Ручная машина вращательного действия с режимами работы на первой и второй передачах
Изобретение относится к устройству ручной машины вращательного действия, в частности к механизму для управления скоростью выходного вала ручной машины. Устройство содержит вал двигателя, приводной вал, зубчатое колесо, являющееся частью передаточного механизма, обеспечивающего передачу вращающего момента с вала двигателя на приводной вал, опорный элемент и по меньшей мере один несущий элемент, контактирующий с зубчатым колесом. Зубчатое колесо, опорный элемент и по меньшей мере один несущий элемент образуют узел, который находится в первом положении по оси вращения, когда ручная машина находится на первой передаче, и во втором положении по оси вращения, когда ручная машина находится на второй передаче. По меньшей мере один несущий элемент выступает из опорного элемента в направлении зубчатого колеса с возможностью вращения при вращении зубчатого колеса. Использование изобретения обеспечивает снижение стоимости устройства и уменьшение его износа. 13 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к ручным машинам вращательного действия (т.е. с вращательным или ударно-вращательным движением рабочего органа), в частности к механизмам для управления скоростью выходного вала таких машин.
Уровень техники
В патенте US 7124839 описывается многоскоростной передаточный механизм для ручной машины вращательного действия, в которой используется два набора сателлитов. Скорость выходного вала определяется путем изменения осевого положения одного из кольцевых зубчатых колес. В первом осевом положении кольцевое зубчатое колесо не может вращаться, так что в понижении скорости участвуют оба набора сателлитов, и ручная машина работает на малой скорости. Во втором осевом положении кольцевое зубчатое колесо имеет возможность вращения и связано с солнечным зубчатым колесом второго набора сателлитов. В результате первый набор сателлитов не участвует в понижении скорости, и ручная машина работает на высокой скорости.
Без опорных структур, обеспечивающих стабилизацию кольцевого зубчатого колеса, оно подвержено вибрациям и создает шум, связанный с этими вибрациями. Однако опорные структуры вносят трение, в результате действия которого выделяется тепло, поскольку кольцевое зубчатое колесо вращается с высокой скоростью. В указанном патенте предусмотрено использование прецизионного шарикоподшипника, внутренняя поверхность которого обеспечивает плавность вращения кольцевого зубчатого колеса с минимальным трением. Переключающее кольцо фиксирует наружную поверхность шарикоподшипника и обеспечивает средство изменения осевого положения шарикоподшипника и узла кольцевого зубчатого колеса. Недостатком такого решения является высокая стоимость прецизионного шарикоподшипника, используемого для стабилизации кольцевого зубчатого колеса.
Раскрытие изобретения
Поэтому целью настоящего изобретения является устранение недостатков известных технических решений путем использования недорогих технических средств для стабилизации зубчатого колеса, с помощью которого осуществляется переключение передач (скоростей) многоскоростного передаточного механизма для ручной машины вращательного действия. Предлагаемая в изобретении ручная машина вращательного действия способна работать на первой передаче и на второй передаче, т.е. является двухскоростной машиной, и содержит вал двигателя, приводной вал и передаточный механизм для передачи вращающего момента с вала двигателя на приводной вал. Передаточный механизм содержит зубчатое колесо, которое вместе с опорным элементом и по меньшей мере с одним несущим элементом, контактирующим с зубчатым колесом, образует узел, который находится в первом положении, когда ручная машина находится на первой передаче, и во втором положении, когда ручная машина находится на второй передаче. Указанный по меньшей мере один несущий элемент выступает из опорного элемента в направлений зубчатого колеса.
Предлагаемая конструкция обладает тем достоинством, что она дешевле известных технических решений, в которых используется прецизионный шарикоподшипник, вращающийся вокруг оси вращения зубчатого колеса. В предлагаемой в изобретении конструкции не требуется высокая точность, поскольку несущий элемент остается в неподвижном положении относительно вращающегося зубчатого колеса и к нему не предъявляются требования соблюдения допусков, действующие в отношении компонентов, которые вращаются вокруг оси зубчатого колеса. Поэтому опорный элемент может быть выполнен, например, из пластмассы и может иметь цельную структуру, содержащую основание, один или несколько несущих элементов и средство, позволяющее пользователю регулировать положение опорного элемента, чтобы обеспечивать переключение между разными передачами.
Несущий элемент контактирует с зубчатым колесом по его внешней окружной (боковой) поверхности, которая является идеальной несущей поверхностью для опоры зубчатого колеса при его вращении с высокой скоростью.
Несущий элемент выполнен отдельно от опорного элемента и в таких случаях он способен вращаться вокруг своей оси вращения, когда опорный элемент неподвижен. В случае вращающегося несущего элемента трение будет меньше, чем в случае неподвижной опоры. Таким образом, износ такого несущего элемента будет меньше износа неподвижной опоры.
Опорный элемент имеет толщину, а ось вращения несущего элемента расположена в пределах толщины опорного элемента. Это может быть выполнено путем размещения несущего элемента в углублении опорного элемента. Предлагаемая конструкция обладает тем достоинством, что опорный элемент может обеспечить хорошую опору для вращения несущего элемента, даже в том случае, когда он вращается с высокой скоростью.
Сечение несущего элемента, перпендикулярное оси его вращения, может определять его толщину, которая составляет примерно от 1/2 до 3/4 толщины опорного элемента. При указанном соотношении толщин опорного и несущего элементов будет обеспечиваться эффективная опорная конструкция для несущего элемента.
Опорный элемент имеет форму кольца. Хотя возможны и другие конструкции, указанная форма опорного элемента соответствует форме корпуса механической передачи (редуктора), так что опорный элемент и соответствующая опорная конструкция занимают мало дополнительного места в передаточном механизме, в результате чего минимизируется размер и вес передаточного механизма и всей ручной машины вращательного действия.
Положение несущего элемента и, соответственно, положение его оси вращения могут быть определены взаимодействием двух элементов, опорного элемента и зубчатого колеса, поскольку они образуют обойму для несущего элемента. Достоинством такого решения является то, что для позиционирования несущих элементов не нужны дополнительные части или конструктивные решения. В рассматриваемом варианте обойма является недорогим решением, при котором несущий элемент размещается в углублении опорного элемента. Наличие при этом соответствующего воздушного зазора гарантирует, что несущие элементы не будут зажаты между опорным элементом и зубчатым колесом.
Контакт между зубчатым колесом и несущим элементом предпочтительно ограничивается точкой или линией контакта, что позволяет минимизировать трение между этими двумя частями и, соответственно, минимизировать тепловыделение.
Ручная машина может с удобством использоваться на третьей передаче, когда узел находится в третьем положении. Поэтому предлагаемая в настоящем изобретении конструкция обеспечивает работу ручной машины на высокой передаче, на низкой передаче и на нейтральной передаче. При работе на высокой передаче зубчатое колесо вращается с высокой скоростью. При работе на нейтральной передаче зубчатое колесо также вращается с высокой скоростью, однако набор сателлитов, с которыми зубчатое колесо образует передачу, не передает вращающий момент на приводной вал. При работе на низкой передаче зубчатое колесо зафиксировано от вращения. В изобретении предлагается решение проблемы опоры зубчатого колеса во всех трех режимах, хотя в каждом из этих режимов зубчатое колесо находится в ином положении.
Недорогие средства изменения осевого положения могут быть реализованы в виде штифтов, которые устанавливаются в кольцевой, т.е. проходящей по окружной поверхности, канавке зубчатого колеса. При такой конструкции может использоваться вращающаяся втулка для перемещения штифтов в осевом направлении в одну или другую сторону для обеспечения возможности простого изменения осевого положения узла.
Опорный элемент предлагаемой в настоящем изобретении конструкции может успешно использоваться в качестве теплоотвода. В известных технических решениях контакт между зубчатым колесом и корпусом передаточного механизма может приводить к нагреву некоторых частей корпуса. Другие элементы, контактирующие с зубчатым колесом, также могут вызывать местное выделение тепла. В настоящем изобретении тепло выделяется при вращении зубчатого колеса в результате его контакта с несущим элементом и штифтами, которые служат средствами изменения осевого положения. В частности, если опорный элемент изготовлен из проводящего материала, то он может излучать тепло, выделяющееся в результате трения между зубчатым колесом и несущим элементом и штифтами, так что тепло будет лучше распределяться во внутреннем пространстве ручной машины.
Предлагаемая в изобретении конструкция предназначена для работы в тех случаях, когда зубчатое колесо вращается, прежде всего когда оно вращается с высокой скоростью. Предлагаемая в изобретении конструкция не влияет на работу передаточного механизма, когда ручная машина работает на низкой передаче, в котором зубчатое колесо зафиксировано от вращения.
В одном из возможных вариантов осуществления изобретения для установки (позиционирования) зубчатого колеса предпочтительно использовать три несущих элемента. Такая конфигурация позволяет минимизировать трение и в то же время обеспечивает достаточное контактное взаимодействие элементов конструкции, необходимое для выдерживания радиального положения зубчатого колеса в передаточном механизме.
В альтернативном варианте осуществления изобретения для установки (позиционирования) зубчатого колеса предпочтительно используются двенадцать несущих элементов. При использовании большего числа несущих элементов на каждый элемент приходится меньше нагрузки, и, соответственно, в этих компонентах действуют меньшие напряжения, и они меньше изнашиваются. Кроме того, при использовании большего числа несущих элементов зубчатое колесо лучше стабилизируется, и уровень вибраций снижается. То, что будет обеспечиваться больше возможных точек контакта, означает, что любые детали, изготовленные с неточностями размеров, будут оказывать меньшее влияние на стабилизацию зубчатого колеса, так что нарушение работы одного или нескольких несущих элементов будет иметь пропорционально меньший эффект. Хотя суммарное трение с кольцевым зубчатым колесом в этом варианте увеличивается, однако потери энергии от вибрации обычно больше потерь энергии от трения, что перевешивает указанный недостаток.
Опорный элемент может состоять из внутренней теплопроводной части, выступающей в качестве теплоотвода, и внешней теплоизоляционной части, выступающей в качестве изолирующего средства. В этом случае обеспечивается лучшая изоляция корпуса передаточного механизма от тепла, выделяющегося из опорного узла, и увеличивается время, которое требуется теплу, выделяемому несущими элементами, для распространения на поверхность ручной машины.
Для лучшего взаимного гашения вибраций, создаваемых разными элементами конструкции, предпочтительно, чтобы число сателлитов и число несущих элементов не имели общего делителя. Иначе говоря, эти числа не должны быть кратны общему числу, в результате чего уменьшается вероятность резонанса вибраций, создаваемых этими деталями.
Когда это возможно, и особенно в случае зубчатых колес с небольшим модулем, число сателлитов предпочтительно увеличить для лучшего распределения нагрузок от вращающего момента, действующих на зубья зубчатого колеса.
Целесообразно, чтобы средства изменения осевого положения содержали внешний и внутренний элементы, предпочтительным является такой вариант, в котором эти элементы не находятся в непосредственном контакте друг с другом, поскольку внутренний элемент контактирует с кольцевой канавкой и выделяет тепло, в то время как внешний элемент доступен пользователю для выполнения перестановки. Таким образом, на корпус передаточного механизма будет передаваться меньше тепла и вибраций от зубчатых колес.
Краткое описание чертежей
В нижеприведенном описании раскрывается объект изобретения и варианты его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, которые являются неотъемлемой частью описания и на которых показано:
на фиг.1 - схематический вид сбоку предлагаемой в настоящем изобретении ручной машины вращательного действия,
на фиг.2 - вид в разрезе ручной машины вращательного действия на низкой передаче,
на фиг.3 - вид в разрезе ручной машины вращательного действия на высокой передаче,
на фиг.4 - вид в разрезе ручной машины вращательного действия в нейтральном положении передаточного механизма,
на фиг.5А - вид во фронтальной проекции подузла конструкции ручной машины вращательного действия,
на фиг.5Б - вид подузла конструкции ручной машины вращательного действия в разрезе по линии А-А на фиг.5А,
на фиг.5В - вид подузла конструкции ручной машины вращательного действия в разрезе по линии В-В на фиг.5Б,
на фиг.6 - местный вид разреза, показанного на фиг.3,
на фиг.7 - вид в перспективе в разобранном состоянии внутреннего механизма ручной машины вращательного действия,
на фиг.8А - вид в перспективе второго варианта конструкции подузла конструкции ручной машины вращательного действия,
на фиг.8Б - вид в перспективе второго варианта конструкции подузла конструкции ручной машины вращательного действия в разрезе плоскостью, перпендикулярной продольной оси подузла,
на фиг.8В - вид в перспективе второго варианта конструкции подузла конструкции ручной машины вращательного действия в разрезе плоскостью, содержащей продольную ось подузла.
Осуществление изобретения
Пример предлагаемой в настоящем изобретении ручной машины вращательного действия иллюстрируется на фиг.1. Хотя специалист узнает в показанной на фиг.1 ручной машине импульсный гайковерт, изобретение применимо к любой ручной машине вращательного действия, будь то непрерывно-силовая или импульсно-силовая (с ударным действием в дополнение к вращательному действию) ручная машина. Внутри корпуса 1 ручной машины 2 вращательного действия находится двигатель 4 и связанный с ним вал 6. Передаточный механизм, или редуктор, 8 обеспечивает на выходе увеличение вращающего момента вала 6 двигателя с соответствующим уменьшением скорости вращения приводного вала 10. Приводной вал 10 соединен или иным способом сопряжен с выходным валом 11. Ручная машина снабжена ручкой 12 и пусковой кнопкой 14 для обеспечения удобства пользования. В качестве источника питания рассматриваемой беспроводной ручной машины используется аккумуляторная батарея 16, однако в качестве типовой альтернативы может использоваться питание от сети переменного тока.
На фиг.2 представлен вид в разрезе ручной машины 2 вращательного действия при работе на низкой передаче. Вал 6 двигателя сопряжен или соединен непосредственно с первым солнечным зубчатым колесом 18, которое связано с первым набором сателлитов 20. С сателлитами 20 также взаимодействует внутренний зубчатый венец 22 переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24. Таким образом, переставляемое кольцевое зубчатое колесо 24 и сателлиты 20 находятся в непосредственном контакте. В этом режиме переставляемое кольцевое зубчатое колесо 24 зафиксировано от вращения, поскольку оно находится в первом положении, в котором его наружный зубчатый венец 26 находится в зацеплении с внутренним зубчатым профилем 28 (виден на фиг.3) в корпусе.
Корпус предпочтительно изготовлен из полимерного материала и обладает жесткостью, достаточной для фиксации в неподвижном состоянии переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24, когда оно составляет часть первой понижающей ступени передачи. Предпочтительно использовать более прочные средства удерживания переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24 в неподвижном состоянии, если это зубчатое колесо является частью второй понижающей ступени передачи, поскольку в этом случае на выходе будет увеличенный вращающий момент, связанный с переставляемым кольцевым зубчатым колесом 24. Например, ответный зубчатый профиль 28 в альтернативном варианте может быть выполнен в металлическом корпусе, или же в металлическом корпусе мог бы быть выполнен выступающий элемент, входящий в углубление в переставляемом кольцевом зубчатом колесе 24.
Сателлиты 20 поддерживаются пальцами 32, приводящими в движение водило 30, которое будет вращаться на пониженной скорости относительно первого солнечного зубчатого колеса 18, причем передаточное число предпочтительно находится в диапазоне примерно от 3 примерно до 4.
Вторая ступень передаточного механизма начинается со второго солнечного зубчатого колеса 33, расположенного на противолежащей лицевой поверхности водила 30. Второй набор сателлитов 34 вращается внутри неподвижного кольцевого зубчатого колеса 36. На приводном валу 10 расположены пальцы 37, которые приводятся сателлитами 34, причем в этом случае передаточное число находится в диапазоне примерно от 6 примерно до 8.
На фиг.3 представлен вид в разрезе ручной машины 2 вращательного действия на высокой передаче. В этом случае наружный зубчатый венец 26 переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24 находится во втором положении, в котором он вышел из зацепления с ответным зубчатым профилем 28 в корпусе. Одновременно его внутренний зубчатый венец 22 входит в зацепление с внешним зубчатым профилем 38 водила 30. Поскольку сателлиты 20, переставляемое кольцевое зубчатое колесо 24 и водило 30 соединены друг с другом, то водилу 30 и переставляемому кольцевому зубчатому колесу 24 передается высокая скорость первого солнечного зубчатого колеса 18. В этом случае первая ступень планетарного передаточного механизма надежно выключается, и, соответственно, ручная машина работает на высокой скорости.
Третий режим работы ручной машины иллюстрируется аналогичным видом в разрезе на фиг.4. Здесь переставляемое кольцевое зубчатое колесо 24 находится в третьем положении, в котором оно не находится в зацеплении ни с ответным зубчатым профилем 28 в корпусе, ни с внешним зубчатым профилем 38 водила 30. Поскольку солнечное зубчатое колесо 18, сателлиты 20 и переставляемое кольцевое зубчатое колесо 24 могут в этой конфигурации свободно вращаться, то на пальцы 32 водила 30 вращающий момент не передается. Таким образом, передаточный механизм ручной машины находится на нейтральной передаче (в нейтральном положении), когда вращающий момент двигателя 4 на приводной вал 10 и далее на выходной вал 11 не передается. Однако переставляемое кольцевое зубчатое колесо 24 вращается в этом режиме с высокой скоростью, приводимое в движение вращающимися сателлитами 20, которые при этом не совершают планетарного движения.
Режим нейтральной передачи потенциально повышает безопасность пользования ручной машиной. Если пользователь случайно нажмет на пусковую кнопку 14, то выходной вал 11 в этом режиме не будет вращаться. Для перемещения переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24 в положение нейтральной передачи могут использоваться смещающие устройства, такие как, например, пружины или другие присоединенные конструктивные элементы, чтобы этот режим нейтральной передачи включался автоматически, если пользователь не осуществляет никаких управляющих воздействий. Однако поскольку переставляемое кольцевое зубчатое колесо 24 вращается с высокой скоростью, то возникают такие же проблемы, как на высокой передаче, при обеспечении опорных конструктивных элементов и минимизации трения.
Первые концы 39 штифтов 40 входят в кольцевую канавку 41 на боковой (периферийной) поверхности переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24 и могут обеспечивать управляемое осевое перемещение зубчатого колеса в первое, второе или третье положения. Поскольку штифты 40 могут перемещаться в канавке 41, то они не препятствуют вращению переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24 вокруг его оси 42 вращения, однако они могут использоваться для передачи усилия, необходимого для перемещения переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24 вдоль оси 42 вращения.
Противолежащие концы 43 штифтов 40 проходят в отверстия 46 в корпусе 62 передаточного механизма и входят в прорези 44 в поворотной муфте 45, установленной на внешнем корпусе 1.
Когда муфта 45 поворачивается, кулачковые поверхности 47 в прорезях 44 муфты 45 толкают штифты 40, и они перемещаются в осевом направлении (см. фиг.7). Таким образом, муфта 45, действующая на штифты 40, может рассматриваться как средство изменения положения переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24.
Если не используются дополнительные опорные элементы, то ввиду недостаточной стабилизации переставляемое кольцевое зубчатое колесо 24 на высокой передаче и в режиме нейтральной передачи может генерировать вибрации и создавать шумы, связанные с этими вибрациями. Для дополнительной опоры переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24 используется опорный элемент в форме опорного кольца 48, соединенного с зубчатым колесом 24 посредством штифтов 40. Штифты 40 запрессовываются в отверстия 50 опорного кольца 48. Соединение обеспечивает неподвижность опорного кольца 48, даже когда переставляемое кольцевое зубчатое колесо 24 вращается, однако эти две детали всегда будут перемещаться вместе в осевом направлении, когда штифты 40 управляемым образом перемещаются с помощью муфты 45.
На фиг.5А, 5Б и 5В иллюстрируется стабилизация переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24 опорным кольцом 48, при которой опорное кольцо 48 не контактирует непосредственно с зубчатым колесом 24. Опорное кольцо 48 снабжено углублениями 52, в которых устанавливаются несущие элементы, являющиеся в рассматриваемом варианте роликами 54. Ролики 54 имеют цилиндрическую форму и могут свободно катиться в углублениях 52 вокруг оси 55 вращения роликов при вращении переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24. Качению роликов 54 содействует смазка, закладываемая в углубления 52 при сборке. Линия контакта с каждым из роликов 54 формируется на гладкой боковой поверхности 56 переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24. Таким образом, опорное кольцо 48 и переставляемое кольцевое зубчатое колесо 24 образуют обоймы 53, в которых размещаются ролики 54. Предпочтительно для обеспечения опоры переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24 используются три ролика 54, однако их количество может быть меньше или больше трех. Использование меньшего количества роликов 54 возможно, поскольку это не единственное средство, обеспечивающее опору переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24.
На фиг.5В показано, что для определения диаметра 57 роликов может использоваться сечение, перпендикулярное оси 55 вращения роликов. Аналогично, такое же сечение может обеспечивать измерение толщины 58 опорного кольца возле диаметра 57 ролика. Диаметр 57 роликов предпочтительно составляет примерно от 50% примерно до 75% толщины 58 опорного кольца. Ось 55 вращения ролика предпочтительно находится в пределах толщины 58 опорного кольца, так что в углублениях 52 помещается более 50% ролика 54.
Несущие элементы, ролики 54 в рассматриваемом варианте, предпочтительно являются деталями, отдельными от опорного кольца 48. Однако поскольку несущие элементы по меньшей мере частично находятся в пределах толщины 58 опорного кольца, то можно сказать, что в поперечном сечении они выступают из опорного кольца 48 в направлении переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24. В альтернативных вариантах осуществления изобретения, в которых несущие элементы являются неотъемлемыми частями опорного кольца 48, они также предпочтительно выступают из опорного кольца 48 в направлении переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения несущие элементы зафиксированы в радиальном направлении относительно переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24. То есть ось 55 вращения ролика в основном не вращается вокруг оси 42 вращения зубчатого колеса, как это было бы в случае использования прецизионного шарикоподшипника. Хотя они могут вращаться вокруг своей оси, однако несущие элементы остаются зафиксированными в своих положениях по окружности неподвижного опорного элемента.
В альтернативном варианте несущие элементы могут располагаться не на опорном элементе, а на переставляемом кольцевом зубчатом колесе 24. Несущие элементы предпочтительно будут взаимодействовать с боковой (периферийной) поверхностью опорного элемента. В таком альтернативном варианте несущие элементы не зафиксированы в определенных положениях, и если они установлены в углублениях переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24, они будут двигаться относительно неподвижного опорного элемента. При этом оси 55 вращения роликов будут вращаться вокруг оси 42 вращения передаточного механизма.
Также может использоваться гибридная конструкция, в которой несущие элементы выступают как из опорного элемента, так и из переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24. Оси этих несущих элементов занимают разные положения относительно оси 42 вращения, так что переставляемое кольцевое зубчатое колесо 24 может свободно вращаться без столкновения несущих элементов, в то время как опорный элемент неподвижен.
В принципе, могут использоваться несущие элементы, имеющие другую форму. Например, несущие элементы могут иметь сферическую форму или же цилиндрическую форму с переменным диаметром, напоминающую форму гантели. Кроме цилиндрической и сферической формы возможны также и другие формы, например ромбовидная форма или другая многоугольная форма. Возможны даже неправильные формы несущих элементов. Однако элементы с такими формами будут работать лучше, если переставляемое кольцевое зубчатое колесо 24 будет снабжено канавкой соответствующей формы, в которую будут входить соответствующие выступы несущих элементов. Углубления 52 в опорном кольце 48 могут также иметь специальную форму, для того чтобы в них входили такие несущие элементы и чтобы дополнительно обеспечивалось их вращение.
Как уже указывалось, в альтернативном варианте несущие элементы могут представлять единое целое с опорным кольцом 48 и иметь выступы с соответствующими профилями возле опорного кольца 48. Понятно, что такие несущие элементы не будут вращаться и, соответственно, в точках контакта будет повышенное трение, сопровождаемое повышенным износом поверхностей. Сами штифты 40 могут служить не только средствами изменения осевого положения кольцевого зубчатого колеса, но и несущими элементами. Первые концы 39 штифтов и кольцевая канавка 41 переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24 могут иметь такую форму и такие размеры, чтобы они касались друг друга по дну кольцевой канавки 41, чтобы обеспечивалась не только осевая, но и радиальная опора.
Вместо того чтобы использовать отдельные элементы, может быть выполнена цельная конструкция, например, из пластмассы, в которой объединяются признаки опорного элемента, средств изменения осевого положения и несущих элементов. Такая конструкция может иметь примерно такую же форму, которая предлагается в предпочтительном варианте осуществления изобретения.
Предпочтительно несущие элементы контактируют с боковой (периферийной) поверхностью 56 переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24, однако в альтернативном варианте они могут быть установлены с возможностью взаимодействия с лицевой поверхностью зубчатого колеса 24 таким образом, чтобы вместе со средствами изменения осевого положения стабилизировать переставляемое кольцевое зубчатое колесо 24.
Подузел, показанный на фиг.5А, 5Б, 5В, содержит штифты 40, опорное кольцо 48, ролики 54 и переставляемое кольцевое зубчатое колесо 24, и эти элементы соединяются вместе для совместного осевого перемещения, когда переставляемое кольцевое зубчатое колесо 24 перемещается управляемым образом в первое, второе или третье положение. Вся конструкция показана в первом положении на фиг.2, во втором положении на фиг.3 и в третьем положении на фиг.4.
Кроме того, что опорное кольцо 48 стабилизирует переставляемое кольцевое зубчатое колесо 24 для снижения уровня вибраций, оно также обеспечивает изоляцию корпуса 62 передаточного механизма от тепла, выделяемого в результате трения зубчатого колеса 24 и роликов 54 или штифтов 40. Хотя выделение тепла минимизируется, поскольку переставляемое кольцевое зубчатое колесо 24 и ролики 54 контактируют лишь по линии, однако при вращении зубчатого колеса 24 с высокой скоростью все-таки выделяется достаточно тепла. Кроме того, когда переставляемое кольцевое зубчатое колесо 24 вращается с высокой скоростью, имеется также трение между ним и штифтами 40. В этой связи опорное кольцо 48 предпочтительно изготавливать из материала с высокой теплопроводностью, чтобы оно могло служить теплоотводом тепла, выделяемого роликами 54 или штифтами 40.
Форма опорного элемента не ограничивается предпочтительным вариантом, возможны и другие формы, в том числе более сложные формы, включающие ребра или аналогичные элементы, которые могли бы повысить эффективность отвода тепла. Опорный элемент необязательно должен иметь форму опорного кольца 48; возможны также другие формы, которые могут быть неправильными, такими как, например, в целом квадратная или многоугольная форма, если такой опорный элемент обеспечивает стабилизацию переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24 совместно с несущими элементами.
В предлагаемой в настоящем изобретении конструкции используются воздушные зазоры для минимизации трения или обеспечения изоляции (см. фиг.6). Например, непосредственный контакт между гладкой боковой (периферийной поверхностью) 56 переставляемого кольцевого зубчатого колеса 24 и опорного кольца 48 отсутствует благодаря воздушному зазору 59 между ними. Кроме того, между опорным кольцом 48 и корпусом 62 передаточного механизма имеется воздушный зазор 60 для целей изоляции и для обеспечения скольжения в осевом направлении. Также имеется воздушный зазор 64, который определяет некоторый люфт в осевом направлении роликов 54, чтобы они не зажимались между переставляемым кольцевым зубчатым колесом 24 и опорным кольцом 48. Наконец, даже когда переставляемое кольцевое зубчатое колесо 24 находится во втором положении, его установка в опорном кольце 48 обеспечивает воздушный зазор 66, достаточный для изоляции зубчатого колеса 24 от шайбы 68, обеспечивающей дополнительную опору второго набора сателлитов 34.
На фиг.8А, 8Б и 8В иллюстрируется второй вариант конструкции подузла, содержащего опорное кольцо 70. Этот подузел может заменить узел, показанный на фиг.5А, 5Б и 5В, без существенных изменений других частей ручной машины. В этом варианте было изменено несколько параметров для минимизации вибраций, максимальной температуры и скорости роста температуры при работе ручной машины. Как следствие, для второго варианта требуется меньше энергии для работы ручной машины по сравнению с первым вариантом.
Во втором варианте зубья 72 зубчатых колес в первой ступени планетарного передаточного механизма, содержащего кольцевое зубчатое колесо 74, сателлиты (не показаны) и солнечное зубчатое колесо (не показано), меньше (модуль 0,5 мм), чем зубья кольцевого зубчатого колеса 24, сателлитов 20 и солнечного зубчатого колеса 18 (модуль 0,7 мм) в конструкции первого варианта. Поскольку число зубьев 72 зубчатых колес такое же, как и в первом варианте, то каждое зубчатое колесо имеет меньший внешний диаметр, и поскольку угловая скорость такая же, как и в первом варианте, то окружная скорость меньше и, соответственно, уровень вибраций ниже. Эти преимущества меньшего модуля сопровождаются некоторыми недостатками, которые необходимо компенсировать. Если модуль меньше, то зубья тоньше и более подвержены усталостным изменениям или разрушениям. Также следует отметить, что заданного уровня качества наборы зубчатых колес с меньшим модулем, как правило, дороже в производстве.
Во втором варианте осуществления изобретения используется пять сателлитов (не показаны) вместо трех. В этом варианте в качестве несущих элементов используются двенадцать роликов 76. В то время как указанные различия обеспечивают некоторые преимущества, они сопровождаются различными недостатками, в частности большее число сателлитов влечет за собой увеличение стоимости, а большее число несущих элементов приводит к увеличению суммарного трения, и поэтому приходится искать баланс между получаемыми преимуществами и появляющимися недостатками. Однако если рассматривать потери энергии, связанные с трением, следует отметить, что потери энергии на вибрацию будут больше и поэтому перевешивают указанный недостаток. Хотя также возможно использование более двенадцати несущих элементов, однако увеличение числа роликов 76 в большей степени упирается в недостаток места для их размещения в опорном кольце 70.
Для минимизации общего уровня вибраций в ручной машине предпочтительно, чтобы число сателлитов и число роликов, пять зубчатых колес и двенадцать роликов 76 в рассматриваемом варианте, не имели общего делителя, так чтобы уменьшалась возможность возникновения резонанса частот вибраций, связанных с этими частями, что может приводить к существенному увеличению амплитуды вибраций на некоторых частотах.
Как уже указывалось, при работе ручной машины имеется зазор 60 между опорным кольцом 70 и корпусом 62 передаточного механизма. Однако этот зазор будет только в том случае, когда ось вращения кольцевого зубчатого колеса 74, вокруг которой установлено опорное кольцо 70, совпадает с осью 42 вращения. Поскольку в ручной машине предусмотрена определенная гибкость, связанная с действием силы тяжести или другими факторами, опорное кольцо 70 может входить в контакт с корпусом 62 передаточного механизма. Это приводит к передаче тепла или вибраций на корпус 62. Для ослабления действия этого фактора опорное кольцо 70 в рассматриваемом варианте осуществления изобретения составлено из внутреннего металлического кольца 78 и внешнего пластмассового кольца 80.
Внешнее пластмассовое кольцо 80 способствует поглощению вибраций, проникающих от кольцевого зубчатого колеса 74 через ролики 76 на внутреннее кольцо 78. Внутреннее металлическое кольцо 78 служит в качестве теплоотвода, а внешнее пластмассовое кольцо 80 служит в качестве изолятора, поскольку оно изолирует тепло, выделяющееся во внутреннем металлическом кольце 78 в результате контакта между кольцевым зубчатым колесом 74 и роликами 76.
Между внешним 80 и внутренним 78 кольцами нет проскальзывания, и эти части имеют неправильную форму, например сочетание плоской 82 и криволинейной 84 поверхностей на границе раздела колец. Выступы 86 препятствуют смещению в осевом направлении.
Для обеспечения изоляции тепла, выделяемого средствами изменения осевого положения, которые перемещаются внутри кольцевого зубчатого колеса 74, штифты 40 первого варианта заменены внутренним штифтом 88 внутри внутреннего металлического кольца 78 и внешним штифтом 90 внутри внешнего пластмассового кольца 80. Оба штифта 88, 90 предпочтительно изготовлены из металла, однако они также отделены друг от друга, чтобы тепло от внутреннего штифта 88, выделяемое при его контакте с кольцевой канавкой 92 в кольцевом зубчатом колесе 74, рассеивалось внутренним кольцом 78, до того как оно дойдет до внешнего штифта 90. На практике такое разделение штифтов увеличивает допустимое время непрерывной работы ручной машины до момента, когда температура корпуса 62 передаточного механизма достигнет плоской части характеристики.
Хотя для увеличения силы удерживания на внешнем штифте 90 он проходит сквозь внешнее кольцо 80 и контактирует с внутренним кольцом 78, в альтернативном варианте может использоваться глухое отверстие, так что будет обеспечиваться повышенная степень изоляции между внутренним 88 и внешним 90 штифтами. Выступы 94 обеспечивают дополнительную удерживающую силу на внешнем штифте 90.
1. Ручная машина вращательного действия с режимами работы на первой и второй передачах, содержащая вал (6) двигателя, приводной вал (10), имеющий ось (42) вращения, зубчатое колесо (24, 74), являющееся частью передаточного механизма (8), обеспечивающего передачу вращающего момента с вала (6) двигателя на приводной вал (10), опорный элемент (48, 70) и по меньшей мере один несущий элемент (54, 76), контактирующий с зубчатым колесом (24, 74), причем зубчатое колесо (24, 74), опорный элемент (48, 70) и по меньшей мере один несущий элемент (54, 76) образуют узел, который находится в первом положении по оси (42) вращения, когда ручная машина находится на первой передаче, и во втором положении по оси (42) вращения, когда ручная машина находится на второй передаче, отличающаяся тем, что указанный по меньшей мере один несущий элемент (54, 76) выступает из опорного элемента (48, 70) в направлении зубчатого колеса (24, 74) с возможностью вращения при вращении зубчатого колеса (24, 74).
2. Ручная машина по п.1, отличающаяся тем, что указанный по меньшей мере один несущий элемент (54, 76) установлен с возможностью вращения вокруг своей оси (55).
3. Ручная машина по п.2, отличающаяся тем, что ось (55) вращения несущего элемента (54, 76) находится в пределах толщины (58) опорного элемента (48, 70).
4. Ручная машина по п.1, отличающаяся тем, что зубчатое колесо (24, 74) и опорный элемент (48, 70) образуют обойму (53) для указанного по меньшей мере одного несущего элемента (54, 76).
5. Ручная машина по п.1, отличающаяся тем, что она содержит средства (40, 88, 90) изменения осевого положения зубчатого колеса (24, 74), расположенные в кольцевой канавке (41, 92) зубчатого колеса (24, 74).
6. Ручная машина по п.5, отличающаяся тем, что средства (88, 90) изменения осевого положения содержат внутренний элемент, который контактирует с кольцевой канавкой (92), и внешний элемент, доступный пользователю для выполнения перестановки.
7. Ручная машина по п.6, отличающаяся тем, что внутренний элемент отделен от внешнего элемента.
8. Ручная машина по п.1, отличающаяся тем, что в непосредственном контакте с указанным по меньшей мере одним несущим элементом (54, 76) находятся средства теплоотвода для излучения тепла, выделяющегося при вращении зубчатого колеса (24, 74).
9. Ручная машина по п.1, отличающаяся тем, что на одной из двух передач зубчатое колесо (24, 74) зафиксировано от вращения, и эта передача соответствует меньшей скорости вращения выходного вала ручной машины.
10. Ручная машина по п.1, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере три несущих элемента (54, 76), которые входят в состав указанного узла, и каждый из которых выступает из опорного элемента (48, 70) в направлении зубчатого колеса (24, 74).
11. Ручная машина по п.1, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере двенадцать несущих элементов (76), которые входят в состав указанного узла, и каждый из которых выступает из опорного элемента (48, 70) в направлении зубчатого колеса (24, 74).
12. Ручная машина по п.1, отличающаяся тем, что опорный элемент (70) содержит внутреннюю теплопроводную часть (78) и наружную теплоизоляционную часть (80).
13. Ручная машина по п.1, отличающаяся тем, что зубчатое колесо (24, 74) является кольцевым зубчатым колесом (24, 74), непосредственно взаимодействующим по меньшей мере с одним сателлитом (20), причем число сателлитов (20) и число несущих элементов (54, 76) не имеют общего делителя.
14. Ручная машина по п.1, отличающаяся тем, что зубчатое колесо (24, 74) является кольцевым зубчатым колесом (24, 74), непосредственно взаимодействующим по меньшей мере с одним сателлитом (20), причем число сателлитов (20) равно пяти.
