Устройство для преобразования возвратно-винтового движения в одностороннее вращательное

 

Использование: изобретение относится к машиностроению, а именно к средствам сообщений объекту вращательного движения. Сущность изобретения заключается в том, что устройство снабжено элементами, обеспечивающими ограничение движения тел 10 качения, представляющими собой упоры, или штифты 26, установленные в канавках 27, например, винта 4 неподвижного звена, ведомое звено 1 установлено внутри подвижного звена гайки 9, ведущее звено расположено соосно неподвижному звену 4, которое выполнено за одно целое с корпусом. Ведомое звено и неподвижное звено связаны при помощи колец 7 и размещенных в них шариков 6, торцевые поверхности ведущего звена связаны аналогичным образом, а регулятор осевой силы выполнен в виде рычага 15, взаимодействующего или с зубчатым венцом звена 9 или с пазом этого же звена. Устройство используются в транспортных средствах, велосипедах, инвалидных колясках, автомобилях, тренажерах, водных и воздушных транспортных средствах. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к средствам сообщения объекту вращательного движения и может быть использовано в качестве преобразователей в транспортных средствах, а именно велосипедах, инвалидных колясках, автомобилях.

Известно устройство, для преобразования возвратно-винтового движения в одностороннее вращательное, содержащее корпус, установленные в нем две винтовые передачи, первая из которых включает ведущее звено и связанное с ним через тела качения ведомое звено, установленное с возможностью вращения вокруг своей оси, а второе включает подвижное звено, установленное соосно ведомому звену первой передачи и связанное с ним через тела качения неподвижное звено, регулятор осевой силы, жестко связанный с подвижным звеном и предназначенный для взаимодействия с ведущим и ведомым звеньями первой винтовой передачи.

Недостатком данного устройства является большой радиус вращения ведомого звена первой винтовой передачи из-за размещения внутри нее второй винтовой передачи, что приводит к увеличению сопротивления вращению, отсутствие регулировки зазоров в подшипниках ведомого звена повышает точность изготовления ведомого звена и взаимодействующих с ним элементов, значительные осевые размеры устройства, выполнение ведущего звена составным, что приводит к увеличению габаритов и веса. Решаемой задачей является обеспечение возможности снизить сопротивление вращению ведомого вала.

Для достижения данного результата устройство для преобразования возвратно-винтового движения в одностороннее вращательное, содержащее корпус, установленные в нем две винтовые передачи, первая из которых включает ведущее звено и связанное с ним через тела качения ведомое звено, установленное с возможностью вращения вокруг своей оси, а вторая включает подвижное звено, установленное соосно ведомому звену первой передачи и связанное с ним через тела качения неподвижное звено, регулятор осевой силы, жестко связанный с подвижным звеном и предназначенный для взаимодействия с ведущим и ведомым звеньями первой винтовой передачи, снабжено элементами для ограничения движения тел качения, установленными в винтовых канавках одного из звеньев второй винтовой передачи, ведомое звено установлено внутри подвижного звена, ведущее звено расположено соосно неподвижному звену, которое выполнено за одно целое с корпусом, на внутренней поверхности ведомого звена выполнена канавки, на обращенной к этой поверхности наружной поверхности неподвижного звена установлены кольца подшипников с шариками, предназначенными для установки в соответствующие канавки на обращенные одна к другой торцевых поверхностях ведущего звена и подвижного звена соответственно выполнены канавки или установлены упорные кольца с шариками, предназначенными для взаимодействия с канавками на торцах, а регулятор осевой силы выполнен в виде рычага, каналы возврата тел качения представляют собой выполненные на поверхностях одного из звеньев второй винтовой передачи канавки, сообщенные с винтовыми канавками на соответствующей поверхности этого звена с образованием замкнутого контура, элементы для ограничения движения тел качения второй передачи выполнены виде упоров, установленных в ее винтовых канавках, первая винтовая передача имеет многозаходную резьбу с непрерывно изменяющимся шагом, а ведущее звено по меньшей мере одну кольцевую канавку на его внутренней поверхности, тела качения второй винтовой передачи выполнены в виде шариков, рычаг установлен с возможностью вращения и последующего стопорения относительно подвижного звена второй винтовой передачи на наружной поверхности подвижного звена выполнены гнезда и канавка, на поверхности рычага, обращенной к поверхности подвижного звена-канавки с установленными в последних шариками, предназначенными для взаимодействия с канавками подвижного звена, а рычаг имеет подпружиненный в направлении подвижного звена штифт, предназначенный для поочередного взаимодействия с гнездами и тягу, связанную с штифтом, на наружной поверхности подвижного звена выполнен зубчатый венец, на обращенной к ней поверхности рычага выполнены канавки с установленными в них телами качения, рычаг имеет толкатель и связанную с ним шпонку, входящую в зацепление с зубчатым венцом.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства для преобразования возвратно-винтового движения в одностороннее вращательное.

На фиг. 2 форма канавок, выполненных на наружной поверхности подвижного звена второй винтовой передачи для перебега тел качения.

На фиг. 3 варианты выполнения элементов, обеспечивающих ограничение движения тел качения второй винтовой передачи.

На фиг. 4 вариант выполнения ведомого звена первой винтовой передачи с непрерывно изменяющимся шагом многозаходной резьбы.

На фиг. 5 вариант выполнения ведущего звена первой винтовой передачи с перебегом тел качения.

На фиг. 6 один из вариантов установки рычага с возможностью вращения и стопорения относительно подвижного звена второй винтовой передачи.

На фиг. 7 второй вариант той же установки рычага.

Устройство для преобразования возвратно-винтового движения в одностороннее вращательное содержит первую винтовую передачу, включающую ведомое звено в виде полого винта 1 и связанное с ним посредством тел качения, например, шариков 2, ведущее звено в виде гайки 3. Устройство содержит такое вторую винтовую передачу, включающую неподвижное звено в виде винта 4, являющегося одновременно корпусом, на котором установлен винт 1 ведомого звена. Винты 4 и 1 неподвижного и ведомого звеньев образуют посредством шариков 5, сепараторов 6 и кольца подшипника 7 соединение, в котором необходимый зазор регулируется с помощью гайки 8. Вторая винтовая передача содержит также подвижное звено в виде гайки 9, связанной с винтом 4 неподвижного звена посредством тел качения 10. Гайка 9 подвижного звена жестко связана со стопорно-регулирующей гайкой 11. Гайка 3 ведущего звена установлена с возможностью взаимодействия, с одной стороны, со стопорно-регулирующей гайкой 11, а с другой стороны посредством тел качения 12 качения, находящихся в сепараторе 13, с упорным кольцом 14, размещенным в гайке 9 подвижного звена. С гайкой 9 через неподвижное шлицевое соединение связана ступица рычага 15, который является регулятором осевой силы. Для ограничения осевого перемещения гайки 9 подвижного звена служит стопорная гайка 16 с уплотнением 17. В винте 4 неподвижного звена установлены кольца 18, предохраняющие тела 10 качения-шарики от выпадения, причем торцевые поверхности колец 18 нормальны к обращенным к ним виткам многозаходной резьбы винта 4. С помощью винтов 19 винт 4 неподвижного звена крепится к раме 20, например, инвалидной коляски. Винт 1 ведомого звена крепится в ступице 21 колеса (на фиг. не показано). Ступица 21 с внутренней стороны имеет подвижное лабиринтное уплотнение 22, а с наружной стороны крышку 23. Между взаимодействующими поверхностями стопорно-регулирующей гайки 11 и гайки 3 ведущего звена, а также упорного кольца 14 и гайки 3 попеременно образуется зазор, равный 0,1^oC0,5. Вторая винтовая передача имеет элементы, обеспечивающие перебег шариков тел 10 (фиг. 2) качения и представляющими собой канавки 24, соединяющие канавки 25, например, винта 4 неподвижного звена. Канавки 24 и 25 образуют замкнутый зигзагообразный канал для перегиба тел 10 качения. Канавки 24 могут быть выполнены как на наружной поверхности, так и на внутренней одного из звеньев второй винтовой передачи-гайки 9 или винта 4. Канавки 24 могут быть выполнены одновременно на каждом из этих звеньев.

Для ограничения движения тел 10 (фиг. 3) качения вторая винтовая передача имеет элементы, выполненные в виде упоров, например, штифтов 28 (фиг. 3a), установленный в винтовых канавках 27, например, винта 4 неподвижного звена так, что их поверхности нормальны к геометрическим осям канавок 27. Кроме того, эти элементы для ограничения тел 10 качения могут быть выполнены в виде имеющих выход винтовых канавок 28, при этом радиус r кривизны лобовых поверхностей канавок 28 меньше радиуса R тела 10 качения, т.е. в шарик упирается верхняя кромка канавки 28, которая сдвигает его, но не заклинивает.

На фиг. 4 показан вариант выполнения устройства в котором винт 1 ведомого звена имеет многозаходную резьбу с непрерывно изменяющимся шагом, а гайка 3 ведущего звена имеет только одну кольцевую канавку. Первая винтовая передача может быть выполнена шариковинтовой с элементами, обеспечивающими перебег тел 2 (фиг. 1) качения этой передачи, выполненными в виде пространственно изогнутых трубок 29 (фиг. 5), установленных по периметру гайки 3 ведущего звена и соединяющих поочередно начала с концами четных и нечетных винтовых канавок.

Для изменения передаточного отношения рычаг 30 (фиг. 6), который в данном случае устанавливается с возможностью вращения и стопорения относительно гайки 9 подвижного звена. Для этого на наружной поверхности гайки 9 выполнены кольцевые канавки, в которых размещены шарики 31 и сепараторы 32 для обеспечения свободного относительного вращения гайки 9 и рычага 30. На наружной поверхности гайки 9 выполнены также радиально расположенные гнезда 33, в которые входит подпружиненный штифт 34, размещенный в рычаге 30 и связанный с тягой 35. Тяга 35 соединена с рукояткой 36.

На фиг. 7 представлен другой вариант взаимосвязи рычага 37 и гайки 9 подвижного звена для обеспечения вращения и жесткого стопорения. В этом случае гайка 9 имеет зубчатый венец 38 прямоугольного профиля, охваченный сборной ступицей 39. Ступица 39 жестко связана, например, с педалью, выполненной заодно целое с рычагом 37 и имеющим подпятник 40. Кроме того, рычаг 37 снабжен толкателем 41, взаимодействующим одним своим концом со шпонкой 42, входящей в зацепление с зубчатым венцом 38. Другим своим концом толкатель 41 взаимодействует с подпружиненным штырем 43, связанным с площадкой 44 педали, переходящей в туклипсу 45.

Работа устройства для преобразования возвратно-винтового двигателя в одностороннее вращательное осуществляется следующим образом.

При движении рычага 15(фиг. 1) в направлении от наблюдателя, т.е. при вытягивании руки, гайка 11 вместе с гайкой 9 подвижного звена второй винтовой передачи совершает винтовое движение и взаимодействует с гайкой 3 ведущего звена первой винтовой передачи, которая также совершает винтовое движение. Гайка 3 приводит во вращение винт 1 ведомого звена и связанную с ним ступицу 21 колеса. При этом, поскольку направление винтового движения гайки 3 совпадает с направлением вращения винта 1, то последний повернется на угол, больший, чем если бы гайка 3 совершала только поступательное движение. Таким образом, осуществляется преобразование движения, при котором винт 1 и гайка 3 преобразующей винтовой передачи работают как шлицевое соединение качения.

При обратном ходе рычага 15 гайка 9 подвижного звена через упорное кольцо 14 и тела 12 качения действует на гайку 3 ведущего звена, при этом она совершает винтовое движение с направлением вращения, совпадающим с направлением вращения колеса.

Амплитуду и частоту отклонений рычага 15, а также его положения в пределах максимального отклонения можно изменять произвольно в зависимости от условий движения, выбирая при этом требуемую длину рычага 15.

Свободный ход колеса обеспечивается автоматически при любом положении рычага 15 после прекращения действия сил, так как винт 1 ведомого звена поджимает своей резьбой гайку 3 ведущего звена к телам 12 качения и между их торцами образуется зазор "m", при этом происходит совместное вращение гайки 3 и винта 1.

В случае, когда винт 1 ведомого звена (фиг. 4) имеет резьбу с непрерывно изменяющимся шагом, а гайка 3 ведущего звена имеет только одну кольцевую канавку, при физиологически изменяемом усилии руки или ноги, передаваемом на телескопический рычаг 15, создается равномерный крутящий момент. При этом при минимальном усилии, развиваемом рукой в начальный момент, шаг резьбы максимален, и наоборот, при максимальном усилии, которое передается рычагу 15 в устройстве возможны два варианта изменения передаточного отношения. В первом случае, представленном на фиг. 6, при воздействии на рукоятку 36 усилием, направленным от оси вращения, за счет преодоления усилия пружины штифта 34 последний выходит из гнезда 33. Таким образом происходит расстопорение гайки 9 подвижного звена и рычага 30. Последующим поворотом рычага 30 относительно гайки 9 и фиксацией его в одном или другом гнезде 33 задают требуемое передаточное отношение.

Аналогичным образом изменяют передаточное отношение с помощью рычага 37 (фиг. 7). Действуя на переднюю площадку 44 педали, преодолевают усилие пружины и выводят штырь 43 из зацепления с гайкой 9, после чего перемещают рычаг 37 вверх или вниз в зависимости от увеличения или уменьшения передаточного отношения. После прекращения воздействия на педаль штырь 43 входит в зацепление с гайкой 9, образуя жесткое соединение.

Использование и устройства в транспортных средствах позволяет применять дисковые колеса с большим конусом а следовательно, более жесткие.

Формула изобретения

1. Устройство для преобразования возвратно-винтового движения в одностороннее вращательное, содержащее корпус, установленные в нем две винтовые передачи, первая из которых включает ведущее звено и связанное с ним через тела качения ведомое звено, установленное с возможностью вращения вокруг своей оси. а вторая включает подвижное звено, установленное соосно с ведомым звеном первой передачи, и связанное с ним через тела качения неподвижное звено, регулятор осевой силы, жестко связанный с подвижным звеном и предназначенный для взаимодействия с ведущим и ведомым звеньями первой винтовой передачи, отличающееся тем, что устройство снабжено элементами для ограничения движения тел качения, установленными в винтовых канавках одного из звеньев второй винтовой передачи, ведомое звено установлено внутри подвижного звена, ведущее звено расположено соосно с неподвижным звеном, которое выполнено за одно целое с корпусом, на внутренней поверхности ведомого звена выполнены канавки, на обращенной к этой поверхности наружной поверхности неподвижного звена установлены кольца подшипников с шариками, предназначенными для установки в соответствующие канавки, на обращенные одна к другой торцевых поверхностях ведущего звена и подвижного звена соответственно выполнены или канавки, или установлены упорные кольца с шариками, предназначенными для взаимодействия с канавками на торцах, а регулятор осевой силы выполнен в виде рычага.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каналы возврата тел качения представляют собой выполненные на поверхностях одного из звеньев второй винтовой передачи канавки, сообщенные с винтовыми канавками на соответствующей поверхности этого звена с образованием замкнутого контура.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что элементы для ограничения движения тел качения второй передачи выполнены в виде упоров, установленных в ее винтовых канавках.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первая винтовая передача имеет многозаходную резьбу с непрерывно изменяющимся шагом, а ведущее звено по меньшей мере одну кольцевую канавку на его внутренней поверхности.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что тела качения второй винтовой передачи выполнены в виде шариков.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что рычаг установлен с возможностью вращения и последующего стопорения относительно подвижного звена второй винтовой передачи.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что на наружной поверхности подвижного звена выполнены гнезда и канавки, на поверхности рычага, обращенной к поверхности подвижного звена, канавки с установленными в последних шариками, предназначенными для взаимодействия с канавками подвижного звена, а рычаг имеет подпружиненный в направлении подвижного звена штифт, предназначенный для поочередного взаимодействия с гнездами, и тягу, связанную со штифтом.

8. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что на наружной поверхности подвижного звена выполнен зубчатый венец, на обращенной к ней поверхности рычага выполнены канавки с установленными в них телами качения, рычаг имеет толкатель и связанную с ним шпонку, входящую в зацепление с зубчатым венцом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7