Устройство для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное

 

Использование: в машиностроении при проектировании устройств для преобразования вращательного движения (вала) в возвратно-поступательное движение (поршня) и наоборот. Сущность изобретения: в поршне углубление под шарик сделано овально-сферическим и шарик размещен в нем с образованием замкнутой полости, заполненной смазкой. Поршень снабжен устройством фиксации от проворота относительно корпуса в виде шарика, размещенного в выполненном на внутренней поверхности корпуса овально-сферическом углублении с возможностью взаимодействия с продольным пазом поршня, или в виде шарика, размещенного в выполненном на наружной поверхности поршня овально-сферическом углублении и противолежащего шарику, размещенному в криволинейном пазу кулачка, с возможностью взаимодействия с продольным пазом на внутренней поверхности корпуса. 5 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, и может быть использовано в качестве пневмо/гидро/насоса, преобразующего механическую энергию приводного механизма в потенциальную энергию рабочей среды, либо в качестве двигателя, преобразующего энергию рабочей среды в механическую энергию с получением на выходном элементе крутящего момента.

Наиболее близким к изобретению является устройство для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, содержащее корпус, поршень, размещенный в нем с образованием, по меньшей мере, одной рабочей камеры и имеющий осевую расточку, в которой установлен приводной кулачок с криволинейным замкнутым пазом на наружной поверхности и размещенным в пазу элементом ведения в виде шарика, причем на внутренней поверхности поршня выполнено углубление под шарик [1] К недостаткам указанного устройства следует отнести его низкую технологичность, обусловленную необходимостью изготовления с высокой точностью боковых поверхностей криволинейного паза для обеспечения линейного контакта с шариком, что диктуется допустимыми контактными напряжениями, а также потери на трение в кинематической паре криволинейный паз тело качения.

Техническим результатом, получаемым от применения изобретения, является: повышение КПД и технологичности устройства, а также возможность изменения рабочих характеристик устройства /ход поршня или скорость вращения кулачка/. Этот результат достигается за счет усовершенствования приводного узла шарики-пазы, а также за счет наличия устройства фиксации поршня от проворота.

На фиг. 1 представлено устройство для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, продольный разрез; на фиг. 2 то же, с устройством для фиксации поршня от проворота; на фиг. 3 то же со втулкой, выполненной в виде стакана с фигурным дном.

Устройство для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное содержит корпус 1 с торцовой крышкой 2, в которой выполнены каналы 3, 4 подвода и отвода рабочей среды. В корпусе 1 с образованием рабочей камеры 5 размещен поршень 6, выполненный с осевой расточкой 7 для размещения приводного кулачка 8. Кулачок 8 выполнен с замкнутым криволинейным пазом 9 на наружной поверхности 10, с которым взаимодействует шарик 11, установленный во втулке 12, закрепленной в отверстии 13 поршня 6, причем шарик 11 установлен в углублении 14 втулки 12, выполненном овально-сферическим с образованием с шариком 11 замкнутой полости 15, заполненной смазкой, для удержания которой поверхность углубления 14 выполнена с микрошероховатостью. Максимальная глубина полости 15 в сечении, проходящем через оси симметрии углубления 14 и шарика 11, составляет от 15 мк до 60 мк, что обеспечивает наиболее благоприятные условия смазки, а соответственно и уменьшается механических потерь и увеличение КПД. Поршень 6 зафиксирован от проворота относительно корпуса 1 при помощи шарика 16, взаимодействующего с прямолинейным пазом 17, причем этот паз может быть выполнен в корпусе 1 (фиг. 2) или в поршне 6 (фиг. 1, 3), соответственно шарик 16 размещается в углублении втулки 18 корпуса 1 или втулки 12 поршня 6, а углубление под шарик 16 устройства фиксации выполняется аналогично вышеописанному. Втулки 12, 18 могут быть выполнены в виде стакана 19 с фигурным пазом 20, образующим полость для размещения шариков 11, 16, причем фигурное дно 20, выполненное в виде тонкостенной металлической мембраны, при установке в соответствующее отверстие поршня 6 или корпуса 1 образуют пружинный элемент, обеспечивающий создание избыточного давления в полости 15, что улучшает условия смазки. При использовании устройства в качестве насоса в каналах 3, 4 торцовой крышки 2 устанавливаются всасывающий и нагнетательный клапаны 21, 22 соответственно. Изменение рабочих характеристик устройства обеспечивается сменой кулачка 8, что обеспечивает за счет изменения траектории замкнутого криволинейного паза 9 изменение перекачиваемого объема при работе устройства в режиме насоса либо изменение частоты вращения выходного элемента при работе устройства в режиме двигателя.

Устройство работает следующим образом.

При работе в режиме насоса приводным элементом является кулачок 8. При его повороте шарик 11, перемещаясь в замкнутом криволинейном пазу 9, обеспечивает возвратно-поступательное перемещение поршня 6, зафиксированного от проворота, при этом перемещение поршня 6 влево (по чертежу) вызывает увеличение рабочей камеры 5, обеспечивая за счет разряжения в ней открытие всасывающего клапана 21 и ее заполнение рабочей среды. При обработанном ходе поршня 6 объем камеры 5 уменьшается, давление в ней увеличивается, что вызывает закрытие всасывающего клапана 21 и открытие нагнетательного клапана 22.

При работе устройства в режиме двигателя изменение давления в рабочей камере 5 от избыточного вакуума обеспечивает возвратно-поступательное перемещение поршня 6, зафиксированного от проворота относительно корпуса 1, и за счет взаимодействия шарика 11 с замкнутым криволинейным пазом 9, непрерывное одностороннее вращение кулачка 8.

Формула изобретения

1. Устройство для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, содержащее корпус, поршень, размещенный в нем с образованием по меньшей мере одной рабочей камеры и имеющий осевую расточку, в которой установлен приводной кулачок с криволинейным замкнутым пазом на наружной поверхности и размещенным в пазу элементом ведения в виде шарика, причем на внутренней поверхности поршня выполнено углубление под шарик, отличающееся тем, что углубление под шарик в поршне выполнено овально-сферическим и шарик размещен в нем с образованием замкнутой полости, заполненной смазкой, а поршень снабжен устройством фиксации от проворота относительно корпуса, при этом максимальная глубина полости, заполненной смазкой, в сечении, проходящем через ось симметрии овально-сферического углубления и шарика, составляет 15 60 мк.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство фиксации выполнено в виде шарика, размещенного в выполненном на внутренней поверхности корпуса овально-сферическом углублении с возможностью взаимодействия с продольным пазом, выполненным на наружной поверхности поршня.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство фиксации выполнено в виде шарика, размещенного в выполненном на наружной поверхности поршня овально-сферическом углублении и противолежащего шарику, размещенному в криволинейном пазу кулачка, с возможностью взаимодействия с продольным пазом, выполненным на внутренней поверхности корпуса.

4. Устройство по пп. 1 3, отличающееся тем, что углубления под шарики выполнены во втулках, закрепленных в радиальных отверстиях, выполненных в поршне и корпусе, причем поверхности углублений выполнены шероховатыми.

5. Устройство по пп.1, 2 и 4, отличающееся тем, что каждая втулка выполнена в виде стакана с фигурным дном, образующим углубление под шарик, и установлена в отверстии с образованием дном пружинного элемента.

6. Устройство по пп. 1 и 4, отличающееся тем, что втулки выполнены из бронзы методом литья.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3