Изобретение относится к технике сообщения объекту вращательного движения, а более конкретно к устройству для преобразования возвратно-поступательного движения в одностороннее вращательное.
Известно устройство для преобразования возвратно-поступательного движения в одностороннее вращательное (PTC/SU 90/00280), выполненное в виде установленного в корпусе несамотормозящегося винтового механизма. Винтовой механизм содержит ведущее звено, представляющее собой винт с узлом приложения осевой силы, и связанное с ведущим звеном посредством тел качения ведомое звено в виде гайки, установленной в корпусе на подшипниках. Ведомые и ведущие звенья представляют собой винтовую передачу качения. С узлом приложения осевой силы соединен механизм создания изменения осевой силы, который может быть выполнен либо в виде управляемого силового цилиндра, либо в виде шарнирно-рычажной системы с плавным изменением соотношений плеч рычага.
Шарнорно-рычажные механизмы создания и изменения осевой силы создают радиальные составляющие силы, которые отрицательно влияют на работоспособность узла приложения осевой силы, вызывая его деформацию и перекосы. Кроме того, силовые элементы конструкции, например корпус, воспринимающие силы реакции от воздействующих на ведомое звено сил, должны иметь значительные размеры и массу, которые обеспечивали бы требующую жесткость.
В основу настоящего изобретения положена задача создания устройства для преобразования возвратно-поступательного движения в одностороннее вращательное, которое за счет изменения взаимодействия механизма создания осевой силы, узла приложения осевой силы, ведущего и ведомого звеньев обеспечивало бы движение, плавное торможение, реверсирование, свободное инертное вращение в другом направлении и свободного вращения в любом направлении.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для преобразования возвратно-поступательного движения в одностороннее вращательное в виде несамотормозящегося винтового механизма, размещенного в корпусе и содержащего ведущее звено и связанный с ним узлом приложения осевой силы, соединенный с механизмом изменения этой силы, причем ведущее звено связано с узлом приложения осевой силы с возможностью свободного осевого перемещения, свободного вращения и стопорения и взаимодействия своими двумя поверхностями, одна из которых выполнена стопорной, а другая скользкой, с соответствующими, выполненными идентично им поверхностями узла приложения осевой силы, а также ведомое звено, связанное с ведущим звеном через тела качения и установленное с возможностью вращения вокруг осевой оси, согласно изобретению, механизм создания осевой силы выполнен в виде винтовой передачи, обеспечивающей создание крутящего момента, направленного на изменение угла поворота ведомого звена, при этом приводное звено винтовой передачи установлено соосно ведомому звену и жестко связано с узлом приложения осевой силы и механизмом изменения осевой силы с возможностью взаимодействия с ведущим и ведомым звеньями.
Выполнение механизма создания осевой силы в виде винтовой передачи позволяет предотвратить возникновение паразитных радиальных составляющих осевой силы и снижающих в целом КПД устройства, при этом приводная сила действует в плоскости, параллельной плоскости вращения ведомого звена. Силы реакции от воздействующих на ведомое звено сил замыкаются внутри самого устройства, поэтому значительно снижаются масса и линейные размеры силовых элементов, воспринимающих эти силы, например корпуса. Кроме того, приводная и преобразующая движение винтовой передачи могут устанавливаться соосно или коаксиально, при этом обеспечивается компактность механизма.
Узел приложения осевой силы взаимодействует как с ведущим, так и с ведомым звеном преобразующей движение винтовой передачи, при этом для преобразования движения кроме осевой силы используется и крутящий момент, создаваемый приводным звеном.
Целесообразно, чтобы устройство было бы снабжено дополнительным ведущим звеном, связанным с узлом приложения осевой силы с возможностью взаимодействия с ним, дополнительным ведомым звеном, жестко связанным с основным ведомым звеном, и узлом торможения, жестко связанным с приводным звеном винтовой передачи с возможностью взаимодействия с дополнительным ведомым звеном, причем наружная резьба дополнительного ведущего звена имеет направление, противоположное направлению резьбы основного ведущего звена.
Это позволяет получать непрерывное вращение ведомых звеньев при использовании одного приводного звена винтовой передачи, а также дифференцировать прямое и обратное усилия.
Для получения непрерывного вращения от двух самостоятельных силовых источников устройство снабжено дополнительным ведущим звеном, снабженным индивидуальным узлом приложения осевой силы, соединенным с приводным звеном винтовой передачи дополнительного механизма создания осевой силы, установленного соосно относительно приводного звена основного механизма создания осевой силы, и дополнительным ведомым звеном, жестко связанным с основным ведомым звеном, при этом корпус выполнен составным и каждая часть его связана с соответствующим ведомым звеном через подшипники и с сопряженными с приводными другими звеньями винтовых передач.
Такая конструкция позволяет разместить ведомые звенья между двумя опорами и создать компактное устройство.
Для обеспечения плавного торможения в любой момент времени в любом положении ведомых звеньев при изменении направления одной из действующих сил необходимо, чтобы устройство содержало бы упругую связь, обеспечивающую взаимодействие приводных звеньев винтовых передач и выполненную в виде пружин, размещенных внутри приводных звеньев винтовых передач с упором в выступы на их внутренней поверхности и поджимающих приводные звенья друг к другу через тела качения посредством регулировочного винта и упорных подшипников, при этом устройство было бы снабжено тормозным механизмом, содержащим упругий элемент, жестко связанный с одним из узлов приложения осевой силы, установленный с возможностью взаимодействия с другим узлом приложения осевой силы и снабженный тормозными колодками, взаимодействующими с ведомым звеном при одном направлении сил, действующих на рычаги механизмов изменения осевых сил.
В одном из вариантов выполнения устройства приводные звенья винтовых передач устанавливаются с возможностью взаимодействия друг с другом через тела качения.
Такая установка приводных звеньев позволяет осуществлять преобразование движения, используя два раздельных привода, при этом возможна передача усилий от одного привода на другой, обеспечивающая суммирование действия от противоположно направленных сил.
Возможно также, чтобы приводные звенья винтовых передач были бы связаны друг с другом посредством тел качения и жестких элементов с возможностью их взаимного вращения при одновременном движении приводных звеньев в одном направлении, исключая их движение в противоположных относительно друг друга направлениях.
Это обеспечивает синхронизацию движений приводных рычагов при действии на один из них, суммирование приводных усилий и использование приводных рычагов в качестве опоры.
Целесообразно, чтобы каждый узел приложения осевой силы был выполнен как единое с соответствующим ему приводным звеном, при этом узлы приложения осевых сил были бы жестко соединены между собой, а приводные звенья были бы связаны посредством шлиц качения с корпусами, с которыми были бы связаны с возможностью вращения также и сопряженные с приводными другие звенья винтовых передач, и, кроме того, каждая часть корпуса имела бы кольцевые полости для размещения в них ведомых и ведущих звеньев.
Это дает возможность прикладывать приводные усилия в плоскости вращения рычагов, а совмещение узлов приложения осевых сил с приводными звеньями обеспечивает компактность устройства.
Согласно поставленной задаче практично, чтобы устройство было дополнительно снабжено многопозиционным переключателем, обеспечивающим реверсирование и торможение после остановки ведомого звена и размещенным с возможностью перемещения и стопорения относительно узла приложения осевой силы, при которых обеспечивается торможение ведомого звена при его вращении в любом направлении, а также свободное вращение ведомого звена в одном из направлений с предотвращением его вращения в противоположном направлении, причем при положении многопозиционного переключателя, соответствующего режиму торможения, суммарная величина зазоров между взаимодействующими стопорными поверхностями узла приложения осевой силы и переключателя должна быть меньше приложения величины зазоров между их скользкими поверхностями, при этом с каждой стороны величина зазора между скользкими поверхностями.
Целесообразно, чтобы такой многопозиционный переключатель содержал бы упорные кольца подшипников с телами качения, связанными с ходовой гайкой, установленной на приводном звене с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль него и стопорения посредством жестко связанной с ней ручкой переключения для обеспечения взаимодействия стопорных и скользких поверхностей узла приложения осевой силы и ведущего звена при реверсировании и торможении после остановки ведомого звена.
Такая конструкция многопозиционного переключателя позволяет использовать быстросъемные приводные рычаги.
Устройство может быть также дополнительно снабжено многопозиционным переключателем, обеспечивающим реверсирование и свободное вращение ведомого звена в любом направлении и размещенным с возможностью перемещения и стопорения относительно узла приложения осевой силы, при которых обеспечивается свободное вращение ведомого звена в любом направлении, а также свободное вращение его в одном направлении, причем при положении многопозиционного переключателя, соответствующего свободному зазору между взаимодействующими стопорными поверхностями узла приложения осевой силы и переключателя должна быть больше суммарной величины зазоров между их скользкими поверхностями, при этом с каждой стороны величина зазора между скользкими поверхностями должна быть больше величины зазора между или оно может быть дополнительно снабжено двумя многопозиционными переключателями, обеспечивающими реверсирование непрерывного вращательного движения, свободное вращение звеньев в одном из направлений с предотвращением их вращения в противоположном направлении, свободное вращение ведомых звеньев в любом направлении и торможение ведомых звеньев при их вращении в любом направлении, причем каждый многопозиционный переключатель размещается с возможностью перемещения и стопорения относительно соответствующего ему узлу приложения осевой силы, причем при положении каждого многопозиционного переключателя, соответствующего режиму торможения, суммарная величина зазоров между взаимодействующими стопорными поверхностями каждого переключателя и соответствующего ему узла приложения осевой силы должна быть больше суммарной величины зазоров между их скользкими поверхностями, при этом с каждой стороны величина зазора между стопорными поверхностями должна быть больше величины зазора между скользкими поверхностями.
Наиболее целесообразно, чтобы каждый из многопозиционных переключателей содержал бы полый стержень, жестко связанный с узлом приложения осевой силы и установленный с возможностью стопорения и возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении приводного звена посредством ручки переключения с фиксатором, при этом узел приложения осевой силы имел бы дополнительную стопорную поверхность для воздействия на ведущее звено дополнительной противоположно направленной силой, а ведущее звено было бы связано с приводным звеном посредством тел качения, установленных в радиально-упорных кольцах, жестко связанных с приводным звеном.
Это обеспечивает создание компактного устройства для получения непрерывного вращения ведомых звеньев.
Кроме того, устройство может быть дополнительно снабжено связанными друг с другом механизмом создания крутящего момента, передаваемого на связанный с ним узел приложения осевой силы, и механизмом изменения крутящего момента в соответствии с изменениями осевой силы. Введение в устройство этих механизмов позволяет значительно изменять крутящий момент, не увеличивая осевые силы.
Для использования устройства в различных режимах работы, требующих значительных крутящих моментов, или получения высоких скоростей, необходимо, чтобы механизм создания крутящего момента был бы снабжен стопорным элементом, обеспечивающим жесткую связь его с механизмом изменения осевой силы.
Оказалось выгодным, чтобы механизмы изменения осевой силы и крутящего момента были бы выполнены в виде единого механизма, представляющего собой телескопический рычаг, связанный с приводным звеном винтовой передачи, которое было бы жестко связано с узлом приложения осевой силы. Это позволяет изменять выходные характеристики ведомого звена.
Для обеспечения наилучших условий взаимодействия ведущих звеньев с узлами приложения осевых сил предпочтительно, чтобы их стопорные поверхности были бы выполнены из стали, а скользкие поверхности были бы образованы телами качения.
Для разделения хода приводного звена, при котором создается движение ведомого звена, и его хода, при котором обеспечивается торможение ведомого звена, приводное звено снабжается регулируемыми упорами для предотвращения или обеспечения взаимодействия узла приложения осевой силы с ведомым звеном по фрикционным элементам плавного и экстренного торможения, расположенными с противоположных сторон узла приложения силы и связанными с ведомым звеном, при этом упоры выполняются из упругого материала.
Для разделения слоя масла в зазоре между узлом приложения осевой силы и фланцем ведущего звена на торцевой поверхности узла приложения осевой силы, обращенной к фланцу ведущего звена, выполняются выступы, острые вершины которых контактируют с поверхностью фланца ведущего звена.
На фиг.1 изображен общий вид устройства для преобразования возвратно-поступательного движения в одностороннее вращательное, согласно изобретению;
На фиг. 2 вариант выполнения устройства для создания непрерывного инерционного вращательного движения, согласно изобретению;
На фиг.3 конструкция устройства с двумя приводными и двумя преобразующими движение винтовыми передачами, согласно изобретению;
На фиг.4 то же, но с отсутствием взаимодействия и связи приводных звеньев, фрагмент, согласно изобретению;
На фиг.5 конструкция устройства с двумя преобразующими движение и двумя приводными винтовыми передачами, не связанные друг с другом приводные звенья которые установлены с возможностью взаимодействия, согласно изобретению; на фиг. 6 конструкция устройства, в котором приводные звенья винтовых передач связаны друг с другом посредством тел качения и жестких элементов, согласно изобретению;
На фиг.7 вариант выполнения устройства, в котором каждый узел приложения осевой силы выполнен как единое целое с соответствующим ему приводным звеном, согласно изобретению;
На фиг.8 конструкция устройства, обеспечивающего реверсирование одностороннего вращения ведомого звена и торможение после его остановки, согласно изобретению;
На фиг.9 конструкция устройства, обеспечивающего реверсирование и свободное вращение ведомого звена в любом направлении, согласно изобретению;
На фиг.10 конструкция устройства с двумя винтовыми механизмами, согласно изобретению;
На фиг.11 конструкция устройства, содержащего механизмы создания крутящего момента и его изменения, согласно изобретению;
Лучшие варианты осуществления изобретения
Устройство для преобразования возвратно-поступательного движения в одностороннее вращательное, согласно изобретению, содержит коаксиально установленные винтовые передачи, при этом наружная, преобразующая движение винтовая передача выполнена шарикоподшипниковой, то есть гайка ведомого звена 1 (фиг. 1) имеет кольцевые канавки, в которых в соответствии с количеством заходов винта ведущего звена 2 установлены шарики 3. Винт ведущего звена 2 имеет напрессованный на него фланец 4, с которым взаимодействует узел 5 приложения осевой силы в виде упорного диска со ступицей и радиально-упорного кольца, зафиксированных с помощью кольца 6. Связь с возможностью осевого люфта ведущего звена 2 с узлом 5 приложения осевой силы осуществляется посредством шариков 7 с сепаратором 8. Кроме того, торцевая поверхность упорного диска узла 5, обращенная к фланцу 4 ведущего звена 2, имеет, например, концентрические выступы 5а, острые вершины которых контактируют с поверхностью фланца 4. Внутренняя приводная винтовая передача, служащая механизмом создания осевой силы и обеспечивающая также создание крутящего момента, передаваемого на узел 5 приложения осевой силы, содержит приводное звено 9 в виде жестко связанного с упорным диском узла 5 полого винта, имеющего многозаходную резьбу с увеличенным шагом. Приводное звено 9 сопряжено через промежуточные тела качения в виде шариков 10 с неподвижной гайкой 11, имеющей внутренние кольца 12 для предотвращения выпадания шариков 10. Гайка 11 приводной винтовой передачи жестко связана с цанговой обоймой 13 посредством шлицевого соединения, гайка 14 упругой диафрагмой 15 и стопорной шайбы 16. Сочетание направления резьбы наружной и внутренней винтовых передач может быть различным. Приводное звено 9 жестко связано с телескопическим рычагом 17 механизма изменения осевой силы и, кроме того, снабжено ограничителем 18 хода в виде упругого кольца. На торцевой поверхности гайки ведомого звена 1, обращенной к упорному диску 5 приложения осевой силы, закреплено фрикционное кольцо 19 для экстренного торможения. В этом случае внутренняя и наружная винтовые пары имеют левую резьбу. Для плавного торможения устройство снабжено тормозным фланцем 20, закрепленным на гайке ведомого звена 1. Ведомое звено 1 связано с исполнительным органом, например колесом 21, и кроме того, оно установлено на подшипниках 22 и 23 в цанговой обойме 13, которая жестко установлена в корпусе 24, имеющем продольные выступы, входящие в разрезные пазы цанговой обоймы 13 и крепящиеся стопорным кольцом 25. Корпус 24 установлен на стойке 26.
Для получения непрерывного с возможностью инерционного вращения колеса 21 устройство дополнительно снабжено ведомым звеном 27 (фиг.2), жестко связанным с ведомым звеном 1 и колесом 21 и взаимодействующим через промежуточные тела 28 качения с дополнительным ведущим звеном 29. Ведущее звено 29 имеет наружную резьбу, направление которой противоположно направлению резьбы ведущего звена 2. Ведущее звено 29 с фланцем 30 связано посредством радиально-упорного кольца 31 и шаров 32 с сепаратором 33 с узлом 34 приложения осевой силы, представляющим собой диск двустороннего действия со ступицей, жестко связанной с приводным звеном 9, с которым жестко соединен узел торможения в виде фрикционного стаканообразного элемента 35, установленного с возможностью взаимодействия с ведомым звеном 27.
Для получения непрерывного вращения с возможностью инерционного движения от двух приводных звеньев устройство дополнительно содержит ведущее звено 36 (фиг. 3) в виде винта, связанного через тела 37 качения, например шарики, с индивидуальным узлом 38 приложения осевой силы посредством радиально-упорного кольца 39, и ведомое звено 40 в виде гайки, жестко связанной с гайкой ведомого звена 1. Звенья 36 и 40 связаны друг с другом с помощью тел 41 качения в виде шариков, размещенных в кольцевых канавках, выполненных на обращенных друг к другу поверхностях звеньев 36 и 40. На наружных поверхностях ведущих звеньев 2,36 выполнены резьбы противоположных направлений. Устройство дополнительно содержит также механизм создания осевой силы, представляющий собой винтовую передачу, содержащую приводное звено 42 в виде полого винта с увеличенным шагом резьбы, установленное соосно приводному звену 9 и жестко связанное с упорным диском 38 приложения осевой силы, и связанную с приводным звеном 42 через тела качения в виде шариков 43, неподвижную гайку 44, имеющую внутренние кольца 45, предохраняющие шарики 43 от выпадания. Приводные звенья 9 и 42 имеют наружные резьбы разного направления. Гайка 44 жестко связана посредством шлицев, крепежной гайки 46 и стопора 47 с цанговой обоймой 48, установленной в корпус 49. Ведомое звено 40 установлено в подшипниках 50,51 цанговой обоймы 48. Приводное звено 42 жестко связано с дополнительным механизмом изменения осевой силы в виде телескопического рычага 52. На обращенных друг к другу торцевых поверхностях приводных звеньев 9 и 42 выполнены торцевые кольцевые канавки для размещения в них тел качения в виде шариков 53, которые разделены и удерживаются от выпадания сепаратора 54, подвижно связанным с одним из приводных звеньев 42 или 9.
Приводные звенья 9,42 поджаты друг к другу пружинами 55, сжимаемыми через упорные подшипники 56 регулировочным винтом 57 и гайкой 58.
Кроме того, устройство снабжено тормозным механизмом, состоящим из чашеобразной с прорезями и центральным отверстием стальной пластинчатой пружины 59 изгиба, жестко соединенной посредством винтов 60 с упорным диском узла 5 приложения осевой силы, взаимодействующей с выступом 61 конической формы узла 38 приложения осевой силы и имеющей тормозные колодки в виде фрикционных накладок 62.
На фиг. 4 показан вариант выполнения устройства, в котором приводные звенья 9 и 42 не связаны и не взаимодействуют друг с другом.
На фиг. 5 показан вариант выполнения устройства, в котором приводные звенья 9 и 42 не связаны друг с другом, но установлены с возможностью взаимодействия через тела качения в виде шариков 53 с подвижным сепаратором 54, связанных с приводным звеном 42.
Связь между приводными звеньями 9 (фиг.6) и 42 может быть осуществлена посредством упорных подшипников 63, упирающихся во внутренние бурты 64, 65 приводных звеньев 9 и 42, и жестких элементов винтовой стяжки в виде винта 66 и гайки 67.
На фиг. 7 представлен вариант выполнения устройства, в котором упорный диск каждого узла 5 и 38 приложения осевой силы выполнен как единое целое с соответствующим ему приводным звеном 68 и 69, представляющим собой гайку. Кроме того, приводные звенья 68 и 69 жестко соединены в осевом направлении с помощью байонетного замка 70, а посредством наружных шлиц 71,72 качения они связаны с цанговыми корпусами 73,74, в кольцевых полостях 75,76 которых размещены ведомые и ведущие звенья 1,40,2,36. Другие звенья 77,78 винтовой передачи в виде винтов, связанные с гайками приводных звеньев 68,69 через тела качения в виде шариков 79,80, установлены с помощью упорных подшипников 81,82 и гаек 83,84 со стопорами 85,86.
Для обеспечения реверсирования одностороннего вращения и торможения после остановки ведомого звена 1 (фиг.8) устройство снабжено многопозиционным переключателем. В этом случае узел 87 приложения осевой силы предпочтительно выполнить в виде диска со ступицей, взаимодействующего своими наружными конусными поверхностями из стали с внутренними стальными поверхностями сборного полого фланца 88, жестко связанного с ведущим звеном 2. В диске 87 выполнены окна, через которые проходят крепежные элементы 89, жестко связывающие и центрирующие упорные кольца 90 подшипников многопозиционного переключателя с находящимися в них шариками 91 с сепаратором 92. Крепежные элементы 89 связаны с венцом ходовой гайки 93 посредством стопорных колец 94. Ходовая гайка 93 с приводным звеном 9 связана посредством резьбового соединения, а с помощью винтов 95 она жестко соединена с ручкой переключения, связанной с упругой пластиной 97, имеющей выступ для фиксации ее в одном из трех пазов приводного рычага 17 с помощью фиксирующего узла 98. Ход приводного звена 9 ограничивается, с одной стороны, диафрагмой 15 гайки 14, а с другой стороны, гайкой 11 и упругим кольцом ограничителя 18. Для плавного торможения служит кожух 99, выполненный из фрикционного материала, соосно установленный и жестко связанный с ведомым звеном 1.
На фиг.8 зазоры между взаимодействующими стопорными и скользкими поверхностями узла 87 и ведущего звена 2 обозначены a, b, c, d. При среднем положении упругой пластины 97 переключателя, которое соответствует режиму торможения, зазоры a, b, c, d распределяются таким образом, что суммарная величина (a + c) зазоров a, c между взаимодействующими стопорными поверхностями узла 87 и фланца 88 ведущего звена 2 меньше суммарной величины (b + d) зазоров b, d между их скользкими поверхностями, то есть a + c <b + d, причем должны выполняться и следующие неравенства:
a <b и c <d
Устройство может иметь также многопозиционный переключатель, обеспечивающий реверсирование и свободное вращение ведомого звена 1 (фиг.9) в любом направлении за счет изменения взаимодействия ведущего звена 2 с узлом 100 приложения осевой силы, выполненный в этом случае в виде полого фланца сборной конструкции, взаимодействующего с диском 101 ведущего звена 2. В радиально-упорных кольцевых канавках внутреннего выступа ведущего звена 2 расположены шарики 102, охваченные разрезными кольцами 103, установленными и зафиксированными стопорным кольцом 104 на приводном звене 9. Фланец узла 100 приложения жестко соединен посредством резьбы с полым стержнем 105 многопозиционного переключателя, связанным с приводным звеном 9. К хвостовику стержня 105 с помощью анкера 106 и гайки 107 прикреплена ручка 108 переключения, закрепленная на упругой пластине 109 и снабженная фиксатором 110. Ручка 108 переключения стопорится в одном из трех положений. Устройство содержит также кожух 11, прикрепленный к рычагу 112.
Устройство, представленное на фиг.10, содержит дополнительно винтовой механизм II, расположенный симметрично винтовому механизму 1. Винтовой механизм II имеет конструкцию, выполненную аналогично конструкции винтового механизма 1, и содержит: ведомое звено 117 с диском 118, разрезные кольца 119, стопорное кольцо 120, приводное звено 121, шарики 122, неподвижную гайку 123, шарики 124, стопорную гайку 125, цанговый корпус 126, фланец 127 узла приложения осевой силы, полый стержень 128 многопозиционного переключателя, кожух 129, анкер 130, гайку 131, упругую пластину 132, ручку 133 переключения, фиксатор 134, рычаг 135, корпус 136, стойку 137.
Для устройств, представленных на фиг.9,10, при среднем положении упругой пластины 109 с ручкой 108 переключателя зазоры b, d между поверхностями с трением качения меньше зазоров a, c между поверхностями с трением скольжения a > b и c > d, поэтому вращение ведомых звеньев 1,113 возможно в любую сторону. Крайние положения переключателя соответствуют движению ведомых звеньев 1 и 113 в одну сторону с предотвращением вращения в противоположную сторону с предотвращением вращения в противоположную, при этом a <d и c <d или a > b и c <d.
Устройство, представленное на фиг.11, дополнительно содержит связанные друг с другом механизм создания крутящего момента в виде рычага 138 и механизм изменения крутящего момента в виде телескопического рычага 139. Рычаг 138 жестко связан с фланцем втулки, в виде которой выполнен узел 140 приложения осевой силы, установленный с возможностью вращения на телах 141 качения и фиксации его стопорным элементом 142 на штоке 143 механизма изменения осевой силы, который содержит также шатун 144, связанный посредством осей 145 со штоком 143 и телескопическим рычагом 146, установленным с возможностью вращения относительно оси 147. Перемещение втулки узла 140 в осевом направлении по штоку 143 ограничено с помощью выступа 148, выполненного на штоке 143, и стопорного кольца 149. Стопорный элемент 142 установлен с возможностью перемещения рычага 139. Шток 143 установлен в направляющей втулке 150, которая имеет линейные подшипники 151 и жестко связана посредством гайки 14 с обоймой 13, закрепленной с помощью стопорного кольца 25 и шлицевого соединения с корпусом 24. Корпус 24 и ось 147 жестко связаны со стойкой 26.
Предлагаемое устройство для преобразования возвратно-поступательного движения в одностороннее вращательное работает следующим образом.
При наибольшей длине телескопического рычага 17 (фиг.1) движением руки поочередно перемещают его из одного крайнего положения в другое. При этом приводное звено 9, представляющее собой винт, жестко связанный с рычагом 17, совершает возвратно-поступательное движение вместе с узлом 5 приложения по неподвижной гайке 11. Узел 5 при движении в каждую сторону взаимодействует с ведущим звеном 2 или через фланец 4, или через шарики 7. Ведущее звено 2 приводит во вращение ведомое звено 1. При движении узла 5 в направлении к гайке 14 усилие от узла 5 на ведущее звено 2 передается через фланец 4. При этом диск узла 5 приложения, имеющий остроконечные концентрические выступы 5а, прорезает при контакте масленный слой, обеспечивая необходимое сцепление
стопорение.
В случае, если направления вращения ведомого звена 1 и приводного звена 9 совпадают, то угол поворота ведомого звена 1 увеличивается на величину, пропорциональную углу поворота приводного звена 9; если направления вращений этих звеньев противоположны, то угол поворота ведомого звена 1 будет снижен на ту же величину. Это связано с выбором шагов резьбы приводного звена 9 и преобразующей движение винтовой передачи, влияющим на изменение крутящего момента или скорости вращения. При обратном движении, то есть от гайки 14, узел 5 действует на ведущее звено 2 через звено 2 тела качения в виде шариков 7. Так как момент инерции ведущего звена 1, то в любом случае будет происходить винтовое движение ведущего звена 2 относительно ведомого, при этом направления вращения этих звеньев 1,2 будут совпадать.
При максимальной длине рычага 17 и оптимальной амплитуде движений его угол поворота наименьший, и приводное звено 9, совершая винтовое движение, переместится на расстояние, составляющее часть от максимального хода.
В пределах хода при движении ведомого звена 1 возможно свободно изменять исходные положения и частоту перемещений рычага 17. В любой момент времени при любом положении возможно остановить рычаг 17, при этом ведомое звено 1 начнет действовать на ведущее, прижимая его своей резьбовой поверхностью через шарики 3 к поверхности с трением качения узла 5 и приводя его во вращение, причем сопротивления вращению оказываться не будет. Для повышения скорости движения, когда увеличение частоты перемещения не имеет смысла, уменьшают длину рычага 17, тем самым увеличивают угол его отклонения. Это приводит к увеличению хода приводного звена 9, а следовательно, к увеличению угла поворота ведомого звена 1. Таким образом, варьируя амплитудой, частотой отклонения рычага 17 и его конечными положениями, а также его длиной, выбирают требуемые режимы движения ведомого звена 1 и связанного с ним колеса 21, например, инвалидной спортивной коляски.
Для осуществления плавного торможения необходимо приложить усилие, которое позволило бы преодолеть определенное усилие упругого кольца ограничителя 18. При этом узел 5 приводится в соприкосновение с тормозным фланцем 20, причем за счет возникновения момента трения происходит отталкивание их друг от друга. Для осуществления экстренного торможения необходимо преодолеть усилие упругой диафрагмы 15 и гайки 14. При этом узел 5 входит в соприкосновение с фрикционным кольцом 19, причем тормозной момент стремится увеличить их взаимодействие, приводящее к самозатягиванию приводного звена 9.
При использовании двух наружных, преобразующих движение винтовых передач общий для них узел 34 (фиг.2) приложения приводит в движение одновременно два ведущих звена 2,29, одно из которых приводит во вращение жестко связанные между собой ведомые звенья 1 и 27, воздействуя на них через фланцы 4 или 30, а другое ведущее звено 2 или 29 при этом осуществляет взаимодействие через шарики 7, 28, вывинчивается из соответствующего ему ведомого звена 1 или 27. Таким образом обеспечивается непрерывное вращение колеса 21. При прекращении действия сил обеспечивается инерционное вращение: за счет воздействия ведомых звеньев 1 и 27 между фланцами 4 и 30 образуется зазор, при этом ведущие звенья 2,29 продолжают вращаться, взаимодействуя в это время с узлом 34 через шарики 7 и 32. Торможение осуществляется действием фрикционного элемента 35 на ведомое звено 27 при контакте торца звена 9 с диафрагмой 15, при этом необходимо преодолеть сопротивление упругой диафрагмы 15.
Данную конструкцию устройства, обеспечивающую непрерывное вращение ведомых звеньев 1 и 27 с возможностью обеспечения инерционного вращения, особенно эффективно использовать в качестве привода инвалидной коляски. При перемещении рычага 17 в направлении от наблюдателя, то есть при вытягивании рук, когда имеется упор спины в спинку кресла, сила, действующая на рычаг 17, значительно больше, чем сила, создаваемая при движении рук в обратном направлении. Учитывая это, направление резьбы звеньев 9,11,1,27,2,29 выбрано так, что при перемещении рычага 17 в направлении от наблюдателя направление вращения ведомых звеньев 1 и 27 совпадает с направлением вращения взаимодействующих с ними ведущего звена 2 или 29, то есть угол поворота ведомых звеньев 1 и 27 увеличивается. При движении рычага 17 в направлении к наблюдателю, то есть при движении руки к туловищу, на ведомых звеньях 1 и 27 создается такой же крутящий момент, но под действием меньшей силы. Это обусловлено тем, что ведущее звено 29 поворачивается в направлении, противоположном вращению ведомых звеньев 1 и 27.
Устройство, представленное на фиг.3, может быть использовано как привод мускульного транспортного средства. В этом случае звенья 9,11 и 42,44 приводных винтовых передач имеют резьбы разного направления, это относится и к направлению резьб звеньев 1,2 и 40,36. При перемещении рычага 52 от наблюдателя приводное звено 42 совершает винтовое движение, при этом узел 38 воздействует на фланец ведущего звена 36, которое приводит во вращение ведомое звено 40. Одновременно приводное звено 42 через пружины 55, упорные подшипники 56 воздействуют на приводное звено 9, которое совершает винтовое движение с направлением вращения, противоположным направлению вращения приводного звена 42. При движении приводного звена 9 узел 5 через шарики 7 оказывает давление на фланец ведущего звена 2, которое вывинчивается из ведомого звена 1.
При изменении направления перемещения рычага 52 на оборотное изменяется и направление вращения приводного звена 42. Через шарики 53 движение от приводного звена 42 передается приводному звену 9, при этом узел 5 воздействует на фланец ведущего звена 2, которое приводит во вращение ведомые звенья 1,40 и связанное с ними колесо 21. Одновременно приводное звено 42 через шарики 37 оказывает действие на ведущее звено 36, выводя его из ведомого звена 40. Таким образом при поочередном действии на рычаг 52 противоположно направленным силам обеспечивается непрерывное вращение колеса 21, при этом усилие затяжки пружин 55 должно превышать усилие сцепления приводных звеньев 42 и 9.
При одновременном действии на рычаги 17 и 52 противоположно направленным силам, например при перемещении рычага 52 в направлении от наблюдателя, а рычаг 17 к наблюдателю, узел 38 при вращении приводного звена 42 будет действовать на фланец ведущего звена 36. Одновременно приводное звено 9, совершающее также винтовое движение, будет большей частью действовать на узел 38 и приводное звено 36 и незначительное усилие оказывать на ведущее звено 2 через шарики 7. Такое взаимодействие приводит к тому, что ведомое звено 40 будет вращаться, а ведущее звено 2 будет совершать винтовое движение относительно ведомого звена 1. В результате этого усилия приводных звеньев 9 и 42 для создания вращения колеса 21 суммируются.
При изменении направления действия силы на любой из рычагов 17 или 52 в любом его положении произойдет торможение за счет того, что приводные звенья 9 и 42, имея наружную резьбу разного направления, отходят друг от друга, при этом выступ 61 конической формы узла 38 отжимает пружину 59, приводя тем самым фрикционные накладки 62 в контакт с приводными звеньями 1 и 40.
Величина суммарного хода приводных звеньев 9 и 42 ограничивается расстоянием между обращенными друг к другу торцевыми поверхностями неподвижных гаек 11 и 44.
При отсутствии связи между приводными звеньями 42 и 9 (фиг.4) узлы 5 и 38 взаимодействуют со своими ведущими звеньями 2 и 36 независимо друг от друга. В этом случае при действии на рычаги 17 и 52 (фиг.3) противоположно направленными силами создается непрерывное вращение колеса 21 (фиг.4) за счет поперечного вращения ведомых звеньев 1 и 40. При одновременном действии на рычаги 17 и 52 (фиг.3) силами одного направления преобразование движения происходит при движении рычагов 17 и 52 только в одном из направлений, при движении их в обратном направлении происходит холостой ход.
Устройство, в котором приводные звенья 42 и 9 (фиг.5) установлены с возможностью взаимодействия через тела качения в виде шариков 53, работает следующим образом. Приводные звенья 42 и 9, связанные соответственно с рычагами 52 и 17 (фиг.3), независимо друг от друга взаимодействуют через узлы 5 и 38 с ведущими звеньями 2 и 36 соответственно, которые приводят во вращение связанные друг с другом ведомые звенья 1 и 40. Приведение в движение ведомых звеньев 1 и 40 возможно также и под действием противоположно направленным силам, приложенных к рычагам 17 и 52 (фиг.3), при котором происходит передача усилий от одного приводного звена 42 к другому звену 9 или наоборот, то есть усилия для преобразования движения суммируются. Одним из конкретных применений данного варианта устройства является использование его в качестве привода веломобиля, в котором воздействие на рычаги 17,52 передаются от рук и ног водителя, причем возможны совместные или раздельные толкающие движения рук и ног, а также их одновременные тянущие и толкающие усилия.
При работе устройства, в котором приводные звенья 42 и 9 (фиг.6) связаны через шарики 53, упорные подшипники 63 и жесткие элементы в виде винта 66 и гайки 67, обеспечивается суммирование усилий, передаваемых на приводные звенья 42 и 9, синхронизация движения приводных звеньев 42 и 9, а при равенстве сил, действующих на оба приводных звена 42 и 9, усилия взаимно компенсируются, не вызывая преобразования движения. При использовании этого варианта устройства в качестве привода велосипеда на рычаг 17 и 52 (фиг.3) устанавливают педали, надавливая на одну из которых поочередно приводят во вращение ведомые звенья 42 и 9 (фиг.6) и связанное с ними колесо 21, при этом другая педаль с соответствующим ей рычагом 17 или 52 будет подниматься вверх, а направление действия ног можно менять в любом положении педалей и в любой момент времени. При одновременном и равном воздействии на обе педали они будут служить для ног опорой, а движение будет осуществляться по инерции. Если педали оснастить туклипсами, то к толкающему движению на одной педали можно добавить тянущее движение на другой, тем самым увеличить мощность привода. Движения рычагов будут происходить вокруг горизонтальной оси с общим углом качения 90oC. Для увеличения силового передаточного отношения рычаги могут быть выполнены телескопическими.
В том случае, когда каждый узел 5, 38 (фиг.7) выполнен как единое целое с соответствующим ему приводным звеном 68 и 69 и они соединены между собой с помощью байонетного замка 70, усилия от рычагов 17 и 52 суммируют, поэтому работа устройства описывается на примере действия силы только на рычаг 17. При перемещении рычага 17 относительно винтовое движение, создаваемое в приводной винтовой передаче, включающей звенья 68 и 69, раскладывается за счет шлиц качения на вращательное звено 77 и поступательное звено 68 и выполненного заодно с ним узла 5. При взаимодействии узла 5 с ведущим звеном 2 его поступательное движение преобразуется во вращательное движение ведомого звена 1. Жесткая осевая связь звеньев 68 и 69 обеспечивает винтовое движение ведущего звена 36 и возврат рычага 52. При обратном ходе рычага 17 преобразование движения будет осуществляться за счет передачи усилий от звена 68 на звено 38.
Для обеспечения реверсирования и торможения после остановки ведомого звена 1 (фиг. 8) устройство дополнительно снабжено многопозиционным переключателем. При движении рычага 17 в направлении от наблюдателя зазоры между взаимодействующими поверхностями узла 87 и фланца 89 ведущего звена 2 распределяются следующим образом: d > c, b <d и узел 87 взаимодействует с ведущим звеном 2 по стопорным поверхностям. В результате этого ведущее звено 2 передает вращение ведомому звену 1. При обратном движении рычага 17 взаимодействие между узлом 87 и ведущим звеном 2 происходит по их скользким поверхностям, и ведущее звено 2 совершает холостой ход. Для реверсирования вращения упругую пластину 97 переключателя переводят в другое крайнее положение, при этом зазоры распределяются следующим образом:
a <b d <c
При этом будут взаимодействовать взаимопротивоположные поверхности с трением скольжения и трением качения.
Когда пластина 97 переключателя занимает среднее положение и a <b и с < d, то при неподвижном рычаге 17 вращение ведомого звена 1 в любую сторону будет предотвращаться, поскольку взаимодействие узла 87 и ведущего звена 2 будет осуществляться только по их стопорным поверхностям.
Работа устройства, представленного на фиг.9, осуществляется следующим образом. При нахождении упругой пластины 109 в среднем положении и соотношении зазоров a > b и c > d ведущее звено 2 будет совершать возвратно-винтовое движение относительно ведомого звена 1, поскольку ведомое звено 1, связанное с исполнительным механизмом, имеет значительный момент инерции. Если оказывать непосредственное воздействие на ведомое звено 1, то оно будет приводить во вращение ведущее звено 2, которое будет взаимодействовать с ним только по поверхностям с трением качения, не оказывая сопротивление вращению. При переводе упругой пластины 109 в одно из крайних положений с помощью ручки 108 стержень 105 переключателя поворачивается, в результате чего происходит относительное смещение и фиксация стопорных поверхностей фланца узла 100 и диска 101 ведущего звена 2. При этом зазоры a, b, c, d распределяются таким образом, что при движении приводного звена 2 в одну сторону взаимодействуют стопорные поверхности, а в другую скользкие, поэтому происходит преобразование движения в одну сторону с предотвращением вращения в другую.
Использование двух винтовых механизмов I и II (фиг.10) обеспечивает непрерывное вращение в любую сторону с предотвращением движения в противоположном направлении. Торможение ведомых звеньев 1 и 113 при их вращении в любом направлении осуществляется размещением переключателей в разных крайних положениях, обеспечивающих движение в разные стороны. При среднем положении переключателей осуществляется свободное вращение ведомых звеньев 1 и 113 в любую сторону.
При наличии механизмов 138, 139 (фиг.11) создания и изменения крутящего момента, передаваемого на узел 140 приложения осевой силы, устройство работает следующим образом. При действии на рычаг 146 усилия посредством шатуна осевых сил, который действует на фланец 4 ведущего винта 2. Одновременно рычагом 138 механизма создают крутящий момент, направленный в сторону вращения ведомого звена 1. При этом резьбовое соединение винта 2 и ведомой гайки 1 с промежуточными телами 3 качения работает как шлицевое соединение, передающее крутящий момент на ведомое звено 1 и связанный с ним исполнительный механизм
колесо 21.
При возврате ведущего звена 2 на него действуют через промежуточные тела 7 качения, при этом оно совершает винтовое движение относительно вращающегося ведомого 1 с вращением в ту же сторону, причем рычаг 138 перемещают в противоположную сторону, а фланцы узла 140 и ведущего звена 2 не взаимодействуют друг с другом, так как между ними образуется зазор m. Разогнав инерционный механизм до определенных оборотов, можно прекратить действие, при этом звенья 2, 1 и колесо 21 будут вращаться по инерции.
После разгона, когда не требуется создавать больших крутящих моментов, рычаги 138 и 139 механизмов создания и изменения крутящего момента с помощью стопорного устройства 142 фиксируют относительно штока 143 и создают вращение только рычагом 146. Когда момент сопротивления вращения значителен, действуют двумя рычагами 139 и 146.
Таким образом предлагаемое изобретение позволяет реализовать идею бесконечного винта за счет различия между величиной трения качения и трения скольжения, малой величины момента инерции ведущего звена 2 (фиг.1) по сравнению с нагрузочной способностью винтовой передачи, а также за счет обеспечения возможности передачи энергии вращения от одного вращающегося винтового звена к другому и совершения винтового движения одного звена относительно другого под действием осевых сил. Это и позволяет:
повысить КПД преобразования движения до 80-95%
использовать устройство как для создания движения, так и для торможения;
совместно осуществлять реверсирование, торможение после остановки ведомого звена и свободное вращение в любом направлении;
при движении ведомого звена 1 автоматически получать свободный ход;
изменять величину перемещения ведущего звена 2 в пределах его хода в любой момент времени и любом его положении с любой допустимой скоростью;
при заданном направлении движения предотвращать вращение в обратную сторону;
обеспечивать бесступенчатую регулировку крутящего момента и скорости вращения;
обеспечивать возможность получения постоянного крутящего момента ведомого звена 1;
произвольно изменять амплитуду, частоту движения и положения приводного звена 9;
за счет изменения направления действующих сил на приводные звенья 9, 42 осуществлять торможение;
обеспечить раздельную работу и изменять взаимодействие приводных звеньев 9, 42, обеспечить их воздействие на ведущие звенья 2, 36 независимо друг от друга, и кроме того, обеспечить синхронизацию работы приводных звеньев 9, 42 и суммирование их усилий;
получать один оборот ведомого звена 1 при малых линейных перемещениях ведущего звена 2;
превышать скорость вращения ведомого звена, которую оно приобретает при воздействии на него ведущего звена.
Предлагаемое изобретение может быть с успехом использовано во многих областях механики. Наилучшее применение оно найдет в качестве преобразователей в транспортных средствах, а именно: велосипедах, инвалидных колясках, в автомобилях, веломобилях, детских автомобилях, тренажерах, в аттракционах, в водных и воздушных транспортных средствах и так далее. В энергетике предлагаемое изобретение может быть использовано, в первую очередь, как преобразователи в волновых электростанциях.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ В ОДНОСТОРОННЕЕ ВРАЩАТЕЛЬНОЕ | 1992 |
|
RU2112171C1 |
| УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ В ОДНОСТОРОННЕЕ ВРАЩАТЕЛЬНОЕ | 1992 |
|
RU2111394C1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ В ОДНОСТОРОННЕЕ ВРАЩАТЕЛЬНОЕ | 1993 |
|
RU2110719C1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ В ОДНОСТОРОННЕЕ ВРАЩАТЕЛЬНОЕ | 1992 |
|
RU2111395C1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЗВРАТНО-ВИНТОВОГО ДВИЖЕНИЯ В ОДНОСТОРОННЕЕ ВРАЩАТЕЛЬНОЕ | 1993 |
|
RU2082048C1 |
| АДАПТАЦИОННЫЙ ШАРИКОВИНТОВОЙ ПРИВОД ВАСИЛЬЕВА | 2003 |
|
RU2238456C1 |
| ПЕРЕДАЧА С ПРОМЕЖУТОЧНЫМИ ЗВЕНЬЯМИ (ВАРИАНТЫ) | 2006 |
|
RU2329422C2 |
| Контроллер управления железнодорожным транспортом и способ его работы | 2022 |
|
RU2788226C1 |
| Контроллер управления железнодорожным транспортом и способ его работы | 2023 |
|
RU2808302C1 |
| Гайковерт | 1989 |
|
SU1685698A1 |
Использование: изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к устройствам для преобразования возвратно-поступательного движения в односторонее вращательное. Сущность изобретения заключается в том, что устройство выполнено в виде несамоторомозящегося винтового механизма, размещенного в корпусе 24 и содержащего ведущее звено 2 и связанное с ним через тела 3 качения ведомое звено 1. Ведущее звено 2 связано с узлом 5 приложения осевой силы с возможностью свободного осевого перемещения, свободного вращения и стопорения и взаимодействия своими двумя поверхностями, одна из которых выполнена стопорной, а другая скользкой, с соответствующими выполненными идентично им поверхностями узла 5. Узел 5 соединен с механизмом создания осевой силы, выполненным в виде винтовой передачи 9,11, обеспечивающей создание крутящего момента, направленного на изменение угла осевой силы. Приводное звено 9 винтовой передачи 9,11 установлено соосно ведомому звену 1 и жестко связано с узлом 5 и механизмом 17 с возможностью взаимодействия с ведущим и ведомым звеньями 2,1. 18 з.п. ф-лы, 11 ил.
| Патент ЕПВ N 9000280, кл | |||
| Устройство для электрической сигнализации | 1918 |
|
SU16A1 |
