УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ ДВИЖЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2001 года по МПК F16H7/18 

Изобретение относится к области механических передач движения, а более конкретно к передаче прямолинейного движения гибкому элементу.

Для осуществления передачи вращательного движения привода в непрерывное прямолинейное движения гибкого звена машин или механизмов, в практике широко используются устройства (ременная и канатная передачи), действующие по принципу передачи движения трением (Иосилевич Г.Б. Детали машин. М.: Машиностроение, 1988), например, в станках резки твердых материалов при помощи алмазного каната или алмазной проволоки (Картавый Н. Г. и др. Оборудование для производства облицовочных материалов из природного камня. М.: Машиностроение, 1988).

Недостатками этих устройств являются необходимость создания предварительного натяжения гибкого элемента передачи и его изгиб в зоне передачи движения. Величина усилия предварительного натяжения соизмерима с усилием, создаваемым передаваемой мощностью, а напряжения, обусловленные действием этих усилий, обратно пропорциональны площади поперечного сечения гибкого элемента передачи. Напряжения, возникающие от изгиба гибкого элемента на приводных колесах передачи, пропорциональны отношению толщины поперечного сечения гибкого элемента к диаметру приводных колес. Следовательно, увеличение передаваемой мощности приводит к увеличению поперечного сечения гибкого элемента, прочностные ресурсы которого в однотипных передачах используются неэффективно, и чрезмерному увеличению диаметра приводных колес. Устройства с гибким элементом для передачи сравнительно больших мощностей из-за больших диаметров приводных колес имеют большие межосевые расстояния, что ограничивает возможности их практического применения.

Существующие фрикционные передачи (Иосилевич Г. Б. Детали машин. М.: Машиностроение, 1988) функционируют при наличии высокого контактного давления в локальной зоне гибкого элемента передачи, что приводит к ускоренному разрушению поверхностного слоя, а затем и всего гибкого элемента передачи. Использовать эти устройства для передачи движения гибкому элементу с переменным по длине поперечным сечением практически невозможно.

В основу настоящего изобретения положена задача создания устройства с гибким элементом передачи движения с таким конструкторским выполнением, которое позволило бы устранить указанные выше недостатки. Эта задача решена созданием устройства с гибким элементом передачи движения, содержащего по меньшей мере одну пару снабженных кольцевыми пазами гибких идентичных цилиндрических колец, которые при помощи гибких криволинейных спиц осесимметрично закреплены на жестких колесах, по меньшей мере одно из которых является приводным, и гибкий элемент передачи. Смещением оси одного жесткого колеса относительно другого колеса, гибкие кольца прижаты таким образом, что на участке контакта поверхностей кольцевых пазов с гибким элементом передачи, кольцевые пазы образуют прямолинейный сквозной канал, в котором соосно к оси канала подвижно закреплен гибкий элемент передачи.

Применение гибких колец и гибких криволинейных спиц в предлагаемом устройстве позволяет передачу движения гибкому элементу передачи осуществить по всей длине прямолинейного сквозного канала, протяженность которого определяется величиной взаимного смещения осей жестких колес и зависит, как от величины жесткости гибких колец и гибких криволинейных спиц, так и от отношения их жесткостей. При этом сила контактного давления, действующая со стороны гибких колец на элемент передачи движения, необходимая для осуществления передачи движения соответствующей мощности, распределяется по длине зоны прямолинейного сквозного канала, что существенно уменьшает величину максимальных контактных напряжений, действующих на гибкий элемент передачи, и снижает динамические эффекты, возникающие во время работы устройства. Криволинейность гибких спиц не только уменьшает их изгибную жесткость и тем самым сглаживает динамические нагрузки в зоне передачи движения, но и создает возможность увеличения передаваемой мощности движения при росте угловой скорости вращения приводного колеса за счет роста центробежных сил, действующих в зоне прямолинейного сквозного канала со стороны гибких колец на гибкий элемент передачи. Для обеспечения прямолинейной формы сквозного канала гибкие кольца на жестких колесах закреплены осесимметрично. Это позволяет исключить возможность появления изгибных деформаций в зоне передачи движения гибкому элементу. Фрикционная передача движения, осуществляемая в устройстве при помощи взаимно уравновешенного контактного давления, действующего со стороны гибких колец на гибкий элемент передачи, позволяет избежать необходимости создания предварительного натяжения гибкого элемента. В результате существенно уменьшаются напряжения, действующие в гибком элементе передачи, что позволяет не только пользоваться более тонкими гибкими элементами передачи, но и вне зоны действия рабочего усилия натяжения, использовать дискретный направляющий аппарат, отдельные элементы которого могут иметь существенно небольшие радиусы кривизны. При этом гибкий элемент передачи будет изгибаться по огибающей дискретных элементов, что позволит значительно уменьшить габаритные размеры устройства.

Допускается, чтобы криволинейные спицы имели форму гибких кольцеобразных баллонов замкнутого профиля, заполненные под давлением газом или жидкостью и установленные на жестких колесах, на внешних цилиндрических поверхностях которых закреплены гибкие кольца, снабженные кольцевыми пазами. Такое исполнение позволит, посредством изменения давления в баллонах, обеспечить создание необходимого контактного давления на гибкий элемент передачи движения, необходимого для передачи разных мощностей одним и тем же устройством. При этом контактное давление, действующее на гибкий элемент передачи, будет меняться плавно по длине прямолинейного сквозного канала, а колебания гибких колец существенно уменьшатся. Изменение жесткости (давления) баллонов позволяет в широком диапазоне регулировать распределение контактного давления на гибкий элемент передачи по длине прямолинейного сквозного канала, что необходимо для осуществления передачи с гибким элементом, имеющим периодически ступенчато меняющееся сечение, например алмазным канатом.

Выбор формы и геометрических размеров криволинейных спиц, а также геометрических размеров гибких колец позволяет установить необходимую, для осуществления передачи движения заданной мощности, длину прямолинейного сквозного канала.

При осуществлении передачи движения сравнительно небольших мощностей удобно пользоваться устройством, гибкие криволинейные спицы которого изготовлены из упругого материала с низким модулем упругости, например резины. Марка материалов и геометрические размеры спиц и гибких колец подбираются из условия обеспечения длины прямолинейного сквозного канала, необходимой для передачи движения заданной мощности.

Возможно, чтобы в устройстве гибкие криволинейные спицы были установлены дискретно. Это позволит в прямолинейном сквозном канале передачи создавать контактное давление, действующее со стороны гибких колец на гибкий элемент передачи, в виде слабо меняющейся по длине сквозного канала периодической функции, частота которой определяется количеством спиц и угловой скоростью вращения гибких колец, криволинейные спицы расположены антисимметрично относительно диаметральных осей гибких колец. Такое исполнение устройства позволит осуществить передачи, в которых необходимо использовать гибкий элемент с периодически слабо меняющимся поперечным сечением, например алмазную проволоку.

Установив криволинейные спицы антисимметрично относительно диаметральных осей гибких колец можно получить несимметричное, относительно линии, соединяющей геометрические центры гибких колец, распределение контактного давления в зоне прямолинейного сквозного канала. Это позволит обеспечить одностороннюю плавную работу устройства.

При симметричной установке криволинейных спиц контактное давление распределяется симметрично, что позволяет передачу движения осуществить в обоих направлениях.

Для гашения колебаний, которые могут возникнуть в устройстве при использовании гибкого элемента переменного поперечного сечения поверхности криволинейных спиц можно оснастить покрытием для гашения упругих колебаний, например тонким слоем свинца.

Для обеспечения более плавной передачи движения гибкому элементу и создания условий для его самоторможения, что необходимо для некоторых механизмов и машин, например для грузоподъемных машин, необходимо обеспечить образование сравнительно длинного сквозного канала, несимметрично расположенного относительно оси, соединяющей геометрические центры гибкой кольцевой пары. В таких случаях целесообразно пользоваться другим конструкторским решением предлагаемого изобретения, в котором гибкие спицы и жесткие колеса заменены опорно-приводным аппаратом, установленным симметрично относительно прямолинейного сквозного канала и состоящим по меньшей мере из четырех парных и двух одиночных фрикционных роликов, по меньшей мере одна пара из которых является приводной, а один ролик из каждой пары и все одиночные ролики снабжены направляющими канавками для гибких колец. Устройство в таком исполнении позволяет, изменением расположения роликовых пар, в широком диапазоне регулировать распределение контактного давления на гибкий элемент передачи по длине прямолинейного сквозного канала, что позволит осуществить передачи с гибким элементом, имеющим периодически ступенчатое сечение, например алмазным канатом.

Целесообразно, для улучшения условий передачи движения, по меньшей мере на одном из гибких колец, поверхность кольцевого паза оснастить фрикционным покрытием, например металлокерамикой ФМК - 11 (64% Fe, 15% Cu, 9% C, 6% BaSO, 3% SiO, 3% асбест).

Для передачи сравнительно больших мощностей удобно пользоваться комплексом устройств, который состоит из, последовательно установленных относительно гибкого элемента, устройств передачи движения, приводные колеса которых получают синхронированное вращательное движение.

Указанное конструктивное выполнение позволяет осуществить передачу движения, используя в качестве гибкого элемента передачи движения элементы с сравнительно небольшой толщиной и с переменным по длине поперечным сечением. При этом существенно уменьшаются габаритные размеры устройства передачи движения без ухудшения его эксплуатационных характеристик.

Для понимания приведены схематичные изображения устройства передачи:
фиг. 1 схематично изображает устройство передачи движения, выполненное согласно изобретению;
фиг. 2 схематично изображает вариант устройства со спицами, имеющими форму кольцеобразных замкнутых баллонов;
фиг. 3 схематично изображает устройство передачи движения, выполненное согласно второму пункту изобретения.

Предлагаемое устройство передачи движения содержит пару идентичных гибких колец 1 (фиг. 1), которые при помощи гибких криволинейных спиц 2 осесимметрично закреплены на жестких колесах 3. Гибкие кольца снабжены кольцевыми пазами 5, поперечное сечение которых имеет форму части поперечного сечения гибкого элемента передачи 4. Жесткие колеса 3 установлены на валах таким образом, что продольные геометрические оси кольцевых пазов 5 гибких колец 1 находятся в одной плоскости, а вал ведомого колеса вместе с опорами (на чертеже не приведены) может быть смещен в плоскости, проходящей через геометрические оси валов жестких колес 3. Между гибкими кольцами 1, в месте их возможного соприкосновения, устанавливается гибкий элемент передачи 4 и, смещением опоры 7 ведомого колеса к ведущему колесу, прижимается гибкими кольцами 1 в образованном от смещения сквозном прямолинейном канале 6.

На фиг. 2 показана схема выполнения предлагаемого устройства с непрерывными криволинейными спицами, когда они имеют форму замкнутого торообразного кольца 10. Замкнутые торообразные кольца 10 устанавливаются на жестких колесах 3 и крепятся фланцевыми колпачками 12. На внешних цилиндрических поверхностях торообразных колец 10, имеющих кольцевые углубления, симметрично устанавливаются гибкие кольца 1 и торообразные кольца 10, под давлением заполняются газом или жидкостью. Давление в торообразных кольцах 10 должно обеспечить, необходимое для передачи соответствующей мощности, сцепление спиц с жесткими колесами и с гибкими кольцами.

Во втором конструктивном решении основной идеи изобретения (фиг. 3) гибкие кольца 1 устанавливаются и подвижно закрепляются при помощи одиночных роликов 9 и роликовых пар 8. Ролики установлены по периметру гибких колец 1 на отдельных опорных пластинах 13, одна из которых может перемещаться относительно другой. Опорные пластины 13 закреплены на корпусе устройства (на чертеже не приведен) таким образом, что кольцевые пазы 5 гибких колец 1 находятся в одной плоскости. Смещением одной опорной пластины 13 относительно другой создается прямолинейный сквозной канал, в котором заранее устанавливается гибкий элемент передачи 4.

Устройство передачи движения работает следующим образом.

Смещением геометрической оси одного гибкого кольца 1 относительно другого обеспечивают полное прилегание поверхностей кольцевых пазов 5 гибких колец 1 с поверхностью гибкого элемента передачи 4. После достижения необходимого контактного давления на гибкий элемент 4, при помощи приводного ролика 9 или жесткого колеса 3 гибкому кольцу (ам) 1 сообщают вращательное движение. Гибкий элемент передачи 4 прямолинейно перемещается между гибкими колесами.

Настоящее изобретение может быть использовано при преобразовании вращательного движения в прямолинейное движение гибкого звена машин и механизмов, например в станках для резки твердых материалов при помощи алмазного каната или проволоки.

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим нормальную эксплуатацию машин. Устройство содержит пару гибких идентичных цилиндрических колец 1, гибкие криволинейные спицы 2, жесткие колеса 3, одно из которых является приводным, и гибкий элемент 4 передачи. Кольца 1 снабжены кольцевыми пазами. Спицы 2 осесимметрично закреплены на колесах 3. Смещением осей колес 3 друг относительно друга гибкие кольца 1 прижаты к элементу 4 так, что на участке контакта поверхностей кольцевые пазы образуют прямолинейный сквозной канал, вдоль оси которого подвижно установлен гибкий элемент 4. Предложен также вариант устройства, которое содержит одиночные и парные ролики, один из которых является приводным. Изобретение направлено на снижение скорости разрушения поверхностного слоя гибкого элемента. 2 с.и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство передачи движения для преобразования вращательного движения в прямолинейное, включающее по меньшей мере одну пару, снабженных кольцевыми пазами 5 гибких идентичных цилиндрических колец 1, которые при помощи гибких криволинейных спиц 2 осесимметрично закреплены на жестких колесах 3, по меньшей мере одно из которых является приводным, и гибкий элемент передачи 4, отличающееся тем, что гибкие кольца 1 установлены и смещением оси одного кольца 1 относительно другого прижаты таким образом, что на участке контакта поверхностей кольцевых пазов 5 с гибким элементом передачи 4 кольцевые пазы 5 образуют прямолинейный сквозной канал 6, в котором соосно с осью канала подвижно закреплен гибкий элемент передачи 4. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гибкие цилиндрические кольца 1 закреплены на жестких колесах 3 при помощи гибких спиц, имеющих форму кольцеобразных баллонов замкнутого профиля 10, заполненных под давлением газом или жидкостью. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гибкие криволинейные спицы 2 и гибкие кольца 1 изготовлены из упругого материала с низким модулем упругости. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гибкие криволинейные спицы 2 установлены дискретно и расположены антисимметрично относительно диаметральных осей гибких колец 1. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гибкие криволинейные спицы 2 установлены дискретно и расположены симметрично относительно диаметральных осей гибких колец 1. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере часть поверхности криволинейных спиц 2 оснащена покрытием для гашения упругих колебаний. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гибкие кольца 1 закреплены на жестких дисках 3 с натягом при помощи предварительно упругодеформированных криволинейных спиц 2. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере на одном из гибких колец 1 поверхность кольцевого паза оснащена фрикционным покрытием. 9. Устройство передачи движения для преобразования вращательного движения в прямолинейное, включающее по меньшей мере одну пару снабженных кольцевыми пазами 5 гибких идентичных цилиндрических колец 1, которые подвижно закреплены при помощи направляющих аппаратов, состоящих из расположенных симметрично относительно оси, равноудаленной от геометрических центров гибких колец, одиночных 9 и парных 8 фрикционных роликов, по меньшей мере один из которых является приводным, и гибкого элемента передачи 4, отличающееся тем, что смещением одного направляющего аппарата относительно другого гибкие кольца 1 прижаты таким образом, что на участке контакта поверхностей кольцевых пазов 5 с гибким элементом передачи 4, кольцевые пазы 5 образуют прямолинейный сквозной канал 6, в котором соосно с осью канала подвижно закреплен гибкий элемент передачи 4. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что по меньшей мере на одном из гибких колец 1 поверхность кольцевого паза оснащена фрикционным покрытием.