Дифференциальный механизм с кинематическим принципом создания точного прямолинейного движения точки на охватывающем сателлите

 

Изобретение относится к области машиностроения. Дифференциальный механизм содержит водило, жестко соединенное с колесом, подвижное центральное колесо, жестко соединенное с дополнительным колесом, сателлит. Между дополнительным колесом центрального колеса и колесом водила установлено замыкающее колесо. Сателлит образует внутреннее зацепление с центральным колесом. Центральное колесо имеет угловую скорость вращения, при которой скорости вращения сателлита и водила становятся равными, но противоположно направленными, заставляя точки на сателлите, расположенные на радиусе, равном эксцентриситету водила, двигаться точно прямолинейно. Технический результат - расширение возможности использования механизма в различных машинах. 5 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к механизмам, преобразующим вращательное движение одного звена в прямолинейное движение другого звена.

Известен механизм точного прямолинейного движения звена и точек на нем [смотри справочник А. Ф. Крайнев. Словарь-справочник по механизмам. - М.: Машиностроение, 1987. -183 с.], недостатком которого является наличие направляющей, обеспечивающей точное прямолинейное движение ползуна, но вызывающей при этом реакцию и трение между ползуном и направляющей.

Наиболее близким к изобретению является планетарный механизм, содержащий неподвижное центральное колесо, имеющее внутреннее зацепление с сателлитом, водило [смотри справочник А.Ф. Крайнев. Словарь-справочник по механизмам. - М. : Машиностроение, 1987. -356 с.], недостатком которого является жесткое равенство радиуса сателлита эксцентриситету водила, по причине чего размер сателлита становится малым при малом эксцентриситете водила, что делает схему податливой, а значит, ограничивает ее использование в машинах.

Технический результат - расширение возможности использования механизма в различных машинах.

Это достигается тем, что в отличие от планетарного механизма, имеющего неподвижное центральное колесо с радиусом, равным двум эксцентриситетам водила, и сателлит внутри него с радиусом, равным эксцентриситету водила, предлагаемый механизм дополнительно снабжен замыкающим колесом, колесом, жестко соединенным с водилом, и подвижным центральным колесом, жестко соединенным в блок с центральным колесом, причем радиус центрального колеса меньше радиуса сателлита, сателлит, образующий внутреннее зацепление с центральным колесом и охватывающий центральное колесо, соединен с водилом и имеет радиус, больший эксцентриситета водила, колесо связано через замыкающее колесо с подвижным центральным колесом, а блок центральных колес имеет угловую скорость, равную при 0<Δ<∞, где Δ=R₃-Е или Δ=R₁; Е - эксцентриситет водила; R₁ - радиус центрального колеса; R₃ - радиус сателлита; W₁ - угловая скорость центрального колеса; W₂ - угловая скорость водила.

На фиг. 1-3 подробно рассмотрен вариант соотношения размеров колес, для которого радиус сателлита больше радиуса центрального колеса и эксцентриситета водила, но и меньше двух эксцентриситетов водила. На фиг.4 представлен вариант, для которого радиус сателлита больше радиуса центрального колеса и эксцентриситета водила, но и равный двум эксцентриситетам водила. На фиг.5 представлен вариант, для которого радиус сателлита больше радиуса центрального колеса и эксцентриситета водила, но и больше двух эксцентриситетов водила. Все три представленные варианта имеют однотипную кинематическую схему и единую зависимость угловых скоростей звеньев, при которой создается точное прямолинейное движение точек на сателлите, На фиг.1 изображен предлагаемый механизм. Он содержит водило, жестко соединенное с колесом, центральное колесо, выполненное подвижным и жестко соединенное с дополнительным колесом, сателлит и замыкающее колесо. На водило 2 осью с эксцентриситетом Е насажен подвижно сателлит 3. Центральное колесо 1 состоит из двух жестко соединенных колес, одно из которых - 1 образует зацепление с сателлитом, расположенным на водиле, другое, дополнительное, - 1' через зацепление с замыкающим колесом 5 и зацепление последнего с колесом 4, жестко соединенным с водилом 2, образует замкнутый контур центрального колеса с сателлитом.

Механизм работает следующим образом: при вращении водила 2 через ось с эксцентриситетом Е приводится в движение сателлит 3. В то же время через колесо 4, жестко соединенное с водилом 2, и замыкающее колесо 5 движение передается дополнительному колесу 1', жестко соединенному с центральным колесом 1. При этом скорость вращения колеса 1 задает сателлиту 3 угловую скорость вращения такой же величины, как у водила, но противоположного направления, при которой на сателлите появляются точки с точным прямолинейным движением, на окружности с радиусом, равным эксцентриситету. Таким образом получен дифференциал, в котором кинематика сателлита зависит от частоты вращения водила и передаточного числа замыкающей ступени.

На фиг.1 приведен план скоростей точек на звеньях механизма, где:
V_B - скорость оси вращения сателлита, положение которой определяется эксцентриситетом Е;
V_A - скорость точки А, совершающей точное прямолинейное движение;
V_C - скорость точки С, направленная для создания мгновенного центра скоростей т.О;
V_Д - скорость точки контакта колес 4 и 5;
V_К - скорость точки контакта колес 5 и 1';
точка О - мгновенный центр скоростей всех точек на сателлите 3.

На фиг. 2 показано, что скорость точки А на сателлите 3 складывается из векторов двух скоростей
V_А=V_В+V_AB
где V_АВ - скорость вращения т.А относительно т.В.

В проекциях на оси X-Y это выражение запишется
V_Ax=V_Bx+V_ABx
V_Аy=V_Вy-V_АВy
где V_Ax - проекция скорости V_A на ось X;
V_Вx - проекция скорости V_B на ось X;
V_ABx - проекция скорости V_AB на ось X;
V_Ay - проекция скорости V_A на ось Y;
V_By - проекция скорости V_B на ось Y;
V_АВy - проекция скорости V_AB на ось Y.

Точка А будет совершать точное прямолинейное движение в том случае, если V_Аy=0. Это возможно если V_Вy=-V_ABy. Из фиг.2 следует
V_Вy=W₂•E•cosϕ;
-V_ABy=-W₃•E•cosϕ,
таким образом должно выполнятся равенство W₃=-W₂.

При этом т. А движется со скоростью
V_A=V_Ax=2•E•W₂•sinϕ
или V_A=W₂•OA т.к. ОА=2•E•sinϕ.

Очевидно, что т.О является мгновенным центром скоростей всех точек сателлита.

Для т.С запишем
V_С=W₃•(2•E+R₁)=W₃•(2•E+Δ)
или V_С=W₁•R₁=W₁•Δ.

Используя условие прямолинейного движения т.А, W₃=-W₂, получаем требуемую частоту и направление вращения центрального колеса 1

На фиг.3 показаны несколько положений мгновенного центра скоростей т.О и точек А, В, С.

Следовательно, точка А может двигаться точно прямолинейно со скоростью V_A при подвижном центральном колесе так же, как и в прототипе.

Формула изобретения

Дифференциальный механизм с кинематическим принципом создания точного прямолинейного движения точки на охватывающем сателлите, содержащий центральное колесо, водило и сателлит, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен замыкающим колесом, колесом, жестко соединенным с водилом, и подвижным центральным колесом, жестко соединенным в блок с центральным колесом, причем радиус центрального колеса меньше радиуса сателлита, сателлит, образующий внутреннее зацепление с центральным колесом и охватывающий центральное колесо, соединен с водилом и имеет радиус, больший эксцентриситета водила, колесо связано через замыкающее колесо с подвижным центральным колесом, а блок центральных колес имеет угловую скорость вращения, равную

при 0<Δ<∞, где Δ= R₃-Е или Δ= R₁;
Е - эксцентриситет водила;
R₁ - радиус центрального колеса;
R₃ - радиус сателлита;
W₁ - угловая скорость центрального колеса;
W₂ - угловая скорость водила,
при которой скорости вращения сателлита и водила становятся равными, но противоположно направленными.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5