В работе [1] обоснована принципиально новая структурная схема кривошипно-ползунного механизма, в которой шатун 2 соединяется с ползуном 4 через дополнительно введенное звено 3 (рис. 1), при этом геометрическая ось шарнира, соединяющего дополнительное звено с ползуном, совмещена с центром сферической пары, соединяющей шатун с дополнительным звеном. Такой механизм становится квазиплоским.
Под квазиплоским будем понимать механизм, кинематические пары в котором располагаются в пространстве, дозволяющем звеньям совершать сложные движения, близкие к плоским, на этом основании считаем, что при кинетостатическом исследовании такого механизма можно применять методику силового расчета, используемую для плоских систем. Покажем определение реакций в кинематических парах механизма в положении, приведенном на рис. 1.
Рис. 1. Квазиплоский кривошипно-ползунный механизм
Выделим квазиплоскую структурную группу нулевой подвижности с действующими на нее внешними силами, приложенными в соответствующих точках (рис. 2), заменяя связи в кинематических парах В и С их реакциями.
Рис. 2. Силовой анализ квазиплоской группы звеньев 2-4
Составим для звена 2 уравнение суммы моментов относительно точки С
(1)
Далее, из условия равновесия сил, приложенных к группе звеньев 2-4,
(2)
(рис. 3 а).
Рис. 3. План сил: a) для группы звеньев 2-4; b) для звена 2; c) для ведущего звена
После этого становится возможным найти реакцию в точке C (
) из условия равновесия сил, действующих на звено 2 (рис. 3, b ).
(3)
Рассмотрим теперь дополнительное звено 3 (рис. 4). Составим для него условие равновесия сил, действующих по осям Х и Y и сумму моментов относительно точки C.
Рис. 4. Силовой анализ дополнительного звена
(4)
Плечо приложения силы R40, определится из уравнения суммы моментов сил относительно точки С для звена 4
(5)
Для нахождения реакции в точке A (рис. 5) составим уравнение суммы сил для звена 1 (рис. 3, с). Для определения уравновешивающего момента составим сумму моментов относительно точки В
Рис. 5. Силовой анализ ведущего звена
Таким образом, кривошипно-ползунный механизм в квазиплоском исполнении оказывается вполне кинетостатически разрешимым.