Механизм для преобразования возвратного движения во вращательное

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к зубчатым механизмам для преобразования возвратного движения во вращательное, и может быть использовано в приводе велосипеда. Механизм содержит стойку, ведомое зубчатое колесо (храповик), ведущее звено, совершающее возвратное движение (ползун или коромысло), и промежуточное звено (собачку), шарнирно закрепленное на ведущем звене и образующее зубчатое зацепление с храповиком. Зубчатый венец собачки, предназначенный для зацепления с храповиком, выполнен с начальной поверхностью, профиль которой является логарифмической спиралью с полюсом в шарнире собачки. Собачка механизма может иметь с храповиком цевочное зацепление, а угол давления α=35^o±5^o. Технический результат - обеспечение постоянства угла давления при рабочем ходе механизма, что повышает качество его работы. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к зубчатым механизмам для преобразования возвратного движения во вращательное. Оно может быть использовано в приводе велосипеда.

Простейшим устройством, решающим задачу преобразования возвратного движения во вращательное, является четырехзвенный рычажный механизм [см. Крайнев А.Ф. Механика машин. Фундаментальный словарь. - М.: Машиностроение, 2000. - с. 313, 314] , содержащий ведущий ползун (или коромысло), шатун и ведомый кривошип. Его недостаток - неизменное передаточное отношение, равное единице.

Известны устройства для преобразования возвратного движения во вращательное, включающие механическую передачу (канатную [Довиденас В.И. Веломобили. - Ленинград: Машиностроение, 1986. - с.112], цепную [см., например, веломобиль по а.с. 749727, В 62 К 15/00, 17/00], зубчатую [например, педальный привод транспортного средства по а.с. 1018872, В 62 М 1/04], или рычажного типа [см. Мальцев В.Ф. Механические импульсные передачи. - М.: Машиностроение, 1978 - с.367], а также муфту свободного хода, связанную с ведомым валом. Эти устройства обеспечивают возможность выбора нужного передаточного отношения, но сложны по конструкции.

Существует конструктивное решение преобразователя возвратного движения во вращательное, соединяющее функции передачи и муфты свободного хода в одном механизме, выбранное в качестве прототипа. Реечная передача [а.с. 1281787, F 16 Н 19/04, 27/04] содержит возвратно-поступательно движущееся входное звено, вращающееся ведомое зубчатое колесо и промежуточное звено (рейку), представляющее собой сектор круглого зубчатого колеса с внешними или внутренними зубьями, образующее зацепление с ведомым колесом и шарнирно связанное с ведущим звеном. Причем ось шарнира смещена относительно начальной окружности зубчатого сектора на некоторое расстояние, что конструктивно обеспечивается специальным кронштейном, закрепленным на секторе. Указанное смещение обуславливает передачу движения от зубчатого сектора к ведомому колесу только в одном направлении. При обратном ходе привода сектор проскальзывает по зубьям колеса и оно остается неподвижным либо вращается по инерции в одном направлении.

Недостатком данной конструкции является непостоянство угла давления в зацеплении сектора с колесом. Вследствие чего этот угол не является оптимальным в течение всего периода зацепления. А это ведет в снижению к.п.д и повышенному износу деталей, т.е. снижению качества работы механизма.

Для повышения качества работы путем обеспечения постоянного заданного угла давления в механизме, содержащем стойку, ведомое зубчатое колесо (храповик), ведущее звено, совершающее возвратные движения (ползун или коромысло), промежуточное звено - собачку (рейку), шарнирно закрепленное на ведущем звене и образующее зацепление с ведомым колесом, зубчатый венец собачки выполнен с начальной поверхностью, профиль которой является логарифмической спиралью с полюсом в шарнире собачки, описываемой уравнением r = aeϕ^ctgα, где α - заданный угол давления в зацеплении: угол между вектором абсолютной скорости ведомой точки и вектором нормальной силы в зацеплении [Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений. - М.: Наука, 1968. - С.332]; r, ϕ - полярные координаты спирали; а - постоянная, равная радиусу r при угле ϕ=0.

(Как известно, логарифмическая спираль - бесконечная кривая, которая одним "концом" асимптотически приближается к своему полюсу (т.е. не достигает полюса), а другим - уходит в бесконечность [Савелов А.А. Плоские кривые. Систематика, свойства, применения. - М., 1960. - 296 с.]. Задавая постоянную а, тем самым задаем начало ее отсчета. Удобно назначать постоянную а из диапазона рабочего зацепления собачки (замеряя длину от шарнира ее крепления). При этом величина угла α не превышает ±180^o).

Профиль зубьев в таком зацеплении может быть различным, например эвольвентным. Однако наиболее технологичным и обеспечивающим достаточную прочность является цевочное зацепление с цевками на ведомом колесе или на венце собачки. При этом оптимальный угол давления в зависимости от условий работы передач колеблется в диапазоне ϕ=35±5^o. С целью облегчения выхода из зацепления при холостом ходе механизма зубья собачки с "тыльной" стороны выполнены с фаской 45^o.

На фиг. 1 изображен механизм с цевками на ведомом колесе и зубчатым венцом на выпуклой поверхности собачки; на фиг.2 - цевочное зацепление увеличено; на фиг.3 - механизм с цевками на вогнутой поверхности собачки.

Механизм состоит из стойки 1, ведомого зубчатого колеса 2, венец которого состоит из цевок 3, ведущего коромысла 4, собачки 5 с зубчатым венцом на выпуклой поверхности. Шаг P цевок 3 (фиг.2) равен шагу венца собачки. Начальная поверхность собачки имеет профиль, выполненный по логарифмической спирали 6 с полюсом в шарнире крепления собачки 5 к ведущему звену 4.

В механизме на фиг. 3 звено 4 является ползуном (т.е. совершает возвратно-поступательное движение), а цевки расположены на внутреннем венце собачки.

Устройство работает следующим образом. При повороте ведущего звена 4 (фиг.1) против хода часовой стрелки (рабочий ход (р.х.) механизма) собачка 5 зацепляется с ведомым валом 2, в результате чего последнее вращается по ходу часовой стрелки. При обратном ходе ведущего звена 4 или его остановке (холостой ход (х. х.)) собачка 5 проскальзывает по тыльной стороне поверхности зубьев колеса, которое остается неподвижным или вращается по инерции. Наличие фаски способствует снижению потерь на трение в фазе холостого хода.

Благодаря тому что начальная поверхность собачки имеет профиль, очерченный по дуге логарифмической спирали, обеспечивается постоянство угла давления α при рабочем ходе механизма. Рекомендуемый угол давления α=35^o обеспечивает максимальное кпд и нагрузочную способность передачи. Угол фаски для облегчения выхода зубьев собачки из зацепления предлагается выполнять в 45^o.

Данное устройство может быть использовано не только в приводах велосипедов и веломобилей, но и многих других механизмов с мускульным приводом, например в сепараторах, картофелечистках, наждаках.

Формула изобретения

Механизм для преобразования возвратного движения во вращательное, преимущественно привода велосипеда, содержащий стойку, ведомое зубчатое колесо - храповик, ведущее звено, совершающее возвратное движение - ползун или коромысло, промежуточное звено - собачку, шарнирно закрепленное на ведущем звене и образующее зубчатое зацепление с храповиком, отличающийся тем, что зубчатый венец собачки, предназначенный для зацепления с храповиком, выполнен с начальной поверхностью, профиль которой является логарифмической спиралью с полюсом в шарнире собачки, описываемой уравнением

r=аеϕ^ctgα,

где α - заданный угол давления в зацеплении;

r, ϕ - полярные координаты спирали;

а - постоянная, равная радиусу r при угле ϕ=0.

2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что собачка образует с храповиком цевочное зацепление, а угол давления α=35°±5°.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3