RU2479768C1

RU2479768C1 - Reversing slider-crank mechanism

Info

Publication number: RU2479768C1
Application number: RU2011146798/11A
Authority: RU
Inventors: Роберт Дмитриевич Сухих; Владимир Павлинович Грязев
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2013-04-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: reversing slider-crank mechanism includes a base with a guide. A slide that is connected to a piston-rod is connected to the guide in a movable manner. A bell crank is introduced with a base into a rotational kinematic pair and with a piston-rod to a screw kinematic pair, the axes of which are parallel. The mechanism includes a bell crank rotation direction changing device. A movable connection of the slide to the guide is made in the form of kinematic pair with movability from two to five and with possibility of being offset in the direction of axis of screw kinematic pair.

EFFECT: enlarging functional capabilities of the mechanism and improving its reliability.

2 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для передачи и преобразования движения и сил, в частности, к механизмам, преобразующим вращение кривошипа в сложное движение ползуна.The invention relates to devices for transmitting and converting motion and forces, in particular, to mechanisms that convert the rotation of the crank into the complex movement of the slider.

Известен реверсивный кривошипно-ползунный механизм, содержащий основание с направляющей, подвижно связанный с ней ползун, который соединен с шатуном, а также кривошип, введенный с основанием и с шатуном в одноподвижные вращательные (шарнирные) кинематические пары, оси которых параллельны (Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. - М.: Наука, 1979. - Т.2, с.75, рис.976). Подвижная связь ползуна с направляющей здесь выполнена в виде одноподвижной поступательной кинематической пары, соединение ползуна с шатуном - в виде одноподвижной вращательной (шарнирной) кинематической пары. Параллельные оси всех вращательных кинематических пар (шарниров) выполнены ортогональными направляющей одноподвижной поступательной кинематической пары. Кинематические возможности этого механизма ограничены прямолинейным возвратно-поступательным характером перемещения ползуна по направляющей.A reversible crank-slide mechanism is known, comprising a base with a guide, a slider movably connected to it, which is connected to the connecting rod, and also a crank inserted with the base and the connecting rod into one-moving rotary (articulated) kinematic pairs whose axes are parallel (Artobolevsky I.I. Mechanisms in modern technology. - M .: Nauka, 1979. - Vol. 2, p. 75, Fig. 976). The movable connection of the slider with the guide here is made in the form of a one-moving translational kinematic pair, the connection of the slider with the connecting rod - in the form of a one-moving rotational (articulated) kinematic pair. The parallel axes of all rotational kinematic pairs (hinges) are made orthogonal to the guide of a single-moving translational kinematic pair. The kinematic capabilities of this mechanism are limited by the rectilinear reciprocating nature of the slide moving along the guide.

Наиболее близким к заявляемому устройству является реверсивный кривошипно-ползунный механизм, содержащий основание с направляющей, подвижно связанный с ней ползун, который соединен с шатуном, а также кривошип, введенный с основанием во вращательную (шарнирную), а с шатуном - в винтовую кинематическую пару, оси которых параллельны, и устройство изменения направления вращения кривошипа (SU №1404712, F16H 21/20, опубл. 23.06.88, бюл. №23). Подвижная связь ползуна с направляющей в этом механизме также выполнена в виде одноподвижной поступательной кинематической пары. Ползун соединен с шатуном шарниром. Винтовая кинематическая пара в этом механизме развита с помощью шарнира до винтошарнирного кинематического соединения. Вращательные кинематические пары (шарниры) с параллельными осями здесь выполнены также ортогональными направляющей одноподвижной поступательной кинематической пары. Вне зависимости от внешнего вида и очертаний к ползунам, в общем случае, относят звенья, образующие с направляющей кинематические пары, допускающие хотя бы одно поступательное смещение. Также и к шатунам относят звенья, входящие в кинематические пары только с подвижными звеньями. Кинематические возможности этого механизма расширены за счет наложения на прямолинейное возвратно-поступательное движение ползуна по направляющей дополнительного поступательного продольного перемещения. Однако возможности и этого механизма ограничены из-за того, что перемещение ползуна по направляющей происходит только по линии, перпендикулярной оси вращения кривошипа.Closest to the claimed device is a reversible crank-slide mechanism containing a base with a guide, a slider movably connected to it, which is connected to the connecting rod, and a crank inserted with the base into the rotary (articulated), and with the connecting rod into the helical kinematic pair, whose axes are parallel, and a device for changing the direction of rotation of the crank (SU No. 1404712, F16H 21/20, publ. 23.06.88, bull. No. 23). The movable connection of the slider with the guide in this mechanism is also made in the form of a one-moving translational kinematic pair. The slider is connected to the connecting rod by a hinge. The helical kinematic pair in this mechanism is developed by means of a hinge to a screw-hinged kinematic connection. Rotational kinematic pairs (hinges) with parallel axes here are also made orthogonal to the guide of a single-moving translational kinematic pair. Regardless of the appearance and shape, the sliders, in the general case, include links that form kinematic pairs with a guide that allow at least one translational displacement. Also, connecting rods include links that are part of kinematic pairs with only movable links. The kinematic capabilities of this mechanism are expanded by superimposing on the rectilinear reciprocating motion of the slider along the guide of the additional translational longitudinal movement. However, the possibilities of this mechanism are limited due to the fact that the slide moves along the guide only along the line perpendicular to the axis of rotation of the crank.

Задача, на решение которой направлено изобретение, - расширение функциональных возможностей механизма за счет наложения на основное движение ползуна его поперечного смещения параллельно оси вращения кривошипа.The problem to which the invention is directed is to expand the functionality of the mechanism by superimposing on the main movement of the slider its lateral displacement parallel to the axis of rotation of the crank.

Технический результат достигается тем, что в реверсивном кривошипно-ползунном механизме, содержащим основание с направляющей, подвижно связанный с ней ползун, который соединен с шатуном, а также кривошип, введенный с основанием во вращательную, а с шатуном - в винтовую кинематическую пару, оси которых параллельны, и устройство изменения направления вращения кривошипа, подвижная связь ползуна с направляющей выполнена в виде кинематической пары с подвижностью от двух до пяти и с возможностью смещения в направлении оси винтовой кинематической пары. В частности, в реверсивном кривошипно-ползунном механизме соединение шатуна с ползуном выполнено неподвижным, а подвижная связь ползуна с направляющей - в виде кинематической пары с подвижностью от четырех до пяти.The technical result is achieved by the fact that in a reversible crank-slide mechanism containing a base with a guide, a slider movably connected to it, which is connected to the connecting rod, as well as a crank inserted with the base into the rotational, and with the connecting rod into the helical kinematic pair, the axes of which are parallel, and the device changes the direction of rotation of the crank, the movable connection of the slider with the guide is made in the form of a kinematic pair with mobility from two to five and with the possibility of displacement in the direction of the axis of the helical kinematic Coy pair. In particular, in the reverse crank-slide mechanism, the connecting rod with the slider is fixed, and the movable connection of the slider with the guide is in the form of a kinematic pair with mobility from four to five.

Новыми по сравнению с прототипом в предложенном устройстве являются:New in comparison with the prototype in the proposed device are:

новые формы выполнения связи между элементами:new forms of performing communication between elements:

подвижная связь ползуна с направляющей выполнена в виде кинематической пары с подвижностью от двух до пяти и с возможностью смещения в направлении оси винтовой кинематической пары;the movable connection of the slider with the guide is made in the form of a kinematic pair with mobility from two to five and with the possibility of displacement in the direction of the axis of the helical kinematic pair;

в частности, соединение шатуна с ползуном выполнено неподвижным;in particular, the connecting rod with the slider is fixed;

в частности, подвижное соединение ползуна с направляющей выполнено в виде кинематической пары с подвижностью от четырех до пяти.in particular, the movable connection of the slider with the guide is made in the form of a kinematic pair with mobility from four to five.

Таким образом, по мнению авторов, предложение является новым по сравнению с прототипом, так, как оно неизвестно из уровня техники.Thus, according to the authors, the proposal is new in comparison with the prototype, as it is unknown from the prior art.

Предложение, по мнению авторов, имеет изобретательский уровень, так как оно для специалистов явным образом не следует из уровня техники и не может быть разработано с использованием известных методов, методик, правил и приемов расчета, проектирования и конструирования машин и их механизмов.The proposal, according to the authors, has an inventive step, since it does not explicitly follow from the prior art for specialists and cannot be developed using well-known methods, techniques, rules and techniques for calculating, designing and constructing machines and their mechanisms.

Предложенное техническое решение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1-4 представлены структурные схемы некоторых выполнений механизма реверсивного кривошипно-ползунного с шатуном, соединенным с ползуном, при разном выполнении подвижной связи ползуна с направляющей; на фиг.5-9 - то же, с шатуном, соединение которого с ползуном выполнено неподвижным, а подвижная связь ползуна с направляющей - в виде кинематической пары с подвижностью от четырех до пяти.The proposed technical solution is illustrated by drawings, in which Figs. 1-4 show structural diagrams of some embodiments of a reverse crank-slide mechanism with a connecting rod connected to the slide, with different execution of the movable connection of the slide with the guide; figure 5-9 - the same with the connecting rod, the connection of which with the slider is made stationary, and the movable connection of the slider with the guide is in the form of a kinematic pair with mobility from four to five.

Согласно предложению (фиг.1-9) реверсивный кривошипно-ползунный механизм содержит основание 1 с направляющей 2. С ней подвижно связан ползун 3, с которым соединен шатун 4. Кривошип 5 механизма введен с основанием 1 во вращательную 6, а с шатуном 4 - в винтовую 7 кинематические пары, оси которых параллельны. Кроме того, механизм содержит устройство 8 изменения направления вращения кривошипа 5 одного из известного выполнения. Подвижная связь ползуна 3 с направляющей 2 выполнена в виде кинематической пары с подвижностью от двух до пяти и с возможностью смещения в направлении оси винтовой кинематической пары 7: на фиг.1 и 2 - в двухподвижную цилиндрическую кинематическую пару 9; на фиг.3 - в трехподвижную плоскостную кинематическую пару 10; на фиг.4 и 5 - в четырехподвижную кинематическую пару 11 типа "поперечный цилиндр на плоскости" и на фиг.6 - в пятиподвижную точечную ("шар на плоскости") кинематическую пару 12. Соединение 13 шатуна 4 с ползуном 3 выполнено в виде кинематической пары одного из известных видов: или шарнирной (см. фиг.1, 4 и др.), или поступательной (см. фиг.2), или винтовой и пр. В частности, в реверсивном кривошипно-ползунном механизме соединение 13 ползуна 3 с шатуном 4 выполнено неподвижным с помощью скрепления одного из известных видов. Подвижная связь ползуна 3 с направляющей 2 выполнена в виде кинематической пары с подвижностью от четырех до пяти (на фиг.7 и 8 в четырехподвижную кинематическую пару 11 типа "поперечный цилиндр на плоскости" и на фиг.9 - в пятиподвижную точечную ("шар на плоскости") кинематическую пару 12).According to the proposal (Figs. 1-9), the reversible crank-slide mechanism comprises a base 1 with a guide 2. Slider 3 is movably connected to it, to which the connecting rod 4 is connected. The crank 5 of the mechanism is inserted with the base 1 into the rotary 6, and with the connecting rod 4 - screw 7 kinematic pairs whose axes are parallel. In addition, the mechanism comprises a device 8 for changing the direction of rotation of the crank 5 of one of the known embodiments. The movable connection of the slider 3 with the guide 2 is made in the form of a kinematic pair with mobility from two to five and with the possibility of displacement in the direction of the axis of the helical kinematic pair 7: in figures 1 and 2 - in a bi-movable cylindrical kinematic pair 9; figure 3 - in a three-moving planar kinematic pair 10; figure 4 and 5 - in a four-moving kinematic pair 11 of the type "transverse cylinder in the plane" and figure 6 - in a five-moving point ("ball on the plane") kinematic pair 12. The connection 13 of the connecting rod 4 with the slider 3 is made in the form of a kinematic pairs of one of the known types: either articulated (see Fig. 1, 4, etc.), or translational (see Fig. 2), or screw, etc. In particular, in a reversed crank-slide mechanism, the connection 13 of the slide 3 s the connecting rod 4 is made stationary by fastening one of the known types. The movable connection of the slider 3 with the guide 2 is made in the form of a kinematic pair with mobility from four to five (in Figs. 7 and 8 in a four-moving kinematic pair 11 of the type "transverse cylinder on the plane" and in Fig. 9 - in a five-moving point ("ball on plane ") kinematic pair 12).

Предложенный реверсивный кривошипно-ползунный механизм (см. фиг.1-9) работает следующим образом. Приводя во вращение кривошип 5 относительно основания 1 в их кинематической паре 6 через шатун 4, введенный с кривошипом 5 в кинематическую пару 7, а с ползуном 3 - в кинематическую пару 15, этот ползун 3 приводят в движение. Кинематическая пара 9, или 10, или 11, или 12, образованная ползуном 3 с направляющей 2, обуславливает сложный характер его движения, при котором на его основное перемещение в плоскости, перпендикулярной оси винтовой кинематической пары, накладывают дополнительное поперечное перемещение в направлении, параллельном оси этой кинематической пары. При достижении ползуном 3 крайнего положении с помощью устройства 8 изменяют направление вращения кривошипа 5 и осуществляют движение ползуна 3 в противоположном направлении. Разное выполнение подвижной связи ползуна 3 с направляющей 2 обеспечивает требуемое по разным соображениям количество избыточных связей механизма: так, при выполнении кинематической пары 9 двухподвижной количество избыточных связей равно 3, при выполнении кинематической пары 10 трехподвижной - 2, при выполнении кинематической пары 11 четырехподвижной - 1 и при выполнении кинематической пары 12 пятиподвижной - 0. В частности, при выполнении соединения шатуна 4 с ползуном 3 неподвижным работу осуществляют аналогично описанному выше с меньшими потерями энергии на трение и при большой надежности действия за счет уменьшения количества звеньев и кинематических пар в механизме.The proposed reverse crank-slide mechanism (see figure 1-9) works as follows. Bringing the crank 5 relative to the base 1 in their kinematic pair 6 into rotation through the connecting rod 4, inserted with the crank 5 into the kinematic pair 7, and with the slider 3 into the kinematic pair 15, this slider 3 is set in motion. The kinematic pair 9, or 10, or 11, or 12, formed by the slider 3 with the guide 2, determines the complex nature of its movement, in which an additional lateral movement in a direction parallel to the axis is imposed on its main movement in a plane perpendicular to the axis of the helical kinematic pair this kinematic pair. When the slider 3 reaches its extreme position with the help of the device 8, the direction of rotation of the crank 5 is changed and the slider 3 is moved in the opposite direction. Different execution of the movable connection of the slider 3 with the guide 2 provides the number of excess connections of the mechanism required for various reasons: for example, when kinematic pair 9 is bi-movable, the number of excess bonds is 3, when kinematic pair 10 is three-movable, 2, when kinematic pair 11 is four-movable, 1 and when performing the kinematic pair 12 of the five-moving one, 0. In particular, when connecting the connecting rod 4 to the slider 3 stationary, the operation is carried out similarly to that described above with smaller teryami frictional energy and high reliability of action by reducing the number of units and the kinematic pairs of the mechanism.

При предложенном выполнении механизма по сравнению с прототипом его возможности передавать и преобразовывать движение и силы существенно расширяются.With the proposed implementation of the mechanism in comparison with the prototype, its ability to transmit and transform motion and forces are significantly expanded.

Предложенный реверсивный кривошипно-ползунный механизм выполнен организацией-заявителем в нескольких вариантах. При испытаниях он продемонстрировал свою работоспособность и возможность достижения технического результата. Таким образом, предложение, по мнению авторов, имеет промышленную применимость.The proposed reverse crank-slide mechanism is made by the applicant organization in several versions. During testing, he demonstrated his efficiency and the ability to achieve a technical result. Thus, the proposal, according to the authors, has industrial applicability.

Claims

1. Reversible crank-slide mechanism, comprising a base with a guide, a slider movably connected to it, which is connected to the connecting rod, and a crank inserted with the base into the rotational, and with the connecting rod into the helical kinematic pair, the axes of which are parallel, and the change device the direction of rotation of the crank, characterized in that the movable connection of the slider with the guide is made in the form of a kinematic pair with mobility from two to five and with the possibility of displacement in the direction of the axis of the helical kinematic pair.

2. Reversible crank-slide mechanism according to claim 1, characterized in that the connecting rod with the slider is fixed, and the movable connection of the slider with the guide is in the form of a kinematic pair with mobility from four to five.