Гидропривод вращательного действия

 

Использование: в машиностроении, в приводах машин, в частности в механизмах поворота промышленных роботов. Сущность изобретения: гидропривод содержит цилиндр (Ц) 1, размещенный в нем с образованием двух рабочих камер поршень (П) 2, систему 10 подачи и отвода рабочей среды, зубчатые рейки (Р) 4, установленные с возможностью перемещения и поочередного взаимодействия с зубчатым колесом (К) 5, и подвижные упоры (У) 6. Гидропривод снабжен направляющими (Н) 3, размещенными в пазах штока Л 2 и жестко связанными с Р 4. П 2 установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения совместно с Р 4. В рабочих камерах выполнены отверстия 9,11, подключенные к системе 10. Причем отверстия 9 расположены на уровне нижних, а 11 - на уровне верхних мертвых точек. Приводы У 6 выполнены в виде цилиндров 8 с мембранами 7. соединенными с У б. Варьируя подключение рабочих камер и подмембранных полостей Ц 8, можно обеспечить вращение К 5 и связанного с ним вала отбора мощности как по часовой стрелке , так и против нее. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

„„50„„1756662 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (й)5 F 15 В 15/06, F 16 Н 39/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (Я

Изобретениеотносится кмашинострое- подаче рабочей среды в камеры цилиндров ©, нию, вчастности к приводам машин,,и . : шток с рейкой совершает возвратно-посту- О может быть использовано в механизмах "по-: - пательное движение. При каждом реверсе О ворота промышленных роботов,: шток производит однтовременное переклю- .

Известен привод вращательного дейст- чение вспомогательных цилиндров муфт, В вил, содержащий закрепленное на валу зуб- результате зтото шестерйи поочередно вво- )» чатое колесо, с которым входят в дятся в зацепление с рейкой, что обеспечи- . а зацепление две диаметрально противопо-: вает вращение вала в одноМ направлении ложные шестерни, кинематически связан- (см. заявку Японии hL 60-56101, кл, F 01 В ные через муфты одностороннего действия; —. 9/04, заявлено 06,09.83; M. 58-164866; опубуправляемые вспомогательными цилиндра- лик 01,04.85). ми с соответствующими ведомыми шестер- Недостаткамиданйоготпривода являютнями. Последние взаимодействуют с ся: зубчатой рейкой, жестко соединенной со — сложностьконструкциии, какследстштоком пневмоцилиндра. При поочередной вие, низкая надежность устройства; (21} 4806834/29 (22) 27,03.90 (46) 23.08.92. 6юл, М 31 (71) Краматорскикй научно-исследовательский и проектно-технологический институт машиностроения (72) Л.B. Долгов, А.В, Лисицын, В.И. Гармаш, С,И, Дротик, П.М, Передерий и А.Е;, Онищенко (56) Авторское свидетельство СССР

М 1513251, кл. F 15 В 15/06, 1987. (54) ГИДРОПРИВОД (57) Использование; в машиностроении, в приводах машин, в частности в механизмах поворота промышленных роботов. Сущность изобретения; гидропривод содержит цилиндр(Ц) 1, размещенный в нем с образо: ванием двух рабочих камер поршень (П) 2, . систему 10 подачи и отвода рабочей среды, 2 . зубчатые рейки (Р) 4, установленные с возможностью перемещения и поочередного взаимодействия с зубчатым колесом (К) 5, и подвижные упоры (У) 6; Гйдропривод снаб-. жен направляющими (Н) 3, размещенными в пазах штока П 2 и жестко связанными с P

4. П 2 установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещенйя совместно с P 4. В рабочих камерах выполнены отверстия 9, 11, подключейные к системе 10.

Причем отверстия 9 расположены на уровне нижних, а 11 — на уровне верхних мертвых точек, Приводы У 6 выполнены в виде цилин-, дров 8 с мембранами 7, соединенными с У

6. Варьируя подключение рабочих камер и подмембранных полостей. Ц 8, можно обеспечить вращение К 5 и связанного с ним вала отбора мощности как по часовой стрелке, так и против нее. 1 з,п. ф-лы, 1 ил.

1756662 — невысокий КПД в результате потерь мощности в промежуточной зубчатой передаче; — ограниченное быстродействие, так как в рабочий цикл входит время срабатывания муфт, управляемых цилиндрами.

Известен привод вращательного действия, содержащий корпус с установленным блоком цилиндров с плунжерами, которые снабжены зубчатыми рейками, взаимодействующими с зубчатым колесом. закрепленным на валу, и устройство для взаимного перемещения блока цилиндров и зубчатого колеса (см, а. с. СССР ¹ 735821, кл. F 03 С

1/06, F 15 В 15/06).

По сравнению с предыдущим этот привод имеет более высокий КПД и быстродействие, что обеспечивается отсутствием промежуточных зубчатых передач и управляемых муфт.

Однако недостаток данного привода заключается в его сложности и громоздкости, связанной с применением двух цилиндров с плунжерами. Эта конструкция не позволяет гарантировать синхронную работу плунжерам. Рассогласование в их совместной работе влечет неравномерность вращения выходного вала и резкие перепады крутящего момента.на выходе.

Известен также привод вращательного действия, содержащий основание, зубчатые рейки, связанные с поршнем силового цилиндра и расположенные по обе стороны зубчатого колеса с возможностью поочередного взаимодействия с ним, переключающий цилиндр, связанный с корпусом силового цилиндра, и вилку, шарнирно установленную на основании, в которой с возможностью продольного перемещения размещены зубчатые рейки. При этом поршень переключающего цилиндра жестко закреплен на основании, а его корпус шарнирно соединен с корпусом силового цилиндра, который шарнирно установлен на основании(см. а. с. СССР N 1224471., кл.

F t5 В 15/06}.

Ось силового цилиндра под действием переключающего цилиндра осуществляет качательное движейие, тем самым поочередно вводя в зацепление с зубчатым колесом одну из реек, выполняя возвратно-поступательное движение, взаимодействующая с колесом рейка поворачивает его на определенный угол, предопределяемый ходом поршня, К недостаткам данного устройства следует отнести; — низкую работоспособность и долговечность, так как невозможно обеспечить и низкая надежность, обусловленные не30 прерывным изменением пятна контакта и зазоров в зубчатом зацеплении ввиду сложносогласованного движения зубчатой рейки относительно колеса (поступательное перемещение и поворот относительно точки шарнирного закрепления штока), Закрепление реек на корпусе цилиндра, находящегося в движении, влечет за собой увеличение подвижных масс, а следовательно, и сил инерции. Все это ухудшает условия работы

40 зубчатых передач, ведет к их быстрому износу и тем самым снижает долговечность привода в целом, Более того, использование в переключающем устройстве ряда механически взаимодействующих элементов (стержня, упоров, лысок на зубчатых рейках), которые изнашиваются в процессе работы, приводит к рассогласованию рабочих движений и в конечном итоге также снижает эксплуатационные характеристики привода.

Подача рабочей среды к находящемуся в движении цилиндру требует специальных конструктивных решений устройств для ее подвода, дополнительно снижая надежность привода в целом, Таким образом, проблема состоит в том, чтобы создать гидропривод вращения, который благодаря улучшению параметров зацепления зубчатая рейка - колесо, уменьшению сил инерции и отказа от меха5

25 нормальное зацепление между зубьями колеса и консольно закрепленной рейки; — невысокие динамические параметры работы устройства (точность восп роизведения заданного закона движения, быстроходность и т, д.) и малая нагрузочная способность;

Наиболее близким к заявляемому приводу по технической сущности и достигаемому эффекту при эксплуатации является гидропривод; устройство которого представлено в авторском свидетельстве СССР

¹ 1513251, кл. F 16 В 15/06.

Известное устройство содержит цилиндр с поршнем и штоком, подключенный к системе подачи и отвода рабочей среды; зубчатые рейки, закрепленные параллельно на подвижном элементе цилиндропоршневой группы; зубчатое колесо, установленное на валу и расположенное между зубчатыми рейками с возможностью поочередного взаимодействия; переключающее устройство, Известное устройство, так же как и заявленное, отличается от описанных аналогов простотой конструкции и лучшими динамическими характеристиками

Вместе с тем недостатками этого устройства являются его малая долговечность

1756662

6 нически взаимодействующих элементов уп- рый совершает движение по сложной траекравления имел бы большую надежность и тории; переключающее устройство содердолговечность, Такой привод должен иметь жит значительное число механически воэможность установки в узлах промыш- контактирующих элементов, подверженных ленных роботов и манипуляторов, т. е, быть 5 износу, довольно компактным и ймеющим большой Заявляемое техническое решение обларесурс времени наработки на отказ. дает новыми существенными признаками, Цель изобретения — упрощение конст- благодаря которым упрощается конструкрукции и повышение надежности гидропри- ция гидропривода и повышается его надежвода вращательногодействия. 10 ность. Таким образом, предлагаемое

Использование заявляемого гидройри- устройство обеспечивает положительный вода вращательного действия благодаря со-. эффект эа счет наличия у него свойств, кото-. вокупности существенных признаков, рые не были присущи прототипу. указанных в формуле изобретения, обеспе- Поставленная цель достигается тем, что чивает получение эффекта, являющегося 15 гидропривод вращательного действия, соцелью изобретения, т. е. упрощение конст- держащий цилиндр, поршень со штоком, рукции и повышение надежности. ": размещенный в цилиндре с образованием

Существенными признаками заявляв- двух рабочих камер; систему подачи и отвомого технического решения, общими с су.-. да рабочей среды: зубчатые рейки, установщественными признаками устройства, 20 ленные параллельно с возможностью принятого за прототип, являются подклю- совместногоперемещениявдольосицилинченная к системе подачи и отвода рабочей дра и перпендикулярно ей; зубчатое колесо, среды цилиндропоршневая группа со што- расположенное между рейками с возможноком; зубчатые рейки параллельно закреп- стью поочередного взаимодействия с ними, ленные на подвижном элементе 25 и подвижные упоры, снабженные приводацилиндропоршневой группы; зубчатое ко- ми, которые установлены снаружи реек с лесо, расположенное между зубчатыми рей- возможностью поочередного взаимодейстками и имеющее возможноСть вия с ними, причем в рабочих камерах выпоочередного взаимодействия с ними; по- полнены отверстии, подключенные к движные упоры, снабженные приводами и 30 системе подачи и отвода рабочей среды, установленные снаружи реек с возможно- снабжен направляющими, в штоке выполстью силового взаимодействия с ними; в нены пазы, направляющие размещены в рабочих камерах цилиндров выполйены от- этих пазах и жестко Связаны с зубчатыми

eepcTw, подключенные к системе подачи и рейками, а поршень со штоком установлен отвода рабочей среды.. 35 с возможностью возвратно-поступательноНовыми существенными признаками го перемещения Совместйо с рейками. заявляемого технического решения являют- Выполнение устройства с совокупнося: снабжение гидропривода направляющи- стью признаков, указанных в и. 1 формулы ми," в штоке выполнены пазы ; изобретения, позволяет за счет обеспеченаправляющие размещены в этих йазах и 40 ния лучших условий работы зубчатого зажестко связаны с зубчатыми рейками; пор- цепления (в частности, постоянства пятна шень со штоком установлен с возможно- контакта и уменьшения зазоров), снижения возвратно-поступательного сил инерции, действующих на несущие конперемещения совместно с рейками. структивные элементы, уменьшения числа

В устройстве, принятом за прототип, 45 механически взаимодействующих деталей, цилиндропоршневая группа закреплейа упростить конструкцию и повысить ее нашарнирно и одновременно совершает воз- дежность. вратно-поступательное и поворотное дви- . Упомянутые в и, 1 формулы подвижные жения. Тем самым зубчатая рейка вводится упоры предназначены для координировави выводится в зацепление с колесом, при 50 ноговведения вэацеплениезубчатой рейки этом пятно контакта непрерывно измейяет- и колеса в соответствии с направлением ся. Последнее отрицательно влияет на" на- движения поршня. Их привод может быть дежность и долговечность мехаиизма. выполнен в виде какого-либо технического

Отрицательное значение имеют для надеж- решения, обеспечивающего движейие упо,ности и долговечности также следующие, 55 ра, перемещающего зубчатую рейку в насвойственные данному устройству, особен- правлении колеса, в момент достижения ностия. закрепление зубчатых реек на по- поршнем крайней мертвой точки. движном корпусе цилиндра, что Наиболее эффективныМ является исзначительно увеличивает инерционнй8 сй- пользование для этой цели устройства и лы и и, ме; подвод рабочеи среды к цилиндру, кото- ющего совокупность признаков, которые

175 6662

10

35 происходит очередное соответствующее пе45 реключение подачи и отвода рабочей среды к противоположной рабочей камере цилин50 указаны в и. 2 формулы. При этом в рабочих камерах цилиндра выполняются дополнительные отверстия, приводы упоров выполнены в виде цилиндров с мембранами, соединенными с упорами, причем подмембранные полости этих цилиндров сообщены с рабочими камерами и с системой подачи и отвода рабочей среды посредством дополнительных отверстий, причем последние расположены на уровне нижних мертвых точек поршня, соответствующих максимальным объемам рабочих камер. Это техническое решение отличается простотой и минимальным количеством механически взаимодействующих элементов, что, в свою очередь, увеличивает надежность гидропривода вращательного действия в целом.

На чертеже изображено устройство гидропривода вращательного действия.

Гидропривод содержит цилиндр 1 с двумя рабочими камерами, в которых размещены поршни со штоком 2, В каждом из штоков выполнен паз, в котором с возможностью продольного перемещения размещена направляющая 3, Последние жестко связаны с параллельными зубчатыми рейками 4, Между рейками 4 с возможностью вращейия установлено зубчатое колесо 5, закрепленное на выходном валу привода.

Расстоянйе между рейками 4 превышает наружный диаметр зубчатого колеса 5.

Это предотвращает взаимодействие зубчатого колеса 5 с обеими рейками 4 одновременно.

Тыльной стороной каждая зубчатая рейка 4 взаимодействует с соответствующим подвижным упором 6, который закреплен на мембране 7, Положение мембраны регулируется подачей и отводом рабочей среды в подмембранные полости 8, которые связа- 4 ны через дополнительные отверстия 9 в теле цилиндра и систему подачи и отвода рабочей среды 10 с рабочими камерами цилиндра 1. Рабочая среда подается к камерам цилиндра 1 через отверстие 11 посредством системы 10, Отверстия,в цилиндре расположены следующим образом: отверстие 9 — на уровне нижней мертвой точки механизма; отверстие 11 — в области верхней мертвой точки механизма.

Гидроприаод вращательного действия функционирует следующим образом.

Рабочая среда подается через отверстие 11 в одну из рабочих камер цилиндра 1 и оДновременно через отверстие 9 отводит- 5 ся и поступает в подмембранную. полость 8, тем самым прогибая мембрану 7 и перемещая упор 6. Последний взаимодействует с одной из зубчатых реек 4, которая, перемещаясь совместно с направляющими 3 вдоль пазов в штоках 2, входит в зацепление с зубчатым колесом 5. Одновременно обеспечивается зазор между зубчатым колесом 5 и другой зубчатой рейкой 4,гарантирующий их бесконтактное движение, Под воздействием давления рабочей среды поршень совместно со штоком 2 перемещается поступательно и через направляющую 3 передает движение зубчатой рейке 4, которая приводит во вращение зубчатое колесо 5 и выходной вал гидропривода, на котором оно жестко закреплено. По достижению поршнем нижней мертвой точки открывается отверстие 9, что обеспечивает передачу давления (как управляющего фактора) к системе подачи и отвода рабочей среды 10, Эта система, выполненная по одной из известных на практике схем (например, на базе унифицированных функциональных блоков типа БФ (ТУ 2-053 — 1739-85) или модульного гидроблока управления мод, à — 36—

54(ТУ2 — 05 — 1594 — 82) и т. д„осуществляет реверсивное движение поршня со штоком 2 и переключение подачи рабочей среды к противоположным рабочей полости цилиндра 1 и подмембранной полости 8, В результате этого поршень со штоком 2 (соответственно и взаимосвязанная с ним зубчатая рейка 4) изменяет направление поступательного движения на противоположное, а упор 6 вводит в зацепление с зубчатым колесом 5 другую рейку 4. Рейка

4, перемещаясь совместно с направляющей

3 вдоль паза, обеспечивает зазор между зубчатым колесом 5 и находившейся ранее в зацеплении зубчатой рейкой 4, Под давлением рабочей среды поршень со штоком 2 движется в противоположные первоначальному направлении и, воздействуя через направляющую 3 на зубчатую рейку 4, обеспечивает непрерывное вращение зубчатого колеса 5. Достигнув нижней мертвой точки данной рабочих камер цилиндра 1, дра 1 и подмембранной полости 8, Цикл повторяется.

Необходимо отметить, что, варьируя подключение рабочих камер цилиндра 1 и подмембранных полостей 8, вводящих в зацепление с колесом 5 соответствующую зубчатую рейку 4, можно обеспечить вращение выходного вала как по часовой, так и против. часовой стрелки. При подаче рабочей среды в левую рабочую камеру цилиндра 1 и нижнюю подмембранную полость 8 с последующим переключением на правую рабочую камеру цилиндра 1 и верхнюю подмембранную полость 8 достигается вращение выход1756662

10 ного вала гидропривода против часовой стрелки. В случае. когда рабочая среда одновременно подается в левую рабочую камеру цилиндра 1 и верхнюю подмембранную полость 8 с последующим переключением на правую рабочую камеру цилиндра 1 и нижнюю подмембранную полость 8, зубчатое колесо 5, а следовательно, и выходной вал гидропривода вращается по часовой стрелке. Реверс вращения выходного вала осуществляется за счет ручного переключения системы подачи и отвода рабочей среды 10.

Формула изобретения

1. Гидропривод вращательного действия, содержащий цилиндр, поршень со што- ком, размещенный в цилиндре с образованием двух рабочих камер, систему подачи и отвода рабочей среды, зубчатые рейки, установленные параллельно с возможностью совместного возвратно-поступательного перемещения вдоль оси цилиндра и перпендикулярно ей, зубчатое колесо, расположенное между рейками с воэможностью поочередного взаимодействия с ними, и подвижные упоры, снабженные приводами и установленные снаружи реек с возможностью силового взаимодействия с ними, причем в рабочих камерах

5 выполнены отверстия, подключенные к системе подачи и отвода рабочей среды, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, гидропривод снабжен направляющими, в што10 ке выполнены пазы, направляющие размещены в этих пазах и жестко связаны с зубчатыми рейками, а поршень со штоком установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения- совместно с

15 рейками.

2. Гидроприводпо и. 1, отл и ча ю щий с я тем, что в рабочих камерах выполнены дополнительные отверстия, приводы упоров выполнены в виде Цилиндров с мембра20 нами, соединенными с упорами, причем эти цилиндры сообщены с рабочими камерами и с системой подачи и отвода рабочей среды посредством дополнительных отверстий, а последние расположены на уровне нижних

25 мертвых точек, соответствующих максимальным объемам рабочих камер.