Ударно-вращательный механизм

 

Использование: машиностроение, в механизмах ударно-вращательного действия. Сущность изобретения : ударно - вращательный механизм (УВМ) содержит корпус, размещенные в корпусе наковальню с кулачками и выходным валом для соединения с рабочим органом машины с УВМ, ударник, состоящий из ведущей части в виде рамки, кинематически связанный с валом приводного двигателя и ведомой части, состоящей из двух неполноповоротных бойков с рабочими головками, имеющими возможность взаимодействовать ударными поверхностями с кулачками наковальни. Бойки через толкатели взаимодействуют с конусом гильзы, которая совместно с шариками, установленными в гильзе, упорным выступом, образованным двумя коническими и переходной между ними тороидальной поверхностями, конической поверхностью на штоке и силовой пружиной образуют устройство управления скоростью соударения. На штоке выполнен профильный кулачок, который совместно с расположенными в радиальном отверстии и подпружиненными плунжерами образует механизм управления ударом. Шток установлен в рамке с возможностью только осевого относительного движения. Продольная ось симметрии профильного кулачка совпадает с прямой, проходящей через точки на рабочих головках бойков, наиболее близко расположенных к наружной поверхности кулачков наковальни, а радиальное отверстие в наковальне лежит в плоскости, совпадающей с продольной плоскостью симметрии кулачков. 9 з.п. ф-лы, 24 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в различных машинах и механизмах ударно-вращательного действия, например в ручном механизированном инструменте, ударных машинах резки пруткового и другого материала, в различных конструкциях машин для обработки материалов давлением, в горных машинах и других.

Известен ударно-вращательный механизм (УВМ), содержащий корпус, размещенные в корпусе наковальню с кулачками на одном конце и выходным валом для соединения с рабочим органом машины, ударник, состоящий из ведущей части, кинематически связанной с валом приводного двигателя, и ведомой части, имеющей возможность периодического движения относительно ведущей части, устройство управления скоростью соударения и механизм управления ударом, содержащий два элемента, установленные с возможностью периодического взаимодействия друг с другом (см. например, а.с. СССР N 1046081, МКИ В 25 В 21/02, 1983).

В данной конструкции УВМ ведомая часть ударника размещена в многогранном осевом отверстии ведущей части и снабжена ответными наковальне кулачками. Основной недостаток такой конструкции УВМ заключается в низкой долговечности деталей ударного механизма. В процессе работы происходит разбивка многогранного осевого отверстия и последующее разрушение после появления в углах микротрещин. Рабочие кулачки у ведомой части ударника расположены консольно и конструкция такова, что выполнить кулачки наковальни и ответные кулачки на ведомой части ударника большой площади соударения с целью снижения удельных нагрузок не представляется возможным. При этом УВМ имеет невысокий коэффициент полезного действия при ударе за счет наличия нежелательных зазоров между промежуточным телом (ведомой частью) и ведущей частью ударника, которая в данной конструкции обладает практически всей кинетической энергией разогнанных масс. Здесь, как минимум, в момент удара от ведущей части до рабочего органа машины имеет место три зазора. Устранение числа зазоров может быть достигнуто устранением у ударника промежуточного тела (ведомой части). Причем устранение только одного зазора повысит КПД УВМ в среднем на 11% (см. Гельфанд М.Л. и др. Сборка резьбовых соединений. М. "Машиностроение", 1978г. с. 76, выражение (33). Кроме того, для быстрого осевого перемещения ведомой части ударника в позицию ударного взаимодействия с кулачками наковальни нужны значительные силы, создаваемые внутри УВМ.

В результате данного типа конструкции УВМ нашли применение в основном в ручном механизированном инструменте (в первую очередь в редкоударных гайковертах для резьб диаметром до 30 мм). Например, для относительно крупного УВМ с большой энергией удара свыше 500 Дж из соображений прочности кулачков и других деталей следует принять массу ведомой части ударника (промежуточного тела) не менее 10 кг; угловую скорость вращения ведущей и ведомой частей в момент удара 100c^-1, угол раствора между кулачками наковальни, на котором должно осуществляться полное зацепление кулачков -π/2, рад; рабочую высоту кулачков h_к 40 мм.

Тогда включение УВМ на удар должно произойти за время не более Если принять для простоты, что включение на удар будет осуществляться под действием на ведомую часть ударника постоянной силы, то требуемое ускорение равно В результате требуемая сила должна иметь значение не менее Fma 10 x 312,5 3125 н.

При этом не учитывается наличие сил сопротивления, и в первую очередь действия возвратной пружины, что еще как минимум, в 1.5.2 раза повысит значение требуемой силы включения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является ударно-вращательный механизм (УВМ), содержащий корпус, размещенные в корпусе наковальню с кулачками на одном конце и выходным валом для соединения с рабочим органом машины, ударник, состоящий из ведущей части, кинематически связанной с валом приводного двигателя и ведомой части, имеющей возможность периодического движении относительно ведущей части, устройство управления скоростью соударения и механизм управления ударом, содержащий два элемента, установленные с возможностью периодического взаимодействия друг с другом (см. например, а.с. СССР N 568540, МКИ В 25 B 21/02, 1977).

В этой конструкции ведомая часть ударника выполнена в виде двух промежуточных элементов зацепления, расположенных в радиальных пазах ударника, что позволяет данный УВМ применять в машинах с большой энергией удара. Здесь для перемещения промежуточных элементов в позицию ударного взаимодействия с кулачками наковальни используются центробежные силы, действующие на промежуточные при разгоне ведущей части ударника. Однако, основной недостаток наличие промежуточного тела между ударником и наковальней, по-прежнему имеет место, что снижает КПД УВМ. Конструкция также имеет недостаточную долговечность и надежность работы деталей ударного узла из-за сложной многоэлементной связи в синхронное движение промежуточных элементов. Кроме того, известно, что для цементируемых хромоникелиевых сталей ( типа 12ХН3А и других) допускаемая скорость соударения, при которой в первой же фазе удара наступают пластические деформации на соударяемых поверхностях, не превышает V_c= 10м/c В рассматриваемой конструкции УВМ из соображений прочности и достаточности значений центробежных сил, действующих на промежуточные элементы, размещенные в радиальных пазах ведущего ударника, получается наковальня с кулачками, имеющими увеличенный радиус соударения R_c.

Отсюда появляется ограничение на значение угловой скорости разгона ведомой части ударника ω_c ω_c= v_c/R_c Работа УВМ с пониженным значением ω_c ведет к увеличению массы и габаритов всего УВМ, так как обеспечение требуемой энергии удара напрямую зависит от кинетической энергии УВМ перед ударом, равной где J момент инерции ведущей и ведомой частей ударника.

Из вышеизложенного вытекает, что нужна такая конструкция УВМ, которая была бы аналогична простой схеме молота (ударника) и наковальни. Это возможно, если в конструкции УВМ практически вся кинетическая энергия была бы сосредоточена в ведомой части ударника, а ведущая часть служила бы только для кинематической связи с валом приводного двигателя и разгона ведомой части (ударника), т.е. ведущая часть по аналогии с молотом и наковальней выполняла бы роль рукоятки молота.

Целью изобретения является повышение КПД и долговечности ударно-вращательного механизма (УВМ).

Поставленная цель достигается тем, что в УВМ, содержащем корпус, размещенные в корпусе наковальню с кулачками на одном конце и выходным валом для соединения с рабочим органом машины, ударник, состоящий из ведущей части, кинематически связанной с валом приводного двигателя, и ведомой части, выполненной с возможностью периодического движения относительно ведущей части, устройство управления скоростью соударения и механизм управления ударом, содержащий два элемента, установленные с возможностью периодического взаимодействия друг с другом, согласно изобретению, ведущая часть ударника выполнена в виде водила, установленного в подшипниках корпуса, ведомая часть ударника состоит из двух неполноповоротных бойков, несимметрично установленных на осях водила, имеющих рабочие головки со стороны меньших половинок бойков, каждая из которых выполнена с двумя ударными поверхностями, ответными кулачкам наковальни, в состав устройства управления скоростью соударения входят толкатели, установленные в радиальных отверстиях рабочих головок бойков и сферическими торцами контактирующие с конусом гильзы, установленной подвижно в центральной осевой расточке водила, выполненной с радиальными отверстиями с размещенными в них шариками, взаимодействующими двумя коническими и переходной между ними тороидальной поверхностями, образующими упорный выступ, зафиксированный в осевом направлении относительно корпуса, и с конической поверхностью защелки, снабженной силовой пружиной, в механизме управления ударом первый из двух элементов размещен в наковальне перпендикулярно оси вращения УВМ и вдоль оси, совпадающей с продольной плоскостью симметрии кулачков наковальни, а второй элемент размещен в водиле таким образом, что его продольная ось симметрии совпадает с плоскостью, проходящей через точки на рабочих головках бойков, наиболее близко расположенных к наружной поверхности кулачков наковальни, причем первый элемент, размещенный в наковальне, взаимодействует с деталью, принадлежащей устройству управления скоростью соударения.

В первом варианте выполнения УВМ поставленная цель достигается за счет того, что в УВМ водило выполнено в виде жесткой рамки, дополнительно опирающейся на подшипник выходного вала наковальни, две конические и тороидальная между ними поверхности упорного выступа выполнены на внутренней поверхности осевой расточки водила, защелка с конической поверхностью выполнена за одно целое со штоком, установленным в расточке водила с возможностью только осевого относительного перемещения и силовой пружиной, поджимаемым к торцу гильзы, второй элемент механизма управления ударом выполнен в виде профильного кулачка, представляющим одно целое со штоком защелки и размещенным с зазором в осевом отверстии наковальни, а первый элемент выполнен в виде подпружиненных к центру УВМ плунжеров, размещенных в радиальном отверстии наковальни и взаимодействующих сферическими торцами с поверхностью профильного кулачка и периодически контактирующих цилиндрическими поверхностями с плоскостью буртика, выполненного на штоке и незанятого сечением профильного кулачка
Во втором варианте выполнения УВМ поставленная цель достигается за счет того, что в УВМ водило выполнено в виде жесткой рамки, дополнительно опирающейся на подшипник выходного вала наковальни, две конические и тороидальная между ними поверхности упорного выступа выполнены на внутренней поверхности осевой расточки водила, защелка с конической поверхностью выполнена за одно целое со штоком, установленным в расточке водила с возможностью только осевого относительного перемещения и силовой пружиной, поджимаемым к торцу гильзы, второй элемент механизма управления ударом выполнен в виде ролика, установленного подвижно в радиальном отверстии штока защелки, выполненного со смещенным относительно продольной оси УВМ центром масс, взаимодействующего сферическим торцом с поверхностью цилиндрической расточки наковальни и периодически контактирующего боковой цилиндрической поверхностью с плоскостью буртика расточки наковальни и поверхностью профильного выреза на буртике, причем профильный вырез является первым элементом механизма управления ударом.

В третьем варианте выполнения УВМ поставленная цель достигается за счет того, что в УВМ водило выполнено в виде жесткой рамки, дополнительно опирающейся на подшипник выходного вала наковальни, две конические и тороидальная между ними поверхности упорного выступа выполнена на внутренней поверхности осевой расточки водила, защелка с конической поверхностью выполнена на наружной поверхности втулки, установленной подвижно в расточке гильзы и поджимаемой силовой пружиной к торцу расточки гильзы, а механизм управления ударом выполнен в виде удлинителя, жестко связанного с наковальней, установленного по центральной оси гильзы, взаимодействующего с силовой пружиной через упорный подшипник, снабженного размещенным в радиальном отверстии следящим роликом, являющимся первым элементом механизма управления ударом, выполненным на торце с конусом, переходящим в сферу, причем следящий ролик сферической поверхностью взаимодействует с кулачковой дорожкой, являющейся вторым элементом механизма управления ударом, выполненной в расточке водила и имеющей наименьший диаметральный размер, равный диаметру гильзы, и периодически контактирует цилиндрической и конической поверхностями с торцом цилиндрической части гильзы. В четвертом варианте выполнения УВМ поставленная цель достигается за счет того, что в УВМ защелка с конической поверхностью выполнена на внутренней поверхности обоймы, охватывающей подвижно гильзу и поджимаемой к ней силовой пружиной, упорный выступ, образованный двумя коническими и тороидальной между ними поверхностями, выполнен на цапфе, представляющей одно целое с наковальней, профильный кулачок, являющийся первым элементом механизма управления ударом, также выполнен на цапфе наковальни, а подпружиненные к центру УВМ плунжеры, являющиеся вторым элементом механизма управления ударом, размещены в радиальном отверстии водила, выполнены на торце с конусом, переходящим в сферу, причем плунжеры сферическими поверхностями взаимодействуют с поверхностью профильного кулачка и периодически контактируют цилиндрическими и коническими поверхностями с торцом цилиндрической части гильзы.

В пятом варианте выполнения УВМ поставленная цель достигается за счет того, что в УВМ водило выполнено в виде жесткой рамки, дополнительно опирающейся на подшипник выходного вала наковальни, и за одно целое с осями неполноповоротных бойков, а отверстия в бойках под оси выполнены в виде пазов с внешней стороны, две конические и тороидальная между ними поверхности упорного выступа выполнены на внутренней поверхности осевой расточки водила, защелка с конической поверхностью выполнена за одно целое со штоком, установленным в расточке водила с возможностью только осевого относительного перемещения и силовой пружиной, поджимаемым к торцу гильзы, второй элемент механизма управления ударом выполнен в виде профильного кулачка, представляющим одно целое со штоком защелки и размещенным с зазором в осевом отверстии наковальни, первый элемент выполнен в виде подпружиненных к центру УВМ плунжеров, размещенных в радиальном отверстии наковальни и взаимодействующих сферическими торцами с поверхностью профильного кулачка и периодически контактирующих цилиндрическими поверхностями с плоскостью буртика, выполненного на штоке и незанятого сечением профильного кулачка.

В шестом варианте выполнения УВМ поставленная цель достигается за счет того, что в УВМ водило ведущей части ударника консольно установлено в подшипниковом узле корпуса, а соединение неполноповоротных бойков ведомой части ударника с водилом осуществляется посредством пальцев, проходящих свободно через поперечину водила и вилочные пазы, выполненные в бойках, две конические и тороидальная между ними поверхности упорного выступа выполнены на внутренней поверхности осевой расточки водила, защелка с конической поверхностью выполнена за одно целое со штоком, установленным в расточке водила с возможностью только осевого относительного перемещения и силовой пружиной, поджимаемым к торцу гильзы, второй элемент механизма управления ударом выполнен в виде профильного кулачка, представляющим одно целое со штоком защелки и размещенным с зазором в осевом отверстии наковальни, а первый элемент выполнен в виде подпружиненных к центру УВМ плунжеров, размещенных в радиальном отверстии наковальни и взаимодействующих сферическими торцами с поверхностью профильного кулачка и периодически контактирующих цилиндрическими поверхностями с плоскостью буртика, выполненного на штоке и незанятого сечением профильного кулачка.

Выполнение ведущей части ударника в виде жесткой рамки, а ведомой части ударника в виде двух неполноповоротных бойков,позволяет не менее чем на 20% повысить КПД ударно-вращательного механизма. Это возможно за счет того, что в предложенной конструкции УВМ ведущая часть ударника составляет менее 10% момента инерции ведомой части (бойков), соответственно, такое же соотношение и в распределении кинетической энергии между ведущей и ведомой частями ударника. В результате предложена конструкция УВМ, наиболее близко соответствующая схеме работы молота по наковальне.

Кроме того, параллельно достигается и повышение долговечности деталей УВМ за счет снижения инерционных характеристик ведущей части ударника (рамки) и обеспечения контактирующим деталям в устройстве управления скоростью соударения и механизме управления ударом возможности свободных проворотов в момент удара и после него. Этим обеспечивается контактирование в соединениях каждый раз по новым точкам взаимодействия. В принятой схеме УВМ легко обеспечивается необходимая прочность кулачков наковальни за счет обеспечения соответствующей площади соударения на кулачках. Причем увеличение площади соударения на кулачках не ведет к значительному увеличению радиуса соударения R_c, что при одном и том же значении линейной скорости соударения V_c на кулачках, позволяет работать на угловых скоростях соударения ω_c почти в два раза больших, чем у известных конструкций УВМ, и обладать любым требуемым значением энергии единичного удара (от десятков до десятков тысяч джоулей). Это обеспечивает возможность применения предлагаемого УВМ в большом классе машин и механизмов при осуществлении широкого круга производственных операций.

Предложенные варианты выполнения УВМ объединены в одну заявку, поскольку они связаны единым замыслом и единой целью изобретения. Эти варианты представляют самостоятельные конструкции и могут находить большее или меньшее применение в зависимости от класса машин с УВМ, требований к габаритам и массе, технологии изготовления, применяемых материалов и термообработки, серийности изготовления и др.

Применение сочетания ведущей рамки (водила) и установленных на ее осях бойков в технике известно. Однако выполнение этого узла, работающего в реверсивном ударном режиме, снабженного устройством управления скоростью соударения и механизмом управления геометрией удара, при обеспечении синхронного движения бойков неизвестно. Таким образом, предлагаемое техническое решение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники и отвечает критерию наличия изобретательского уровня.

Предлагаемые варианты УВМ поясняются графическими материалами.

На фиг. 1 изображен УВМ первого варианта в продольном разрезе,
на фиг. 2 разрез А А на фиг. 1;
на фиг. 3 разрез Б Б на фиг. 1;
на фиг. 4 разрез В В на фиг. 2;
на фиг. 5 разрез Г Г на фиг. 2;
на фиг. 6 схематичное изображение ударного взаимодействия бойков с наковальней;
на фиг. 7 схематичное изображение ударного взаимодействия бойков с наковальней при изменении направления вращения приводного двигателя;
на фиг. 8 в увеличенном масштабе элементы устройства управления скоростью соударения;
на фиг. 9 второй вариант выполнения УВМ в продольном разрезе, на фиг. 10 разрез Д Д на фиг. 9;
на фиг. 11 разрез Е Е на фиг. 9;
на фиг. 12 УВМ (третий вариант выполнения), продольный разрез;
на фиг. 13 разрез Ж Ж на фиг. 12;
на фиг. 14 разрез 3 3 на фиг. 12;
на фиг. 15 разрез И И на фиг. 13;
на фиг. 16 УВМ ( четвертый вариант выполнения ), продольный разрез;
на фиг. 17 разрез К К на фиг. 16;
на фиг. 18 разрез Л Л на фиг. 17;
на фиг. 19 УВМ (пятый вариант выполнения), разрез А А на фиг. 1;
на фиг. 20 разрез Б Б на фиг. 1;
на фиг. 21 схема ударного взаимодействия бойков с наковальней при пятом варианте выполнения УВМ;
на фиг. 22 УВМ (шестой вариант выполнения), продольный разрез;
на фиг. 23 разрез М М на фиг. 22;
на фиг. 24 разрез Н Н на фиг. 22.

Ударно-вращательный механизм (УВМ) первого варианта выполнения содержит корпус 1, размещенные в корпусе наковальню 2 с кулачками 3 на одном конце и выходным валом 4 для соединения с рабочим органом 5 машины, ударник, состоящий из ведущей части в виде жесткой рамки 6, установленной на подшипниках 7 корпуса 1 и подшипниках 8 выходного вала 4 наковальни 2 и кинематически связанной с валом 9 приводного двигателя (на рисунках не изображен), и ведомой части, состоящей из двух неполноповоротных бойков 10 с рабочими головками 11, установленными несимметрично на осях 12 рамки 6 и имеющими по две ударные поверхности 13 (это при необходимости реверсивной работы УВМ), которые взаимодействуют с ответными кулачками 3 наковальни 2.

В радиальных отверстиях рабочих головок бойков 11 установлены толкатели 14, сферическими торцами взаимодействующие с конической поверхностью 15 гильзы 16, которая установлена подвижно вдоль центральной осевой расточки 17 рамки 6. В гильзе 16 выполнены радиальные отверстия 18, в которых размещены шарики 19, взаимодействующие с двумя коническими 20 и 21 и переходной между ними тороидальной 22 поверхностями, выполненными на внутренней поверхности расточки 17. Шарики 19 также взаимодействуют с конической поверхностью 23 штока 24, установленного в расточке 17 рамки 6 с возможностью только осевого относительного перемещения. Это обеспечивается с помощью продольных канавок 25 на наружной поверхности штока 24 и шариков 26, входящих в эти канавки и установленных в радиальных отверстиях 27 рамки 6. Шток 24 снабжен силовой пружиной 28, упирается буртиком 29 в гильзу 16 и со стороны наковальни имеет профильный кулачок 30, размещенный с зазором в осевом отверстии 31 наковальни 2. Продольная ось симметрии профильного кулачка 30 совпадает с прямой, проходящей через точки 32 на рабочих головках 11 бойков 10, наиболее близко расположенных к наружной поверхности 33 кулачков 3 наковальни 2. В радиальном ориентированном по кулачкам 3 наковальни отверстии 34 установлены подпружиненные к центру плунжеры 35, взаимодействующие сферическими торцами 36 с поверхностью 37 профильного кулачка 30 и периодически взаимодействующие цилиндрическими поверхностями с плоскостью буртика 38, выполненного на штоке 24 и незанятого сечением профильного кулачка 30.

Во втором варианте УВМ механизм управления ударом состоит из ролика 39 со смещенным относительно продольной оси центром масс, установленного подвижно в радиальном отверстии 40 штока 24 и цилиндрической расточки 41, на плоскости буртика 42 которой выполнен профильный вырез 43. Профильный симметричный вырез 43 расположен напротив одного из кулачков 3 наковальни 2. Ось отверстия 40 в штоке 24 под ролик 39 лежит в одной плоскости с прямой, проходящей через точки 32 на рабочих головках 11 бойков 10, наиболее близко расположенных к наружной поверхности 33 кулачков 3 наковальни 2. Ролик 39 сферическим торцом 44 взаимодействует с цилиндрической поверхностью 45 расточки 41 и периодически контактирует своей боковой цилиндрической поверхностью с плоскостью буртика 42 и поверхностью профильного выреза 43 на буртике 42. В остальном конструкция по второму варианту аналогична первому варианту УВМ.

В третьем варианте УВМ в устройстве управления скоростью соударения коническая поверхность 23, взаимодействующая с шариками 19, выполнена на наружной поверхности втулки 46, установленной подвижно в расточке 47 гильзы 16 и через силовую пружину 28 поджатой к торцу 48 расточки гильзы. Механизм управления ударом состоит из удлинителя 49, жестко связанного с наковальней 2, являющегося ее продолжением и взаимодействующего через упорный подшипник 50 с силовой пружиной 28. На свободном конце удлинителя 49 в радиальном отверстии 51, ориентированном подобно кулачкам 3 наковальни 2, размещен поджимаемый от центра пружиной 52 следящий ролик 53, который выполнен на торце с конусом, переходящим в сферу 54. Следящий ролик 53 сферической поверхностью 54 взаимодействует с профильной дорожкой 55, выполненной в расточке 17 рамки 6, имеющей наименьший диаметральный размер, равный диаметру гильзы 16 и расположенный на прямой, соединяющей точки 32 на рабочих головках 11 бойков 10, наиболее близко расположенных к наружной поверхности 33 кулачков 3 наковальни 2, а также следящий ролик 53 периодически контактирует своей боковой цилиндрической и конической поверхностями с торцом 56 гильзы 16. Исходя из условий сборки УВМ, жесткая связь удлинителя 49 с наковальней 2 выполнена в виде штифта 57, размещенного в радиальном отверстии наковальни и выполненного с коническим отверстием, взаимодействующим с ответным конусом защелки 58, поджимаемой пружиной 59. Для разборки этого узла предусмотрено сквозное отверстие 60. В остальном конструкция по третьему варианту аналогична первому варианту УВМ.

В четвертом варианте УВМ в устройстве управления скоростью соударения коническая поверхность 23, взаимодействующая с шариками 19, выполнена на внутренней поверхности обоймы 61, которая подвижно охватывает гильзу 16 и поджимается к ней силовыми пружинами 28 через направляющие втулки 62, установленные в отверстиях 63 рамки 6. Две конические 20 и 21 и тороидальная 22 между ними поверхности выполнены за одно целое с наковальней 2. За одно целое с наковальней 2 выполнен также профильный кулачок 30 механизма управления ударом и продольная ось кулачка 30 ориентирована аналогично кулачкам 3 наковальни 2, а подпружиненные к центру УВМ плунжеры 35 размещены в радиальном отверстии 64 рамки 6, ось которого лежит в одной плоскости с прямой, проходящей через точки 32 головок 11 бойков 10, наиболее близко расположенных к наружной поверхности 33 кулачков 3 наковальни 2. В остальном конструкция по четвертому варианту УВМ аналогична первому. В пятом варианте УВМ ведущая часть ударника в виде рамки 6 выполнена за одно целое с осями 12 неполноповоротных бойков 10, а отверстия в бойках 10 под оси 12 выполнены в форме пазов 65, открытых с внешней стороны бойков 10. В остальном конструкция по пятому варианту аналогична первому варианту УВМ.

В шестом варианте УЕМ ведущая часть ударника выполнена в виде водила 66, консольно установленного в подшипниковом узле 7 корпуса 1. Неполноповоротные бойки 10 ведомой части ударника связаны с водилом 66 посредством пальцев 67, которые проходят через поперечину 68 водила 66 и вилочные пазы 69, выполненные в бойках 10. В остальном конструкция по шестому варианту аналогична первому варианту УВМ.

Ударно-вращательный механизм (УВМ) работает следующим образом.

Жесткая рамка 6 (ведущая часть ударника) получает вращение в ту или иную сторону от вала 9 приводного двигателя. С ростом угловой скорости вращения рамки 6 возрастают и центробежные силы, действующие на неполноповоротные бойки 10. Под действием центробежных сил из-за несимметричной установки бойков 10 на осях 12 рамки 6 бойки 10 стремятся повернуться вокруг осей 12 в одну и ту же сторону независимо от направления вращения вала 9 приводного двигателя. Однако, на всем этапе разгона рамки 6 до достижения заданной угловой скорости соударения бойки 10 должны оставаться в исходном положении относительно рамки 6. При этом между точками кромок 32 головок 11 бойков 10 и наружной поверхностью 33 наковальни 2 установлен начальный определенный зазор. Указанное условие достигается тем, что толкатели 14 своими сферическими торцами взаимодействуют с конической поверхностью 15 гильзы 16, на которую через шток 24, буртик 29 и шариковый замок устройства управления скоростью соударения передается с усилением воздействию силовой предварительно напряженной пружины 28. Шариковый подпружиненный замок состоит из шариков 19, размещенных в радиальных отверстиях 18 гильзы 16 и упирающихся с одной стороны в конус 23 штока 24, а с другой в коническую поверхность 20 расточки 17 рамки 6.

Предварительное усилие силовой пружины 28, углы конусов 23 и 20, диаметр шариков 19 и толщина стенки гильзы 16 под шарики 19 подбираются таким образом, что срабатывание шарикового замка произойдет при достижении заданной угловой скорости, когда центробежные силы, действующие на бойки 10, достигнут такой величины, что осевое усилие, передаваемое от них на шток 24, способно будет теперь преодолеть сопротивление пружины 28 и утопить шарики 19, скользящие по конусной поверхности 20, в отверстия 18 гильзы 16.

Причем, как только шарики 19 несколько сместятся по отношению к расточке 17 рамки 6, то они перейдут с конусной поверхности 20 на тороидальную поверхность 22, соединяющую конусные поверхности 20 и 21. Благодаря переходу на тороидальную поверхность, шарики 19 будут легко задавлены в радиальные отверстия 18 гильзы 16. В результате бойки 10 начнут быстрый поворот в позицию ударного взаимодействия поверхностей 13 рабочих головок 11 бойков 10 с кулачками 3 наковальни 2.

Однако, указанный быстрый поворот бойков 10 станет возможным лишь в строго определенном относительном положении между кромками 32 и кулачками 3 наковальни 2, а именно, когда кромки 32 при вращении бойков 10 с рамкой 6 будут проходить над наружной поверхностью 33 наковальни 2. Это обеспечивается с помощью механизма управления ударом, который устраняет возможность кромочных ударов между бойками 10 и кулачками 3 наковальни 2. Во время процесса разгона ударника (рамки 6 и бойков 10) плунжеры 35 в наковальне 2 постоянно контактируют с профильным кулачком 30 и совершают при этом колебательное возвратно-поступательное движение в наковальне 2. При закрытом шариковом замке между боковыми поверхностями плунжеров 35 и плоскостью буртика 38, выполненного на штоке 24 и незанятого сечением профильного кулачка 30, имеет место определенный небольшой зазор. В момент начала быстрого поворота бойков 10 при переходе шариков 19 на тороидальную поверхность 22 шток 24 под действием шариков 19 на конус 23 начнет движение от наковальни 2, сжимая силовую пружину 28, и сразу же своим буртиком 38 у профильного кулачка 30 наткнется на боковые поверхности плунжеров 35. Это вызовет остановку движения штока 24 и, следовательно, поворот бойков 10 до тех пор, пока профильный кулачок 30, продолжая вращение вместе с рамкой 6, не разомкнет плунжеры 35 с буртиком 38 штока 24. Такое взаимодействие произойдет тогда, когда кромки 32 головок 11 бойков 10 будут находиться перед наружными поверхностями 33 наковальни 2. В результате будет продолжен быстрый поворот бойков 10 вокруг своих осей 12 и при дальнейшем вращении рамки 6 накопленная в основном бойками 10 кинетическая энергия посредством удара передается через кулачки наковальни 2 и выходной вал 4 на рабочий орган 5 машины.

После удара угловая скорость бойков 10 упадет практически до нуля. Действие центробежных сил прекратится. Силовая пружина 28 вернет шток 24 и связанные с ним детали в исходное положение. Благодаря малой конусности поверхности 21 шарики 19 будут легко задавлены этой же пружиной 28 в радиальные отверстия 18 гильзы 16 при переходе через тороидальную поверхность 22 на коническую 20. При этом конус 15 гильзы 16, воздействуя на толкатели 14, повернет назад в исходное положение бойки 10 до упора их в рамку 6. Бойки 10 вновь окажутся на подпружиненном шариковом замке. Под действием момента приводного двигателя начнется новый разгон ударника (рамки 6 и бойков 10). УВМ будет наносить удары по наковальне до тех пор, пока не будет отключен двигатель.

Энергия единичного удара УВМ, зависящая в основном от момента инерции бойков 10 и их угловой скорости при ударе, устанавливается при проектировании УВМ заранее, соответственно создается предварительно необходимое усилие пружины 28, обеспечивающее срабатывание УВМ при достижении заданной скорости соударения.

УВМ второго варианта выполнения работает аналогично первому варианту, кроме механизма управления ударом. При закрытом шариковом замке во время разгона рамки 6 с бойками 10 ролик 39, установленный в радиальном отверстии штока 24 и имеющий смещенный относительно продольной оси УВМ центр масс, под действием центробежных сил прижимается сферическим торцом 44 к цилиндрической поверхности 45 расточки 41, скользя по ней. Между боковой цилиндрической поверхностью ролика 39 и плоскостью буртика 42 расточки 41 установлен некоторый зазор, который сохраняется на этапе разгона бойков 10. Если после срабатывания шарикового замка устройства управления скоростью соударения ролик 39 сразу окажется напротив профильного выреза 43 на выходе из расточки 41 наковальни 2, то шток 24 и все связанные с ним детали получат возможность быстрого перемещения, включая и неполноповоротные бойки 10. Причем поворот бойков 10 в позицию ударного взаимодействия с кулачками 3 наковальни начнется, когда кромки 33 головок 11 бойков 10 будут располагаться перед наружной поверхностью 33 наковальни 2.2 Если ролик 39 своей боковой поверхностью натолкнется на плоскость буртика 42 расточки 41 наковальни 2, то начатое движение штока 24, а, следовательно, и бойков 10 будет приостановлено до тех пор, пока рамка 6 повернется еще относительно неподвижной наковальни 2 настолько, что бойки 10 займут по отношению к кулачкам 3 наковальни положение, обеспечивающее правильное зацепление кулачков 3 и бойков 10 в момент удара. В этом положении ролик 39 провалится в пространство профильного выреза 43, что позволит бойкам 10 продолжить свой ускоренный поворот вокруг осей 12 для нанесения удара по кулачкам 3 наковальни. УВМ третьего варианта выполнения работает аналогично первому варианту.

При срабатывании шарикового замка в третьем варианте выполнения УВМ начнется ускоренный поворот бойков 10 в позицию удара по кулачкам 3 наковальни 2 и осевое перемещений гильзы 16 в расточке 17 рамки 6. Здесь работа механизма управления ударом состоит в следующем. В процессе разгона рамки 6 с бойками 10 следящий ролик 53, установленный подпружиненным в радиальном отверстии удлинителя 49 наковальни 2, скользит своим сферическим торцом 54 по профильной дорожке 55, выполненной в расточке 17 рамки 6. Следящий ролик 53 при этом совершает колебательное возвратно-поступательное движение относительно отверстия удлинителя 41. Гильза 16 своим торцом 56 после срабатывания шарикового замка начнет взаимодействовать с боковой цилиндрической поверхностью следящего ролика 53, в результате движение гильзы 16 приостановится до тех пор, пока профильная дорожка 55 на участке приближения не сместит следящий ролик 53 к центру УВМ на такую величину, что с торцом 56 начнет взаимодействовать коническая поверхность следящего ролика 53. За счет этого следящий ролик 53 еще дальше будет смещен торцом 56 к центру УВМ и гильза 16 получит возможность дальнейшего осевого движения в расточке 17 рамки 6. Продолжат ускоренный поворот в позицию удара и бойки 10. Причем расположение и форма профильной дорожки 55 таковы, что освобождение торца 56 гильзы 16 произойдет только тогда, когда кромки 32 головок 11 бойков 10 будут располагаться перед наружной поверхностью 33 наковальни 2.

В целом УВМ четвертого варианта работает аналогично первому варианту, кроме механизма управления ударом. Здесь профильный кулачок 30, выполненный за одно целое с наковальней 2 и ориентированный продольной осью подобно расположению кулачков 3 наковальни 2, взаимодействует с плунжерами 35, подпружиненными к центру УВМ и установленными в радиальном отверстии 64 рамки 6. В дальнейшем работа механизма управления ударом подобна работе такого механизма в третьем варианте УВМ.

Работа пятого и шестого вариантов УВМ полностью аналогична работе первого варианта. 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Формула изобретения

1. Ударно-вращательный механизм (УВМ), содержащий корпус, размещенные в корпусе наковальню с кулачками на одном конце и выходным валом для соединения с рабочим органом машины, ударник, состоящий из ведущей части, кинематически связанной с валом приводного двигателя, и ведомой части, выполненной с возможностью периодического движения относительно ведущей части, устройство управления скоростью соударения и механизм управления ударом, содержащий два элемента, установленные с возможностью взаимодействия друг с другом, отличающийся тем, что ведущая часть ударника выполнена в виде водила, установленного в подшипниках корпуса, ведомая часть ударника состоит из двух неполноповоротных бойков, несимметрично установленных на осях водила, имеющих рабочие головки со стороны меньших половинок бойков, каждая из которых выполнена с двумя ударными поверхностями, ответными кулачкам наковальни, в состав устройства управления скоростью соударения входят толкатели, установленные в радиальных отверстиях рабочих головок бойков и сферическими торцами контактирующие с конусом гильзы, установленной подвижно в центральной осевой расточке водила, выполненной с радиальными отверстиями с размещенными в них шариками, взаимодействующими с двумя коническими и переходной между ними тороидальной поверхностями, образующими упорный выступ, зафиксированный в осевом направлении относительно корпуса, и с конической поверхностью защелки, снабженной силовой пружиной, в механизме управления ударом первый из двух элементов размещен в наковальне перпендикулярно оси вращения УВМ и вдоль оси, совпадающей с продольной плоскостью симметрии кулачков наковальни, а второй элемент размещен в водиле таким образом, что его продольная ось симметрии совпадает с плоскостью, проходящей через точки на рабочих головках бойков, наиболее близко расположенных к наружной поверхности кулачков наковальни.

2. УВМ по п.1, отличающийся тем, что водило выполнено в виде жесткой рамки, дополнительно опирающейся на подшипник выходного вала наковальни.

3. УВМ по п.1, отличающийся тем, что две конические и тороидальная между ними поверхность упорного выступа выполнены на внутренней поверхности осевой расточки водила.

4. УВМ по п.1, отличающийся тем, что защелка с конической поверхностью жестко связана со штоком, установленным в расточке водила с возможностью только осевого относительного перемещения, силовой пружиной поджимаемым к торцу гильзы.

5. УВМ по п.1, отличающийся тем, что второй элемент механизма управления ударом выполнен в виде профильного кулачка, представляющего одно целое со штоком защелки и размещенного с зазором в осевом отверстии наковальни, а первый элемент выполнен в виде подпружиненных к центру УВМ плунжеров, размещенных в радиальном отверстии наковальни и взаимодействующих сферическими торцами с поверхностью профильного кулачка и периодически контактирующих цилиндрическими поверхностями с плоскостью буртика, образованного при выполнении профильного кулачка на цилиндрическом штоке.

6. УВМ по пп.1 4, отличающийся тем, что второй элемент механизма управления ударом выполнен в виде ролика, установленного подвижно в радиальном отверстии штока защелки, выполненного со смещенным относительно продольной оси УВМ центром масс, взаимодействующего сферическим торцом с поверхностью цилиндрической расточки наковальни и периодически контактирующего боковой цилиндрической поверхностью с плоскостью буртика расточки наковальни и поверхностью профильного выреза на буртике, который является первым элементом механизма управления ударом.

7. УВМ по пп. 1 3, отличающийся тем, что защелка с конической поверхностью выполнена на наружной поверхности втулки, установленной подвижно в расточке гильзы и поджимаемой силовой пружиной к торцу расточки гильзы, а механизм управления ударом выполнен в виде удлинителя, жестко связанного с наковальней, установленного по центральной оси гильзы, взаимодействующего с силовой пружиной через упорный подшипник, снабженного размещенным в радиальном отверстии следящим роликом, являющимся первым элементом механизма управления ударом, выполненным на торце с конусом, переходящим в сферу, причем следящий ролик сферической поверхностью взаимодействует с кулачковой дорожкой, выполненной в водиле, являющимся вторым элементом механизма управления ударом и имеющим наименьший диаметр кулачковой дорожки, равный диаметру гильзы, и периодически контактирует цилиндрической и конической поверхностями с торцом цилиндрической части гильзы.

8. УВМ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что упорный выступ, образованный двумя коническими и тороидальной между ними поверхностями, выполнен на цапфе, представляющей одно целое с наковальней, профильный кулачок, являющийся первым элементом механизма управления ударом, также выполнен на цапфе наковальни, а подпружиненные к центру УВМ плунжеры, являющиеся вторым элементом механизма управления ударом, размещены в радиальном отверстии водила, выполнены на торце с конусом, переходящим в сферу, причем плунжеры сферическими поверхностями взаимодействуют с поверхностью профильного кулачка и периодически контактируют цилиндрическими и коническими поверхностями с торцом цилиндрической части гильзы.

9. УВМ по пп. 1 5, отличающийся тем, что водило выполнено за одно целое с осями неполноповоротных бойков, а отверстия в бойках под оси выполнены в виде пазов с внешней стороны.

10. УВМ по пп.1 и 3 5, отличающийся тем, что водило ведущей части ударника консольно установлено в подшипниковом узле корпуса, а соединение неполноповоротных бойков ведомой части ударника с водилом осуществляется посредством пальцев, проходящих свободно через поперечину водила и вилочные пазы, выполненные в бойках.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24