уравновешенный механизм качания

Формула изобретения

Уравновешенный механизм качания, содержащий установленное на основании коромысло и узел уравновешивания, имеющий копирную пару и упругий элемент, соединенный одним концом с коромыслом, а другим - посредством рычага с одним звеном копирной пары, отличающийся тем, что он снабжен вторым рычагом, один конец которого шарнирно соединен с коромыслом, а второй установлен с возможностью перемещения по основанию, при этом второе звено копирной пары установлено на втором рычаге.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к колебательной системе с устройством для устранения или уменьшения неуравновешенных сил и может быть использовано в подъемных механизмах с уравновешивающими устройствами.

Известно устройство для уравновешивания подъемной массы качающегося механизма, установленного на основании коромысла (см. патент США 2960010, кл. 89-37), содержащее упругий элемент-пружину растяжения.

Такое устройство не обеспечивает полного уравновешивания, так как закон изменения уравновешивающего момента, созданного пружиной растяжения, отличается от закона изменения момента от веса коромысла. Кроме того, такое устройство не обеспечивает уравновешивания на отрицательных углах поворота коромысла более 10 градусов, а увеличение угла качания коромысла приводит к пропорциональному увеличению габаритов пружины растяжения, а следовательно увеличению габаритов и массы устройства, что ограничивает возможности его применения.

Известно другое устройство для уравновешивания подъемной массы качающегося механизма, установленного на основании коромысла (см. патент США 2993416, кл. 89-37), содержащее упругий элемент-пружину растяжения, соединенную с копиром, установленным на коромысле.

В таком устройстве благодаря наличию копира можно задавать закон изменения уравновешивающего момента. Однако возможности его применения также ограничены по описанным выше причинам.

Наиболее близким к заявляемому и принятым нами за прототип является уравновешенный механизм качания (патент РФ 2093731, МПК F 16 F 15/00), содержащий установленное на основании коромысло и узел уравновешивания, имеющий копирную пару и упругий элемент, соединенный одним концом с коромыслом, а другим, посредством рычага, с одним звеном копирной пары.

Такой механизм имеет более широкие возможности применения, так как уравновешивание обеспечивается в более широком диапазоне угла качания за счет обеспечения уравновешивания при отрицательных углах поворота коромысла, превышающих 10^o. Однако в таком механизме угол качания коромысла также ограничен величиной деформации упругого элемента (например, при применении в качестве упругого элемента торсиона этот угол составляет не более 50^o). Это ограничение усугубляется при расположении упругого элемента на или вблизи оси качания коромысла.

Задачей изобретения является расширение диапазона угла качания коромысла при уменьшении величины деформации упругого элемента.

Поставленная задача решается усовершенствованием уравновешенного механизма качания, содержащего установленное на основании коромысло и узел уравновешивания, имеющий копирную пару и упругий элемент, соединенный одним концом с коромыслом, а другим - посредством рычага, с одним звеном копирной пары.

Это усовершенствование заключается в том, что он снабжен вторым рычагом, один конец которого шарнирно соединен с коромыслом, а второй установлен с возможностью перемещения по основанию, при этом второе звено копирной пары установлено на втором рычаге.

Снабжение механизма вторым рычагом и установка второго звена копирной пары на этом рычаге позволяет при повороте коромысла повернуть оба конца упругого элемента (один конец поворачивается вместе с коромыслом, а второй - посредством второго рычага на угол, меньший угла качания коромысла) и таким образом обеспечить при повороте коромысла меньшую величину деформации упругого элемента. В случае расположения упругого элемента-торсиона на оси качания коромысла этот эффект проявляется больше всего, так как при этом один конец торсиона поворачивается на угол, равный углу качания коромысла.

Изобретение объясняется чертежом, где изображена схема предлагаемого механизма. На фиг.1 - вариант с упругим элементом-торсионом, расположенным на оси качания коромысла, и копиром, расположенным на втором рычаге; на фиг.2 - вариант с упругим элементом-торсионом, расположенным вблизи оси качания коромысла, и роликом копирной пары, расположенным на втором рычаге; на фиг.3 - вариант с упругим элементом-пружиной растяжения и копиром, расположенным на втором рычаге.

Уравновешенный механизм качания содержит основание 1, на котором посредством оси 2 установлено коромысло 3 с узлом уравновешивания, который включает упругий элемент 4, выполненный в виде торсиона (фиг.1, 2) и в виде пружины (фиг. 3), который соединен посредством рычага 5 со звеном копирной пары-роликом 6 (фиг.1, 3) или копиром 7 (фиг.2). Второе звено копирной пары-копир 7 (фиг.1, 3) или ролик 6 (фиг.2) расположены на втором рычаге 8, один конец которого шарниром 9 соединен с коромыслом 3, а второй установлен с возможностью перемещения посредством ролика 10 по основанию 1. Рычаги 5 и 8 образуют между собой острый угол . Для обеспечения требуемого закона перемещения рычага 8 участок 11 поверхности основания 1, по которому перемещается ролик 10, (фиг.1) может быть выполнен криволинейным.

Уравновешенный механизм качания работает следующим образом.

В исходном положении коромысла 3 (на угле , близком к 90^o) упругий элемент-торсион 4 (фиг. 1, 3) или пружина 4 (фиг.2) находятся в предварительно напряженном состоянии. При этом момент от реакции R взаимодействия звеньев копирной пары-ролика 6 и копира 7, определяемый выражением М=Rh (где h - плечо реакции R), равен или близок по величине и противоположен по направлению моменту от веса Q коромысла 3, определяемому выражением M_к=QH, где H - плечо силы Q.

При повороте коромысла 3 на оси 2 конец упругого элемента, закрепленный на коромысле 3 поворачивается вместе с ним. Второй конец упругого элемента 4, закрепленный на рычаге 5, поворачивается вместе с концом рычага 5, перемещение которого определяется формой поверхности копира 7 и положением рычага 8. Один конец рычага 8 перемещается вместе с коромыслом 3 и посредством шарнира 9 поворачивается относительно него, его второй конец при этом перемещается по основанию 1, в результате чего происходит поворот рычага 5 относительно коромысла 3, уменьшающий угол поворота конца упругого элемента 4, закрепленного на рычаге 5. За счет разницы в углах поворота концов упругого элемента 4 происходит дополнительное его закручивание на угол, меньший угла поворота коромысла 3, а аккумулируемая упругим элементом 4 энергия через рычаг 5 и копирный узел (ролик 6 и копир 7) передается уравновешиваемому объекту - коромыслу 3. При этом ролик 6 (фиг.1, 3) или копир 7 (фиг.2) обкатывается по копиру 7 (или по ролику 6), возникающая реакция взаимодействия ролика 6 и копира 7 создает момент M_у, противоположно направленный моменту М_к от веса коромысла 3, обеспечивая его уравновешивание на всем диапазоне углов качания коромысла.

Применение предложенного уравновешенного механизма качания позволяет обеспечить расширение диапазона угла качания коромысла при уменьшении величины деформации упругого элемента.