СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F16H35/02 

Изобретение относится к области машиностроения, к способам и конструкциям преобразования или передачи движения, а также для получения необходимых перемещений в различных устройствах гидравлических, пневматических двигателей, двигателей внутреннего сгорания (ДВС), насосов, расходомеров различных типов: с качающимися лопастями, поршнями и т.п., в частности в роторных.

Характеристика аналогов
Известен способ передачи с целью получения переменного передаточного отношения [1], заключающийся в применении некруглых зубчатых колес.

Известна конструкция механизма с переменным передаточным отношением [1], содержащая два некруглых цилиндрических зубчатых колеса, взаимодействующих между собой.

Недостатком известного эффекта и конструкций является применение сложных в изготовлении зубчатых колес.

Прототип
Известно устройство преобразования движения [2], содержащее соединение, как минимум, двух тел.

Критика прототипа
Недостатком известной конструкции является то, что передаточное отношение изменяется ступенчато, а также изготовление секторных колес, по сравнению с обычными круглыми колесами, является более трудоемким. Недостатком является и то, что невозможно использование колес такой формы в цепных, ременных и иных передачах.

Цель изобретения
Целью изобретения является повышение эффективности и надежности передач, а также уменьшение трудоемкости изготовления. Повышение эффективности заключается в возможности применения колес различных друг от друга размеров, в том числе диаметров, что позволит повышать или понижать передаточное отношение. Возможность передачи движения на большое расстояние посредством цепной, ременной или другой передачи так же повысит эффективность. Повышение надежности будет обеспечиваться отсутствием скачкообразного изменения передаточного отношения, что исключит перегрузку механизма.

Сущность изобретения
Способ преобразования движения, заключается в том, что круглое тело (шестерню, звездочку, шкив и т.п.) закрепляют на валу эксцентрично и вводят во взаимодействие с другим телом. Взаимодействие может осуществляться как непосредственно, например шестерня с шестерней, так и через промежуточный элемент или элементы, например звездочка со звездочкой в цепной передаче через цепь.

К примеру, при вращении эксцентрично насаженной на вал шестерни ее различные точки радиальной поверхности будут описывать траектории в форме окружностей различных диаметров, соответствующих удалению данных точек от оси или точки вращения данной шестерни. Если соединить с этой поверхностью другую шестерню и обеспечить постоянное их взаимодействие, при этом создав условия для возвратного (поступательного, качательного, поворотного) движения этой шестерни, то эксцентричная шестерня, набегая на вторую, будет отодвигать ее от своего центра вращения, а затем, сбегая, придвигать ее к нему. Этим самым второй шестерне будет передаваться движение, без разрыва потока мощности, с различных мест первой шестерни, которые имеют различное удаление от оси вращения последней. В итоге, на вторую шестерню будет передаваться движение с мест, имеющих разные радиусы вращения относительно оси на которой закреплена первая шестерня. Получая движение с тех точек первой шестерни, которые проходят различный путь (длину) за один ее оборот, вторая шестерня будет вращаться то быстрее, то медленнее, пропорционально тому пути, который проходит точка первой шестерни, с которой взаимодействует на данный момент вторая шестерня. В конечном итоге, при равномерном вращении эксцентричной шестерни другая взаимодействующая с ней будет вращаться неравномерно и наоборот, если равномерно вращать вторую шестерню, то неравномерно будет вращаться эксцентрично закрепленная.

Шестерня, шкив, звездочка или другое тело могут иметь соосные поверхности (делительная, поверхность вершин, поверхность впадин, радиальная и др.), отличающиеся или неотличающиеся от поверхности круговой фигуры (цилиндра, конуса и др.).

Если необходимо получить движение с определенным законом изменения скорости движения, то можно применить один некруглый и один круглый элемент. Некруглая шестерня может иметь соосные поверхности, отличающиеся от поверхности кругового цилиндра, которые могут быть выполнены в виде поверхностей, образующей которых может являться эллипс или фигура иной формы, с помощью которой будет достигаться необходимый закон движения.

Применяя различные диаметры эксцентрично и неэксцентрично закрепленных колес, возможно получение понижения или повышения передаточного отношения с одновременным изменением закона движения. В сущности данная конструкция может быть выполнена в виде кривошипно-зубчатого, кривошипно-цепного или кривошипно-ременного механизма.

В итоге, применяя круглое колесо со смещенным центром (осью) вращения или точкой поворота, различные части его рабочей части (поверхности) будут проходить относительно неподвижной точки с различной скоростью, при этом то удаляясь от нее, то приближаясь к ней. Если с эксцентрично закрепленным колесом (шестерней) ввести во взаимодействие (в зацепление) другое тело (шестерню), обеспечивая постоянную их связь и дав возможность возвратного (возвратно-поступательного, качательного) движения присоединенной шестерни, то последняя будет вращаться с переменной скоростью, в то время как эксцентричная шестерня будет иметь постоянную скорость. Передача может осуществляться как с повышением, так и с понижением передаточного числа, т.е. колеса могут иметь разные размеры.

С целью изменения эксцентриситета какого-либо колеса в нужный момент, его выполняют охватывающим эксцентрик, поворачивая который изменяют эксцентриситет.

На фиг. 1 представлено устройство преобразования движения.

На фиг. 2 изображен боковой вид устройства.

Описание конструкции в статическом состоянии
Устройство преобразования движения состоит из колеса 1, эксцентрично закрепленного на валу 2, и взаимодействующей с ним шестерни 3. Шестерня 4 жестко закреплена на одном валу 5 с шестерней 3. Вал 5 с шестернями 3, 4 взаимодействует через подшипник 6 с выступом 7 диска 8, который закреплен через подшипник 9 на колесе 1. В тоже время вал 5 соединен через подшипники 10, 11 звеном 12 с валом 13, на котором закреплена шестерня 14.

Работа конструкции
При равномерном вращении колеса 1 постоянно взаимодействующая с ним шестерня 3 будет вращаться неравномерно, с плавно изменяющейся скоростью, совершая при этом возвратные движения. Находящаяся на одном валу 5 шестерня 4 будет передавать неравномерное движение шестерне 14.

Преимущества изобретения
Применение данного способа и устройства позволит преобразовывать равномерное движение в неравномерное или наоборот, путем применения обыкновенных круглых колес, шестерен и других деталей, несложных в изготовлении, а также избежать перегрузок механизма, что повысит его надежность. Повышение эффективности работы будет достигаться возможностью передачи движения на большие расстояния путем применения цепной или ременной передачи, а также возможностью повышения или понижения передаточного отношения передачи.

Используемая литература:
1. Крайнев А.Ф. "Словарь-справочник по механизмам". М., Машиностроение, 1987, с. 238.

2. Артоболевский И. И. "Механизмы в современной технике", том. 3, М., "Наука", 1973, с. 145, фиг. 166.

Способ и устройство преобразования движения предназначены для взаимного преобразования равномерного и неравномерного движений и используются в механизмах с переменным передаточным отношением, например двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, насосах и т.п. Преобразование движения осуществляют путем ввода во взаимодействие одного тела с другим поверхностями, часть (части) которых образована цилиндром и/или конусом, имеющих точки с различным удалением от оси вращения. Вращая одно из тел, передают движение другому телу, обеспечивая при этом возможность возвратных перемещений соединенного с ним тела или его части. Данное изобретение позволяет повысить эффективность и надежность устройства, а также уменьшить трудоемкость изготовления. 2 с. и 16 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ преобразования движения, заключающийся в преобразовании равномерного и/или неравномерного движений путем взаимодействия двух или более тел, отличающийся тем, что по меньшей мере одно из тел вводят во взаимодействие с другим (другими) поверхностью (поверхностями), часть (части) которой образована с помощью по меньшей мере одного цилиндра и/или конуса, имеющей точки с различным удалением от оси (центра) его вращения (поворота), вращая (поворачивая) по меньшей мере одно из которых, передают движение другому (другим), обеспечивая при этом возможность возвратных перемещений соединенного с ним по меньшей мере одного тела или его части. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере одно из тел выполняют круглым, имеющим ось вращения (точку поворота), не совпадающую с его геометрическим центром. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что во взаимодействие вводят как минимум по одному некруглому и круглому телам. 4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что во взаимодействие вводят как минимум два круглых тела. 5. Способ по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что, как минимум, одному из тел или его части (частям) одновременно с его вращением (поворотом) дают возможность совершать движения по заданной траектории. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что движение является поступательным. 7. Способ по п.5, отличающийся тем, что движение является поворотным. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изменяют эксцентриситет, как минимум, одного из тел. 9. Устройство преобразования движения, содержащее соединение, как минимум, двух тел, отличающееся тем, что по меньшей мере одно из тел соединено с другим (другими) поверхностью (поверхностями), часть (части) которой образована с помощью по меньшей мере одного цилиндра и/или конуса, причем поверхность имеет точки с различным удалением от оси (центра) вращения (поворота) тела, при вращении (повороте) по меньшей мере одного из которых, при передаче движения другому (другим) имеется возможность возвратных перемещений соединенного с ним по меньшей мере одного тела или его части. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что, как минимум, одно из тел выполнено с возможностью совершения им или по меньшей мере одним его элементом заданной траектории. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что траекторией является прямая. 12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что траекторией является дуга. 13. Устройство по п.9, отличающееся тем, что телами являются зубчатые элементы. 14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что телами являются шестерни. 15. Устройство по п.9, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере один гибкий элемент, взаимодействующий, как минимум, с двумя телами. 16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что гибкий элемент выполнен в виде цепи. 17. Устройство по п.15, отличающееся тем, что гибкий элемент выполнен в виде ремня. 18. Устройство по п.9, отличающееся тем, что, как минимум, одно из тел выполнено охватывающим по меньшей мере один эксцентрик.