Устройство для преобразования вращательного движения в сложное движение

 

Изобретение относится к машиностроению. Посредством пары некруглых колес выходной элемент получает возвратно-поступательное движение вдоль оси выходного вала. Посредством шариковой винтовой направляющей, выполненной в паре выходной вал - направляющий шток, выходной элемент получает возвратно-вращательное движение вокруг оси выходного вала. Посредством сателлитов, сцепленных с двухвенцовым коническим зубчатым колесом, выходной элемент получает возвратно-вращательное движение вокруг оси. Посредством трехзвенной конической зубчатой передачи центральное колесо - некруглые шестерни подпружиненный выходной элемент получает возвратно-поступательное движение вдоль оси. Посредством зубчатых передач, кривошипно-шатунного механизма, коромысла, находящегося в зубчатом зацеплении с направляющим штоком, выходной элемент получает планетарное колебательное движение вокруг оси входного вала привода. Таким образом, устройство позволяет выходному элементу одновременно совершать пять движений, в том числе планетарное колебательное. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению.

Известно устройство для преобразования вращательного движения выходного вала, содержащее входной, выходной и промежуточные валы, механизм преобразования движения, включающий пару некруглых конических зубчатых колес, коническую зубчатую передачу для связи некруглых колес с выходным валом, привод и насадку, жестко закрепленную на одном из концов выходного вала и состоящую из втулки с П-образной прорезью, установленного в ней выходного элемента, жестко закрепленного на оси, установленной во втулке на подшипниках перпендикулярно к оси выходного вала, установленных на концах оси двух сателлитов, входящего в зацепление с первым сателлитом зубчатого конического колеса с внутренним зацеплением, в корпусе выполнены параллельно оси выходного вала направляющие, а зубчатое коническое колесо с внутренним зацеплением установлено в них соосно с выходным валом с возможностью осевого перемещения и снабжено дополнительным коническим зубчатым венцом с наружным зацеплением, предназначенным для зацепления с вторым сателлитом, при этом передаточные отношения пар, образованных двухвенцовым коническим колесом с первым и вторым сателлитами, выбраны одинаковыми, а привод установлен соосно между некруглыми колесами (патент РФ N 2027928, кл.6 F 16 H 37/16,1995 г.).

Известное устройство обладает недостаточными кинематическими возможностями.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для преобразования вращательного движения в сложное движение, содержащее входной, выходной и промежуточные валы, механизм преобразования движения, включающий пару круглых конических зубчатых колес с соединенными между собой ступицами, установленных на выходном валу, две пары некруглых конических зубчатых колес, установленных на промежуточных валах и зацепляющихся с круглыми коническими колесами, привод и насадку, жестко закрепленную на одном из концов выходного вала и состоящую из втулки с П-образной прорезью, оси, установленной во втулке на подшипниках перпендикулярно к оси выходного вала, двух сателлитов, установленных на концах оси, при этом один из сателлитов установлен жестко на оси, в корпусе выполнены параллельно оси выходного вала направляющие, в которых установлено соосно с выходным валом с возможностью осевого перемещения дополнительное коническое зубчатое колесо, кинематически связанное с двумя сателлитами, другой сателлит закреплен на оси с возможностью вращения, а устройство снабжено выходным элементом, выполненным в виде стакана, концентрично установленного на оси и связанного с ней шлицевым соединением, трехзвенной конической зубчатой передачей, включающей водило, установленное на оси стакана с возможностью вращения и жестко закрепленное на втулке, центральное колесо, концентрично и жестко установленное с внутренней стороны на днище стакана, и две ведомые некруглые шестерни, установленные на водиле с возможностью вращения (патент РФ N 2016294, кл.5 F 16 H 37/16, 1994 г., прототип).

Однако данное устройство также обладает недостаточными кинетическими возможностями.

Техническим результатом изобретения является повышение кинетических возможностей за счет придания устройству дополнительного планетарного колебательного движения.

Этот результат достигается тем, что устройство для преобразования вращательного движения в сложное движение, содержащее входной, выходной и промежуточные валы, механизм преобразования движения, включающий пару выполненных за одно целое с установленными в корпусе промежуточными валами некруглых колес, связанных посредством траверсы с выходным валом, привод, установленный соосно между некруглыми колесами, и насадку, жестко закрепленную на одном из концов выходного вала и состоящую из втулки с П-образной прорезью, установленного в ней выходного элемента, закрепленного на оси, установленной во втулке на подшипниках перпендикулярно к оси выходного вала, установленных на концах оси и жестко связанных с ней двух сателлитов, входящих в зацепление с двухвенцовым зубчатым коническим колесом, выполненным с наружным и внутренним зацеплением, установленным с возможностью перемещения соосно с выходным валом в направляющих, выполненных в корпусе, при этом передаточные отношения зубчатых пар, образованных двухвенцовым коническим колесом с первым и вторым сателлитами выбраны одинаковыми, выходной вал выполнен полым и сопряжен с направляющим штоком, установленным на приводе, устройство снабжено кривошипно-шатунным механизмом, коромыслом и парой зубчатых передач, предназначенных для связи привода с кривошипом, а также шариковой винтовой направляющей в виде винтовых канавок, выполненных на внутренней поверхности выходного вала, контактирующих с шариками, расположенными в выполненных на направляющем штоке углублениях, коромысло установлено в корпусе с возможностью возвратно-вращательного движения, один конец коромысла шарнирно соединен с шатуном, а на другом конце его установлен зубчатый сектор, находящийся в зацеплении с зубчатым сектором, которым снабжен направляющий шток, причем, плечо коромысла, соединенного с шатуном, в два раза больше радиуса кривошипа, двухвенцовое зубчатое коническое колесо выполнено с опорными пальцами, а направляющие корпуса выполнены изогнутыми в соответствии с траекторией движения последних, устройство снабжено также механизмами свободного хода с одинаковым направлением заклинивания, устанавливаемыми в кинематических цепях, связывающих входной вал с кривошипом, и предназначенными для селективного управления планетарным колебательным движением выходного элемента.

На фиг. 1 схематично изображен общий вид предложенного устройства, продольный разрез; на фиг. 2 - вспомогательный чертеж, поясняющий текст.

Устройство для преобразования вращательного движения в сложное содержит входной 1, выходной 2 и промежуточные 3 валы, механизм преобразования движения, включающий пару выполненных за одно целое с промежуточными валами 3 некруглых колес 4 и 5, связанных посредством траверсы 8 с выходным валом 2, привод 6, насадку 7, жестко закрепленную на одном из концов выходного вала 2. На концах траверсы 8 установлены подшипники 9 качения, а посередине выполнено центральное отверстие, сквозь которое с возможностью вращения и продольного перемещения проходит выходной вал 2. Насадка 7 включает втулку 10 с П-образной прорезью, установленную в ней на подшипниках перпендикулярно к оси выходного вала 2 ось 11, жестко установленные на концах этой оси два сателлита 12 и 13, подпружиненный выходной элемент 14, выполненный в виде стакана, концентрично установленного на оси 11, и трехзвенную коническую зубчатую передачу, которая состоит из водила 15, центрального колеса 16 и двух ведомых некруглых шестерен 17, установленных на водиле 15 с возможностью вращения. Водило 15 установлено с возможностью вращения на ступице выходного элемента 14 и одновременно жестко закреплено на втулке 10. Центральное колесо 16 концентрично и жестко закреплено с внутренней стороны на днище стакана 14. В корпусе 18 выполнены направляющие 19, в которых установлено с возможностью поступательного перемещения двухвенцовое коническое зубчатое колесо 20 с внутренним и наружным зацеплением, входящее в зацепление с сателлитами 12 и 13. Передаточные отношения конического колеса 20 с сателлитами 12 и 13 одинаковы. Сателлиты 12 и 13 вращаются в одну сторону и оба участвуют в передаче вращающего момента. Два вылета привода 6 жестко соединяются с валами некруглых колес 4 и 5. Привод 6 соосно размещен между некруглыми колесами 4 и 5, валы 3 которых с возможностью вращения установлены в корпусе 18. Выходной вал 2 выполнен полым и сопряжен с направляющим штоком 21, который с возможностью вращения установлен на входном валу 1 и снабжен зубчатым сектором.

Устройство снабжено шариковой винтовой направляющей в виде винтовых канавок, выполненных на внутренней поверхности выходного вала 2, контактирующих с шариками, расположенными в углублениях, выполненных на поверхности направляющего штока 21.

Некруглые колеса 4 и 5 выполнены с внутренними цилиндрическими поверхностями для взаимодействия с подшипниками 9 качения. Для передачи поступательного перемещения коническому колесу 20 на его поверхности с внутренней стороны выполнен цилиндрический паз 22, в котором размещены опорные пальцы 23 втулки 10.

Устройство снабжено парой двухзвенных зубчатых передач 24-25 и 26-27, шатунно-кривошипным механизмом 28-29 и коромыслом 30. Зубчатые передачи 24-25 и 26-27 предназначены для связи входного вала 1 с кривошипом 29. Коромысло 30 установлено в корпусе 18 с возможностью возвратно-вращательного движения, на одном конце снабжено зубчатым сектором, находящимся в зацеплении с зубчатым сектором направляющего штока 21, другим концом шарнирно соединено с шатуном 28. Соединенное с шатуном 28 плечо коромысла 30 в два раза больше радиуса кривошипа 29.

Устройство может быть снабжено механизмами 31 и 32 свободного хода, предназначенными для селективного управления планетарным колебательным движением выходного элемента 14 и устанавливаемыми в кинематических цепях, связывающих входной вал 1 с кривошипом 29 (например на колесах 24 и 26).

Устройство работает следующим образом. При включении привода 6 вращение от входного вала 1 передается некруглым колесам 4 и 5, которые при этом вращаются в одну сторону. При повороте на угол 0 - 180^o они перемещают траверсу 8 и связанный с ней выходной вал 2 в крайнее нижнее положение. При дальнейшем повороте колес 4 и 5 на угол 180 - 360^o траверса 8 с выходным валом 2 перемещается в обратном направлении в крайнее верхнее положение и т.д. Таким образом, выходной вал 2 совершает возвратно-поступательное движение на величину, равную эксцентриситету некруглых колес 4 и 5.

Выходной вал 2 при своем возвратно-поступательном движении, ввиду наличия шариковой винтовой направляющей, получает также и возвратно-вращательное движение. При этом число оборотов вала 2 за один ход определяется шагом винтовых канавок и величиной эксцентриситета некруглых колес 4 и 5. Вместе с выходным валом 2 возвратно-вращательное движение получает и насадка 7 с осью 11. Жестко связанные с осью 11 сателлиты 12 и 13 ввиду сцепления с коническим колесом 20 также начинают двигаться возвратно-вращательно, передавая это движение оси 11. В результате выходной элемент 14 наряду с возвратно-поступательным движением вдоль оси выходного вала 2 и возвратно-вращательным движением вокруг оси этого же вала получает также и возвратно-вращательное движение вокруг оси 11. При этом жестко связанное с ним центральное колесо 16 приводит в возвратно-вращательное движение и некруглые шестерни 17, установленные на водиле 15, что приводит к возвратно-поступательному перемещению вдоль оси 11 выходного элемента 14.

Передаточные отношения зубчатых пар "сателлиты 12 и 13 - коническое колесо 20" и "центральное колесо 16 - некруглые шестерни 17", а также величина эксцентриситета некруглых колес 4 и 5 выбраны такими, что при повороте выходного элемента 14 на некоторый угол ϕ в одну сторону, некруглые шестерни 17 поворачиваются при этом на 180^o.

Кроме того, вращение от входного вала 1 через зубчатые передачи 24-25 и 26-27 передается также кривошипу 29, от него через шатун 28 и коромысло 30 - зубчатому сектору направляющего штока 21. Поскольку шарнирно соединенное с шатуном 28 плечо коромысла 30 в два раза больше радиуса кривошипа 29, коромысло 30 будет совершать колебательное движение вокруг своей оси, которое передается направляющему штоку 21. В результате выходной вал 2 вместе с насадкой 7 получает планетарное колебательное движение вокруг оси привода 6. Вместе с насадкой 7 это движение будет совершать и выходной элемент 14.

Таким образом, в итоге выходной элемент 14 будет совершать одновременно пять простых движений: два возвратно-поступательных и два возвратно-вращательных в ортогональных плоскостях и одно планетарное колебательное движение вокруг оси выходного вала 2.

Если нет необходимости в планетарном колебательном движении, его можно исключить путем реверсирования привода (для возвратно-поступательного и возвратно-вращательного движений направление вращения привода не имеет значения). В этом случае механизмы 31 и 32 свободного хода не включаются и вращение от входного вала 1 на кривошип 29 не передается. Поэтому планетарное колебательное движение не возникает.

Следует заметить, что усилие, возвратно-поступательно перемещающее выходной вал 2 вдоль оси, при наличии планетарного колебательного движения изменяется при его отклонении от вертикали.

В общем случае это усилие определяется формулой (фиг. 2): P_i= P_м·cosα, где P_i - текущее значение усилия; P_м - максимальное значение усилия (при вертикальном положении выходного вала 2); α - угол отклонения выходного вала 2 от вертикали.

Как видно из фиг. 2, при α = 0°(cosα = 1)P_i= P_м= 1. При α = 90°(cosα = 0)P_i= 0. Между этими крайними значениями P_i, имеет промежуточную величину.

Например, при α = 45°(cosα = 0,707), P_i составляет примерно 70% от P_м.

Сказанное выше относится к одному концу траверсы 8. Учитывая, что перемещающее усилие прикладывается к обоим концам траверсы 8, суммарное усилие будет вдвое больше.

Можно полагать, что амплитуда колебания выходного элемента 14, равная примерно 45-50^o, в большинстве случаев будет приемлема для практического применения.

Формула изобретения

1. Устройство для преобразования вращательного движения в сложное движение, содержащее корпус, входной, выходной и промежуточные валы, механизм преобразования движения, включающий пару выполненных за одно целое с установленными в корпусе промежуточными валами некруглых колес, связанных посредством траверсы с выходным валом, привод, установленный соосно между некруглыми колесами, и насадку, жестко закрепленную на одном из концов выходного вала и состоящую из втулки с П-образной прорезью, установленного в ней выходного элемента, закрепленного на оси, установленной во втулке на подшипниках перпендикулярно к оси выходного вала, установленных на концах оси и жестко связанных с ней двух сателлитов, входящих в зацепление с двухвенцовым зубчатым коническим колесом, выполненным с наружным и внутренним зацеплением, установленным с возможностью перемещения соосно с выходным валом в направляющих, выполненных в корпусе, при этом передаточные отношения зубчатых пар, образованных двухвенцовым коническим колесом с первым и вторым сателлитами, выбраны одинаковыми, выходной вал выполнен полым и сопряжен с направляющим штоком, установленным на приводе, отличающееся тем, что устройство снабжено кривошипно-шатунным механизмом, коромыслом и парой зубчатых передач, предназначенных для связи привода с кривошипом, а также шариковой винтовой направляющей в виде винтовых канавок, выполненных на внутренней поверхности выходного вала и контактирующих с шариками, расположенными в выполненных на направляющем штоке углублениях, коромысло установлено в корпусе с возможностью возвратно-вращательного движения, один конец коромысла шарнирно соединен с шатуном, а на другом конце его установлен зубчатый сектор, находящийся в зацеплении с зубчатым сектором, которым снабжен направляющий шток, причем плечо коромысла, соединенное с шатуном, в два раза больше радиуса кривошипа, двухвенцовое зубчатое коническое колесо выполнено с опорными пальцами, а направляющие корпуса выполнены изогнутыми в соответствии с траекторией движения последних.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено механизмами свободного хода с одинаковым направлением заклинивания, устанавливаемыми в кинематических цепях, связывающих входной вал с кривошипом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2