Преобразователь вращательного движения в возвратно-вращательное

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к механизмам преобразования вращательного движения в возвратно-вращательное и наоборот. Преобразователь движения содержит корпус, в котором соосно установлены входной и выходной валы, центральное зубчатое колесо, неподвижно закрепленное на корпусе соосно входному валу. На выходном валу установлены два одинаковых эллиптических зубчатых колеса одного размера, повернутых относительно друг друга на 180°, и два идентичных сателлита, разнесенных на 180°. Каждый сателлит состоит из цилиндрической шестерни и эллиптической шестерни, соединенных между собой валом, а также водила, закрепленного на входном валу. Центральное неподвижное зубчатое колесо состоит во внешнем зацеплении с цилиндрическими шестернями обоих сателлитов. Каждое эллиптическое зубчатое колесо выходного вала состоит в зацеплении с одной из эллиптических шестерней сателлитов. Эллиптические шестерни сателлитов и эллиптические зубчатые колеса выходного вала установлены на своих валах таким образом, что ось вращения вала проходит через точку, называемую фокусом делительного эллипса эллиптического зубчатого колеса выходного вала или эллиптической шестерни сателлита, которая расположена на большой полуоси делительного эллипса на расстоянии с от центра делительного эллипса. Технический результат - повышение ресурса работы и компактность механизма. 3 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к механизмам преобразования вращательного движения в возвратно-вращательное и наоборот.

Существует достаточно большое количество механизмов преобразования вращательного движения в возвратно-вращательное, однако механизмы с эллиптическими зубчатыми колесами еще не нашли среди них широкого применения. Поэтому к аналогам можно отнести следующие механизмы.

Широко известный шарнирный четырехзвенник состоящий из кривошипа соединенного вращательной кинематической парой с шатуном, который, в свою очередь, с помощью вращательной кинематической пары соединяется с коромыслом. (Смелягин А.И. Структура механизмов и машин: Учебное пособие. - М.: Высшая школа, 2006. - 304 с., стр.89, рис.2.31).

Основными недостатками шарнирного четырехзвенника, при его относительной простоте, являются сравнительно большие габариты и невысокий коэффициент использования объема.

Широко известный кулисный механизм, состоящий из кривошипа, с закрепленным на нем во вращательной кинематической паре камне (ползуне) и кулисы соединяющейся через вращательную кинематическую пару с корпусом и через поступательную кинематическую пару с камнем. (Смелягин А.И. Структура механизмов и машин: Учебное пособие. - М.: Высшая школа, 2006. - 304 с., стр.89, рис.2.32).

Данная конструкция также имеет ряд недостатков, она отличается сравнительны большими габаритами и невысоким коэффициентом использования объема, а также наличием поступательной кинематической пары, передающей значительную нагрузку, которая имеет тенденцию быстро изнашиваться, что резко снижает ресурс механизма.

Известен механизм передачи движения, включающий в себя корпус, входной вал на упорных подшипниках, преобразователь качательного движения входного вала во вращательное движение выходного вала, выходной вал на упорных подшипниках и снабженный маховиком, отличающийся тем, что механизм передачи движения выполнен двухступенчатым, причем первая ступень включает в себя шестерню входного вала и находящиеся с ней в зацеплении две одинаковые шестерни, снабженные кривошипными пальцами и расположенные симметрично относительно вертикальной оси вращения входного вала, а вторая ступень включает в себя шестерню выходного вала и находящиеся с ней в зацеплении две одинаковые шестерни, снабженные кривошипными пальцами и расположенные симметрично относительно вертикальной оси вращения выходного вала, причем кривошипные пальцы первой и второй ступеней попарно соединены коромыслами. (Патент РФ №2239739, F16H 21/40, F01C 9/00).

Конструкция данного механизма передачи движения позволяет использовать его также и для преобразования вращательного движения в возвратно-вращательное. Однако исследование его структуры показывает, что он основан на двух параллельно установленных шарнирных четырехзвенниках (меньшие шестерни с пальцами - кривошипы, коромысла - шатуны, большие шестерни с пальцами - коромысла) к которым присоединены дополнительные звенья, при этом возвратно-вращательное движение в данном механизме обеспечивается именно за счет шарнирного четырехзвенника, недостатки которого уже были показаны выше. Также важной особенностью данного механизма является наличие значительной радиальной нагрузки и изгибающих моментов в большинстве вращательных кинематических пар из-за того, что практически все звенья закреплены консольно, что приводит к увеличению размеров и сложности подшипниковых узлов и как следствие - увеличению стоимости всего механизма.

Известен кулисно-рычажный механизм, включающий ведущее звено, содержащее кривошип, выполненный в форме диска, установленного с возможностью вращения вокруг оси с эксцентрично установленным пальцем, ведомое звено, включающее две параллельные направляющие, образующие кулису, установленную между двумя опорами с возможностью взаимодействия с пальцем, отличающийся тем, что направляющие кулисы выполнены цилиндрическими, одинакового диаметра и связаны с опорами соединительным элементом, ось которого параллельна осям направляющих, кулиса установлена с возможностью поворота вокруг оси соединительного элемента, а контур поперечного сечения пальца задан уравнениями

$$x\left(p\right)=-\frac{p}{2}\left[\frac{l}{\sqrt{{\cos }^2{\phi }_{\max }+p^2}}-\frac{2r}{\sqrt{1+p^2}}\right],$$

$$y\left(p\right)=-\frac{1}{2}\left[\frac{l{\cos }^2{\phi }_{\max }}{\sqrt{{\cos }^2{\phi }_{\max }+p^2}}-\frac{2r}{\sqrt{1+p^2}}\right],$$

Hsinφ_max=L,

где φ_max - максимальный угол поворота кулисы вокруг соединительного элемента;

l - расстояние между осями направляющих кулисы;

r - радиус направляющей кулисы;

H - радиус качания кулисы;

L - радиус вращения пальца;

х - ось абсцисс для функции, определяющей контур поперечного сечения пальца;

у - ось ординат для функции, определяющей контур поперечного сечения пальца;

p - параметр функции, причем p у'(x),

a - ширина паза кулисы равна максимальному диаметру пальца(патент РФ №2091641, F16H 21 /40).

В кулисно-рычажном механизме присутствует высшая кинематическая пара с точечным касанием между пальцем и направляющими, которое делает невозможным применение данного механизма для передачи средних и значительных усилий из-за чрезвычайно высоких контактных напряжений и как следствие быстрого износа такой кинематической пары.

В кулисно-рычажном механизме присутствует высшая кинематическая пара с точечным касанием между пальцем и направляющими, которое делает невозможным применение данного механизма для передачи средних и значительных усилий из-за чрезвычайно высоких контактных напряжений и как следствие быстрого износа такой кинематической пары.

Таким образом, задачей является создание преобразователя вращательного движения в возвратно-вращательное на принципиально ином принципе получения возвратно-вращательного движения.

Техническим результатом является механизм, отличающийся компактностью и при этом возможностью передачи значительных усилий и значительным ожидаемым ресурсом работы, а также возможностью простой динамической балансировки и практически полным отсутствием радиальных нагрузок и изгибающих моментов на входном и выходном валах.

Техническим результат решается устройством, содержащим корпус, в котором соосно установлены входной и выходной валы, центральное неподвижное зубчатое колесо, неподвижно закрепленное на корпусе соосно входному валу, на выходном валу установлены два одинаковых эллиптических зубчатых колеса одного размера и повернутых относительно друг друга на 180°, два идентичных сателлита, разнесенных на 180°, каждый сателлит состоит из цилиндрической шестерни и эллиптической шестерни, соединенных между собой валом, водила, закрепленного на входном валу, причем на концах водила во вращательных кинематических парах закреплены валы обоих сателлитов, центральное неподвижное зубчатое колесо состоит во внешнем зацеплении с цилиндрическими шестернями обоих сателлитов, а каждое эллиптическое зубчатое колесо выходного вала состоит в зацеплении с одной из эллиптических шестерней сателлитов, кроме того, цилиндрические шестерни сателлитов и центральное неподвижное зубчатое колесо выполнены с одинаковыми диаметрами, а оба эллиптических зубчатых колеса выполнены одного размера с эллиптическими шестернями сателлитов, помимо этого эллиптические шестерни сателлитов и эллиптические зубчатые колеса выходного вала установлены на своих валах таким образом, что ось вращения вала проходит через точку, называемую фокусом делительного эллипса эллиптического зубчатого колесавыходного вала или эллиптической шестерни сателлита, которая расположена на большой полуоси делительного эллипса на расстоянии с от центра делительного эллипса

$$c=\sqrt{a^2-b^2},$$

где a и b - большая и малая полуось делительного эллипса соответственно,

таким образом достигается непрерывность их зацепления.

Технический результат достигается за счет того, что в механизме используется только зубчатое зацепление и вращательные кинематические пары, отличающиеся большим ресурсом работы, широким диапазоном передаваемых усилий и высокой компактностью, также тем, что в данном механизме все звенья кроме выходного вращаются с постоянной скоростью, в результате чего они могут быть легко сбалансированы, помимо этого применение двух сателлитов вместо одного хотя и усложняет конструкцию, но снижает габариты за счет разделения нагрузки между сателлитами и позволяет практически полностью ликвидировать радиальные нагрузки и изгибающие моменты на входном и выходном валах, что также упрощает конструкцию и снижает габариты соответствующих элементов.

Сущность изобретения показана на чертежах.

Фиг.1 - структурная схема преобразователя вращательного движения в возвратно-вращательное.

Фиг.2 - вид А без корпуса.

Фиг.3 - вид Б без корпуса.

Преобразователь вращательного движения в возвратно-вращательное содержит корпус 1, в котором соосно установлены входной 2 и выходной 3 валы, центральное неподвижное зубчатое колесо 4, неподвижно закрепленное на корпусе 1 соосно входному валу 2. На выходном валу 3 установлены два одинаковых эллиптических зубчатых колеса 5 и 6 одного размера, повернутых относительно друг друга на 180°, два идентичных сателлита, разнесенных на 180°, каждый сателлит состоит из цилиндрической шестерни 7 и 8 и эллиптической шестерни 9 и 10, соединенных между собой валом 11 и 12, водила 13, закрепленного на входном валу, причем на концах водила во вращательных кинематических парах закреплены валы 11 и 12 обоих сателлитов, центральное неподвижное зубчатое колесо 4 состоит во внешнем зацеплении с цилиндрическими шестернями 7 и 8 сателлитов, а каждое эллиптическое зубчатое колесо 5 и 6 выходного вала состоит в зацеплении с одной из эллиптических шестерней сателлитов 9 и 10. Кроме того, цилиндрические шестерни 7 и 8 сателлитов и центральное неподвижное зубчатое колесо 4 выполнены с одинаковыми диаметрами, а оба эллиптических зубчатых колеса выходного вала 5 и 6 выполнены одного размера с эллиптическими шестернями 9 и 10 сателлитов. Помимо этого эллиптические шестерни сателлитов 9 и 10 и эллиптические зубчатые колеса 5 и 7 выходного вала установлены на своих валах таким образом, что ось вращения вала проходит через точку, называемую фокусом делительного эллипса эллиптического зубчатого колеса выходного вала или эллиптической шестерни сателлита, которая расположена на большой полуоси делительного эллипса на расстоянии с от центра делительного эллипса

$$c=\sqrt{a^2-b^2},$$

где a и b - большая и малая полуось делительного эллипса соответственно. Таким образом, достигается непрерывность их зацепления.

Механизм работает следующим образом.

Входному валу 2 сообщается вращательное движение, которое передается водилу 13, благодаря этому цилиндрические шестерни 7 и 8 сателлитов обкатываются по неподвижному центральному зубчатому колесу 2, вращательное движение цилиндрических шестерней 7 и 8 сателлитов через валы 11 и 12 сателлитов передается эллиптическом шестерням 9 и 10 сателлитов, далее эллиптическим зубчатым колесам 5 и 6 выходного вала, а затем и самому выходному валу 3, при заданном отношении размеров выходной вал 3 через полный оборот входного вала 2 оказывается в том же положении, однако благодаря переменному передаточному отношению эллиптических шестерней 9 и 10 сателлитов и эллиптических зубчатых колес 5 и 6 выходного вала совершает возвратно-вращательные движения.

Заявляемый механизм преобразования движения может быть использован в различных устройствах, где требуется преобразование вращательного движения в возвратно-вращательное, в частности, в возвратно-вращательных перемешивающих устройствах.

Преобразователь вращательного движения в возвратно-вращательное, содержащий корпус, в котором соосно установлены входной и выходной валы, центральное неподвижное зубчатое колесо, неподвижно закрепленное на корпусе соосно входному валу, на выходном валу установлены два одинаковых эллиптических зубчатых колеса одного размера, повернутых относительно друг друга на 180°, два идентичных сателлита, разнесенных на 180°, каждый сателлит состоит из цилиндрической шестерни и эллиптической шестерни, соединенных между собой валом, водила, закрепленного на входном валу, причем на концах водила во вращательных кинематических парах закреплены валы обоих сателлитов, центральное неподвижное зубчатое колесо состоит во внешнем зацеплении с цилиндрическими шестернями обоих сателлитов, а каждое эллиптическое зубчатое колесо выходного вала состоит в зацеплении с одной из эллиптических шестерней сателлитов, кроме того, цилиндрические шестерни сателлитов и центральное неподвижное зубчатое колесо выполнены с одинаковыми диаметрами, а оба эллиптических зубчатых колеса выполнены одного размера с эллиптическими шестернями сателлитов, помимо этого эллиптические шестерни сателлитов и эллиптические зубчатые колеса выходного вала установлены на своих валах таким образом, что ось вращения вала проходит через точку, называемую фокусом делительного эллипса эллиптического зубчатого колеса выходного вала или эллиптической шестерни сателлита, которая расположена на большой полуоси делительного эллипса на расстоянии с от центра делительного эллипса $$c=\sqrt{a^2-b^2},$$ где a и b - большая и малая полуоси делительного эллипса соответственно, таким образом достигается непрерывность их зацепления.