ЗАМКНУТЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛ С ТОЧКОЙ ТОЧНОГО ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F16H37/16 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к созданию точного прямолинейного движения точки.

Известен механизм точного прямолинейного движения точки [1], недостатком которого является то, что для обеспечения точного прямолинейного движения ползуна необходимо дополнительное направляющее звено, вызывающее реакцию между ползуном и направляющим звеном.

Наиболее близким по сути является планетарный механизм, содержащий неподвижное центральное колесо, водило и сателлит [2], недостатком которого является ограниченное его использование в механизмах машин и приборов из-за жесткой связи между диаметром сателлита и эксцентриситетом водила, что является причиной невозможности установки более одного сателлита.

Технический результат - расширение возможности использования механизма в различных машинах.

Это достигается тем, что в отличие от планетарного механизма, имеющего один сателлит, не более, с радиусом, равным эксцентриситету водила, и неподвижное центральное колесо, в предлагаемом механизме радиус сателлита уменьшен относительно эксцентриситета водила. При этом, чтобы не нарушить баланс скоростей точек сателлита, имеющийся в прототипе, точке контакта сателлита с центральным колесом сообщается скорость вращения, совпадающая по направлению со скоростью вращения водила и имеющая величину

где
E - эксцентриситет водила;
R₃ - радиус сателлита;
W₁ - угловая скорость центрального колеса;
W₂ - угловая скорость водила.

На фиг. 1 в изометрии изображен предлагаемый механизм. Он содержит центральный подвижный блок колес 1 - 1', водило 2 в блоке с колесом 4, сателлиты 3 и замыкающий блок 5 - 5'.

Механизм работает следующим образом: при вращении водила 2 через ось с эксцентриситетом E приводятся в движение сателлиты 3, а через колеса 4 и 5-5' - блок центральных колес 1-1'. Движение колесу 1 сообщается через колеса 4,5 - 5' и 1', первое жестко связано с водилом, задающим движение сателлитам 3. Радиус сателлита, меньший эксцентриситета водила, позволяет установить несколько сателлитов (на всех фиг. показаны два сателлита, но может быть и больше), каждый из которых имеет точку A, совершающую точное прямолинейное движение.

На фиг. 1 приведен план скоростей точек на звеньях механизма, где:
V_B - скорость оси вращения сателлита, положение которой определяется эксцентриситетом E;
точка O - это мгновенный центр скоростей всех точек на сателлитах 3;
V_A - скорость точки A, совершающей точное прямолинейное движение;
V_c - скорость точки C, направленная для создания мгновенного центра скоростей т. O;
V_D - скорость точки контакта колес 4 и 5;
V_K - скорость точки контакта колес 5' и 1'.

На фиг. 2 показано, что скорость точки A на сателлите 3 складывается из векторов двух скоростей

где
V_AB - скорость вращения т. A относительно т. B
В проекциях на оси X-Y это выражение запишется так:
V_Ax=V_Bx+V_ABx,
V_Ay=V_By-V_ABy,
где
V_Ax - проекция скорости V_A на ось X;
V_Bx - проекция скорости V_B на ось X;
V_ABx - проекция скорости V_AB на ось X;
V_Ay - проекция скорости V_A на ось Y;
V_By - проекция скорости V_B на ось Y;
V_ABy - проекция скорости V_AB на ось Y.

Точка A будет совершать точное прямолинейное движение в том случае, если V_Ay=O. Это возможно если V_By=-V_ABy. Из фиг. 2 следует:
V_By= W₂•E•cos(ϕ₂),
-V_ABy= W₃•E•cos(ϕ₂),
где
ϕ₂ - угол поворота водила.

Таким образом должно выполняться равенство W₃=-W₂.

При этом т. A движется со скоростью
V_A= V_Ax= 2•E•W₂•sin(ϕ₂)
или
V_A=W₂•OA,
т. к. OA = 2•E•sin(ϕ₂). Очевидно, что т. O является мгновенным центром скоростей всех точек сателлита. Для т. C запишем
V_c=-W₃•(E+R₃)
или
V_C=W₁•(E-R₃)
Используя условие прямолинейного движения т. A, W₃=-W₂, получаем требуемую частоту и направление вращения центрального колеса 1:

На фиг. 3 показаны несколько положений мгновенного центра скоростей т. O и точек A, B, C.

Следовательно, точка A может двигаться точно прямолинейно со скоростью V_A при подвижном центральном колесе, при радиусе сателлита, меньшем эксцентриситета водила.

Предлагаемое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью.

Источники информации:
1. Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. - М.: Машиностроение, 1987, с. 183.

2. Так же, с. 356.

Изобретение предназначено для создания точного прямолинейного движения. В замкнутом дифференциале каждый сателлит имеет радиус, меньший эксцентриситета водила, и соединен через водило и дополнительные колеса с подвижным центральным колесом. Подвижное центральное колесо имеет скорость вращения, при которой скорости вращения сателлитов и водила принимают равную, но противоположную величину, заставляя точку на сателлите, расположенную на радиусе, равном эксцентриситету водила, двигаться точно прямолинейно. Такое выполнение дифференциала позволяет расширить возможность использования его в различных механизмах. 3 ил.

Дифференциал с точкой точного прямолинейного движения, содержащий центральное колесо, водило и сателлит, отличающийся тем, что он снабжен подвижным центральным колесом, дополнительными колесами и дополнительно сателлитами, каждый сателлит имеет радиус, меньший эксцентриситета водила, и соединен через водило и дополнительные колеса с подвижным центральным колесом, имеющим скорость вращения, при которой скорости вращения сателлитов и водила принимают равную, но противоположную величину, заставляя точку на сателлите, расположенную на радиусе, равном эксцентриситету водила, двигаться точно прямолинейно.