these links is the highest kinematic pair. The axis of rotation of the crank 4 coincides with the axis A 1 x of the Cartesian coordinate system A 1 xyz associated with the strut 1. The axis 10 of rotation of the balancing link 9 is parallel to the axis of rotation of the crank, the center point A 3 of the balancing link coincides with the intersection point of the axis 10 with the plane A 1 yz . The longitudinal axis of the guide 2 is located in the plane A 1 xy. The circle described by the hinges 11 and 12 is in the plane A 1 yz. The longitudinal axis of the guide 2 intersects the axis of rotation of the crank 4 at an acute angle α.
The parameters of the mass geometry of the mechanism are determined by the following relationships:
S xy1 = S xz1 = S yz1 = S xy2 = S xz2 = S xy3 = S xz3 = S yz3 = 0; (1)
I xy1 = I xz1 = I xy2 = I xz2 = I yz2 = I xy3 = I xz3 = 0; (2)
I x2 = 0; I y2 = I z2 = l • S yz2 ;
I x1 + 2r 2 (m 2 - l -1 • S yz2 ) - kI x3 = 0, (3)
where S xyi , S xzi , S yzi are the static moments of mass of the ith link relative to the planes of the Cartesian coordinate system (Axyz) i associated with the ith link; i - link number: 1 - crank, 2 - connecting rod, 3 - balancing link; A i is the link pole: A 1 and A 3 are the central points of the crank and the balancing link, respectively, A 2 is the center of the hinge connecting the connecting rod to the crank; the axes A 1 x 1 and A 3 x 3 coincide with the rotation axes of the crank and balancing link, respectively, the axis A 2 x 2 coincides with the longitudinal axis of the connecting rod; I xi , I yi , I zi , I xyi , I xzi , I yzi - axial and centrifugal moments of inertia of mass of the i-th link in the coordinate system (Axyz) i ; m 2 is the mass of the connecting rod, r is the length of the crank arm, l is the length of the crank, k is the ratio of the angular velocity of the balancing link to the angular velocity of the crank.

Параметры геометрии масс, не включенные в зависимости (1), (2), (3), назначаются из конструктивных соображений. Mass geometry parameters not included in dependencies (1), (2), (3) are assigned for structural reasons.

Оппозитный кривошипно-ползунный механизм работает следующим образом. При поворачивании кривошипа 3 вокруг оси 4 шарниры 11 и 12 перемещаются по окружности, лежащей в плоскости A1yz. Ползуны 5 и 6 передвигаются по направляющей 2, а уравновешивающее звено 9 поворачивается вокруг оси 10. За полный оборот кривошипа 3 ползуны 5 и 6 сделают по направляющей 2 прямой и обратный ход, звено 9 сделает k оборотов вокруг оси 10. При непрерывном вращении кривошипа 3 ползуны 5 и 6 будут совершать возвратно-поступательное движение вдоль направляющей 2 во взаимно противоположных направлениях, а звено 9 будет вращаться вокруг оси 10 в направлении, противоположном вращению кривошипа.Opposite crank-slide mechanism works as follows. When the crank 3 is rotated around axis 4, the hinges 11 and 12 move along a circle lying in the plane A 1 yz. The sliders 5 and 6 move along the guide 2, and the balancing link 9 rotates around the axis 10. For a full revolution of the crank 3, the sliders 5 and 6 will make a direct and reverse stroke along the guide 2, the link 9 will make k revolutions around the axis 10. With continuous rotation of the crank 3 the sliders 5 and 6 will reciprocate along the guide 2 in mutually opposite directions, and the link 9 will rotate around the axis 10 in the direction opposite to the rotation of the crank.

Выполнение зависимостей (1), идентичность шатунов, идентичность ползунов и геометрическая симметрия оппозитного кривошипно-ползунного механизма относительно центра A1, обеспечивают перевод общего центра масс его звеньев в неподвижную точку, расположенную на отрезке A1A3. В связи с этим главный вектор всех сил инерции механизма равен нулю при любом положении механизма, то есть механизм является статически уравновешенным.The fulfillment of dependences (1), the identity of the connecting rods, the identity of the sliders and the geometric symmetry of the opposite crank-slide mechanism with respect to the center A 1 , ensure the translation of the common center of mass of its links to a fixed point located on the segment A 1 A 3 . In this regard, the main vector of all inertial forces of the mechanism is zero at any position of the mechanism, that is, the mechanism is statically balanced.

Для доказательства условия равенства нулю главного момента сил инерции механизма заменим совокупность сил инерции всех точек каждого шатуна силами инерции двух замещающих точек. Из зависимостей (1) и (2), относящихся к шатуну, следует, что каждый шатун можно считать прямолинейным тонким стержнем. Условия динамического размещения массы звена для такой модели шатуна будут выполнены, если первую замещающую точку с массой l-1•Syz2 поместить в центре шарнира, соединяющего шатун с ползуном, а вторую точку с массой (m2 - l-1•Syz2) - в центре шарнира, соединяющего шатун с кривошипом. После такого размещения масс каждого шатуна определение главного момента сил инерции механизма можно производить при следующих предположениях: шатуны не имеют массы, масса каждого ползуна увеличена на величину массы первой замещающей точки, масса кривошипа увеличена на удвоенную массу второй замещающей точки, при этом центр масс кривошипа находится по-прежнему в центральной точке, а момент инерции кривошипа относительно оси вращения равен
Ix1 + 2r2(m2 - l-1•Syz2).
To prove the condition that the principal moment of the inertia forces of the mechanism equal to zero, we replace the set of inertia forces of all points of each connecting rod with the inertia forces of two replacement points. From dependences (1) and (2) related to the connecting rod, it follows that each connecting rod can be considered as a straight thin rod. The conditions for the dynamic location of the link mass for such a connecting rod model will be satisfied if the first replacement point with mass l -1 • S yz2 is placed in the center of the hinge connecting the connecting rod and the slider, and the second point with mass (m 2 - l -1 • S yz2 ) - in the center of the hinge connecting the connecting rod to the crank. After this arrangement of the masses of each connecting rod, the determination of the main moment of inertia of the mechanism can be made under the following assumptions: the connecting rods have no mass, the mass of each slide is increased by the mass of the first replacement point, the mass of the crank is increased by twice the mass of the second replacement point, and the center of mass of the crank is still at the center point, and the crank moment of inertia relative to the axis of rotation is
I x1 + 2r 2 (m 2 - l -1 • S yz2 ).

Силы инерции ползунов остаются взаимно-уравновешенными и после добавления масс замещающих точек. Поэтому величину главного момента сил инерции механизма будут определять только силы инерции уравновешивающего звена 9 и кривошипа 3 с увеличенной инерционностью. Проекции главного момента сил инерции механизма на оси неподвижной системы координат A1xyz выражаются формулами

Figure 00000002

M ин y = 0, M ин z = 0.
где ε1 и ε3 - угловые ускорения соответственно кривошипа и уравновешивающего звена; остальные величины в этих формулах взяты без изменения из (3).The inertia forces of the sliders remain mutually balanced even after the addition of masses of replacement points. Therefore, the magnitude of the main moment of the inertia forces of the mechanism will be determined only by the inertia forces of the balancing link 9 and the crank 3 with increased inertia. The projections of the main moment of the inertial forces of the mechanism on the axis of the fixed coordinate system A 1 xyz are expressed by the formulas
Figure 00000002

M in y = 0, M in z = 0.
where ε 1 and ε 3 are the angular accelerations of the crank and balancing link, respectively; the remaining quantities in these formulas are taken without change from (3).

Учитывая зависимость (3), а также зависимость между угловыми ускорениями уравновешивающего звена и кривошипа (ε3 = -kε1) получим M ин x = 0. Этот результат в сочетании с приведенными выше формулами ( M ин y = 0, M ин z = 0) позволяет сделать вывод: главный момент сил инерции рассматриваемого механизма равен нулю, то есть механизм удовлетворяет условию моментной уравновешенности. (О статической уравновешенности механизма сказано выше).Given the dependence (3), as well as the dependence between the angular accelerations of the balancing link and the crank (ε 3 = -kε 1 ), we obtain M in x = 0. This result in combination with the above formulas (M in y = 0, M in z = 0) allows us to conclude: the main moment of inertia of the mechanism in question is zero, that is, the mechanism satisfies the condition of momentary equilibrium. (On the static balance of the mechanism mentioned above).

Таким образом, оппозитный кривошипно-ползунный механизм, параметры геометрии масс которого удовлетворяют зависимостям (1), (2), (3), является полностью уравновешенным. Силы инерции звеньев этого механизма взаимно компенсируются. Механизм исключается из числа источников вибраций, передающихся на фундамент машины. Thus, the opposite crank-slider mechanism, the mass geometry of which satisfies the dependencies (1), (2), (3), is completely balanced. The inertia forces of the links of this mechanism are mutually compensated. The mechanism is excluded from the number of vibration sources transmitted to the foundation of the machine.

Использование заявляемого решения позволяет уменьшить виброактивность машинного агрегата, улучшить условия работы обслуживающего персонала, повысить производительность труда. Using the proposed solution allows to reduce the vibration activity of the machine unit, improve the working conditions of the maintenance personnel, and increase labor productivity.

Источники информации
1. Видякин Ю. А. , Добросклонский Е. Б., Кондратьева Т.Ф. Оппозитные компрессоры. - Л.: Машиностроение (Ленинград. отделение), 1979, с. 279.
Sources of information
1. Vidyakin Yu. A., Dobrosklonsky Ye. B., Kondratyeva T.F. Box compressors. - L.: Engineering (Leningrad. Department), 1979, p. 279.

2. Патент РФ N 2085791, 6 F 16 H 21/16, 1997. 2. RF patent N 2085791, 6 F 16 H 21/16, 1997.

3. Артоболевский И.И. Теория механизмов. - М.: Наука, 1965, с. 776. 3. Artobolevsky I.I. Theory of mechanisms. - M .: Nauka, 1965, p. 776.

Claims (1)

Оппозитный кривошипно-ползунный механизм, содержащий стойку с направляющей, установленные в направляющей два идентичных ползуна, двуплечий кривошип в виде полого вала с фиксированной на стойке осью вращения, два идентичных шатуна, каждый из которых шарнирно соединен с соответствующим ползуном и плечом кривошипа, при этом продольная ось направляющей ползунов пересекает ось вращения кривошипа под острым углом в центральной точке кривошипа, а шарниры, связывающие концы шатунов с соответствующими плечами кривошипа, выполнены сферическими и установлены на внутренней поверхности полого вала в диаметрально противоположных точках, отличающийся тем, что с внешней поверхностью полого вала кривошипа контактирует уравновешивающее звено с фиксированной на стойке осью вращения, параллельной оси вращения кривошипа, при этом угловая скорость уравновешивающего звена пропорциональна по величине и противоположна по направлению угловой скорости кривошипа, а параметры геометрии масс звеньев механизма определены зависимостями:
Sxy1 = Sxz1 = Syz1 = Sxy2 = Sxz2 = Sxy3 = Sxz3 = Syz3 = 0; (1)
Jxy1 = Jxz1 = Jxy2 = Jxz2 = Jyz2 = Jxy3 = Jxz3 = 0; (2)
Jx2 = 0; Jy2 = Jz2 = l • Syz2;
Jx1 + 2r2 (m2 - l-1 • Syz2) - k • Jx3 = 0, (3)
где Sxyi, Sxzi, Syzi - статические моменты массы i-го звена относительно плоскостей декартовой системы координат (Axyz)i, связанной с i-м звеном;
i - номер звена: 1 - кривошип, 2 - шатун, 3 - уравновешивающее звено;
Ai - полюс звена: A1 и A3 - центральные точки соответственно кривошипа и уравновешивающего звена, A2 - центр шарнира, соединяющего шатун с кривошипом; оси A1x1 и A3x3 совпадают с осями вращения соответственно кривошипа и уравновешивающего звена, ось A2x2 совпадает с продольной осью шатуна;
Jxi, Jyi, Jzi, Jxyi, Jxzi, Jyzi - осевые и центробежные моменты инерции массы i-го звена в системе координат (Axyz)i;
m2 - масса шатуна;
r - длина плеча кривошипа;
l - длина шатуна;
k - отношение угловой скорости уравновешивающего звена к угловой скорости кривошипа.
Opposite crank-slide mechanism, comprising a rack with a guide, two identical sliders installed in the guide, a two-shoulder crank in the form of a hollow shaft with a rotation axis fixed on the rack, two identical connecting rods, each of which is pivotally connected to the corresponding slide and the crank arm, while the axis of the slide guide intersects the axis of rotation of the crank at an acute angle at the center point of the crank, and the hinges connecting the ends of the connecting rods to the corresponding shoulders of the crank are made spherical and and are installed on diametrically opposite points on the inner surface of the hollow shaft, characterized in that the balancing link is contacted with the external surface of the crank shaft with a rotation axis fixed on the column parallel to the axis of rotation of the crank, while the angular velocity of the balancing link is proportional in magnitude and opposite in magnitude the direction of the angular velocity of the crank, and the parameters of the geometry of the masses of the links of the mechanism are determined by the dependencies:
S xy1 = S xz1 = S yz1 = S xy2 = S xz2 = S xy3 = S xz3 = S yz3 = 0; (1)
J xy1 = J xz1 = J xy2 = J xz2 = J yz2 = J xy3 = J xz3 = 0; (2)
J x2 = 0; J y2 = J z2 = l • S yz2 ;
J x1 + 2r 2 (m 2 - l -1 • S yz2 ) - k • J x3 = 0, (3)
where S xyi , S xzi , S yzi are the static moments of mass of the ith link relative to the planes of the Cartesian coordinate system (Axyz) i associated with the ith link;
i - link number: 1 - crank, 2 - connecting rod, 3 - balancing link;
A i is the link pole: A 1 and A 3 are the central points of the crank and the balancing link, respectively, A 2 is the center of the hinge connecting the connecting rod to the crank; the axes A 1 x 1 and A 3 x 3 coincide with the rotation axes of the crank and balancing link, respectively, the axis A 2 x 2 coincides with the longitudinal axis of the connecting rod;
J xi , J yi , J zi , J xyi , J xzi , J yzi - axial and centrifugal moments of inertia of mass of the i-th link in the coordinate system (Axyz) i ;
m 2 is the mass of the connecting rod;
r is the crank arm length;
l is the length of the connecting rod;
k is the ratio of the angular velocity of the balancing link to the angular velocity of the crank.
RU98120982A 1998-11-23 1998-11-23 Opposite crank-and-slider mechanism RU2148744C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98120982A RU2148744C1 (en) 1998-11-23 1998-11-23 Opposite crank-and-slider mechanism

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98120982A RU2148744C1 (en) 1998-11-23 1998-11-23 Opposite crank-and-slider mechanism

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2148744C1 true RU2148744C1 (en) 2000-05-10

Family

ID=20212518

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98120982A RU2148744C1 (en) 1998-11-23 1998-11-23 Opposite crank-and-slider mechanism

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2148744C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Артоболевский И.И. Курс теории механизмов и машин. - М.: ОГИЗ, Гостехиздат, 1945, с.272 - 288, 357 - 385. Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. - М.: Машиностроение, 1981, с.148. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4628876A (en) Engine balancing system
US4138897A (en) Balanced crankshaft mechanism for the two piston Stirling engine
US5146749A (en) Balancing technique for Ross-type stirling and other machines
CN115791067B (en) High-speed dynamic derivative test mechanism and working method thereof
RU2148744C1 (en) Opposite crank-and-slider mechanism
US4481918A (en) Means for reducing vibration in reciprocating engines
KR900000337B1 (en) Balansor of go and return machine
US4546663A (en) Drive linkage for Stirling cycle and other machines
CN105930592B (en) A kind of prediction technique for the crank link mechanism driving torque considering crank and connecting rod vibration
Sutherland Analytical and Experimental investigation of a high-speed elastic-membered linkage
JP2007120429A (en) Internal combustion engine and compressor
SU1747775A1 (en) Deaxial crank-and-slider mechanism
JPS5852679B2 (en) sewing machine
RU2051303C1 (en) Twin slide-rocker mechanism
KR100719632B1 (en) Balancing method of the reciprocating compressor
Nehemiah DYNAMIC BALANCING OF SLIDER-CRANK MECHANISMS
CN113933189B (en) Loading frequency analysis method of resonant bending fatigue testing machine
SU1724969A1 (en) Hinge parallelogram
Arakelian et al. Complete Shaking Force and Shaking Moment Balancing of Linkages
RU2351765C2 (en) Axial machine spatial conversion mechanism
To Analysis of Dynamic Forces in Machinery
SU592472A1 (en) Cold tube-rolling stand actuating drive
SU1533789A1 (en) Tube cold rolling mill drive
RU2087779C1 (en) Pivot four-link mechanism
Manring Modeling the inertial torque imbalance and foundation forces within an inline internal combustion engine: quantifying the equivalent mass approximation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20081124