ПЛАНЕТАРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ В ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ Российский патент 2001 года по МПК F16H37/16 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в промышленности, специализирующейся на производстве оборудования с высоким нагружением и возвратно-поступательным перемещением инструмента - штампов, прессов, вытяжных, высадных, кузнечных и других машин непрерывного действия.

Известны преобразователи вращательного движения в возвратно-поступательное. Самый простой и самый применяемый такого рода преобразователь - это кривошипно-ползунный механизм. К недостаткам этого механизма относятся: большие боковые нагрузки на ползун, невозможность полного уравновешивания от сил инерции движущихся масс, несимметричность скоростей движения ползуна при прямом и обратном ходе. Известны преобразователи вращательного движения в возвратно-поступательное, основанные на использовании свойств кругов Кардана. Например, гипоциклоидальный механизм Лагира для скоростных станков (см. Л.Б. Левенсон, Кинематика механизмов, ОНТИ НКТП СССР, Госмашиздат, 1934 г. , стр. 381, рис. 347; С.Н. Кожевников и др., Механизмы. М.: Машиностроение, 1976, стр. 587-588, рис. 10.6, 10.7, 10.8).

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному объекту по совокупности признаков является планетарный механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное по а.с. СССР N 1071839, кл. F 16 H 21/16 от 07.02.1984 г.

В известных планетарных механизмах малое зубчатое колесо, начальная окружность которого соответствует малой окружности Кардана, обкатывается без скольжения внутри неподвижной большой, имеющей диаметр в два раза больший, чем малая. На радиусе начальной окружности малого колеса к сателлиту шарнирно прикреплен шатун, другой конец которого шарнирно связан с ползуном рабочего инструмента. Благодаря свойствам кругов Кардана точка на начальной окружности малого колеса сателлита движется прямолинейно, поэтому и шатун движется возвратно-поступательно. Нагрузочная способность таких преобразователей всецело определяется размерами наименьшего зубчатого колеса. В машинах и механизмах с относительно небольшим рабочим ходом и большими усилиями на рабочем инструменте зубчатое колесо-сателлит с диаметром, равным меньшей из окружностей Кардана, не в состоянии передать достаточно большую нагрузку.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известных технических устройств, в том числе и принятого за прототип, следует отнести то, что простое увеличение диаметра сателлита для увеличения передаваемой мощности вызывает вдвое большее увеличение находящегося с ним в зацеплении эпицикла. Соответственно происходит такое же увеличение рабочего хода, что не всегда допустимо по условиям работы оборудования.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в расширении сферы промышленного применения планетарных механизмов, преобразующих вращательное движение в возвратно-поступательное за счет существенного увеличения их силовой функции.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в многократном повышении нагрузочной способности планетарного преобразователя при неизменном диапазоне возвратно-поступательного перемещения рабочего органа.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве, содержащем корпус, водило, вал сателлита, размещенный на водиле эксцентрично его продольной оси, сателлит, жестко связанный со своим валом, эпицикл (зубчатое колесо внутреннего зацепления с большим диаметром) и выходное звено планетарного преобразователя, жестко связанное с сателлитом и установленное с тем же эксцентриситетом относительно продольной оси вала сателлита, как и этого вала относительно оси водила, водило оснащено зубчатым колесом, корпус - промежуточным зубчатым колесом, а эпицикл - дополнительным зубчатым венцом, причем эпицикл с его дополнительным зубчатым венцом установлены соосно с водилом и возможностью их совместного вращения относительно водила и корпуса, промежуточное зубчатое колесо находится в зацеплениях с зубчатым колесом водила и дополнительным зубчатым венцом эпицикла, а сам эпицикл образует зубчатую пару с сателлитом, при этом параметрические размеры зубчатых колес и эпицикла с его дополнительным зубчатым венцом выполнены в соотношении
r_кв = r_двэ(r_ст - h)/r_эп
где r_кв, r_двэ, r_ст и r_эп - радиусы делительных окружностей зубчатых колес соответственно: водила, дополнительного зубчатого венца эпицикла, сателлита и непосредственно эпицикла;
h - эксцентриситет оси вала сателлита относительно оси водила и выходного звена планетарного преобразователя относительно оси вала сателлита.

На фиг. 1 и 2 показаны схемы планетарных преобразователей вращательного движения в возвратно-поступательное с подвижным эпициклом.

Фиг. 1. Планетарный преобразователь вращательного движения в возвратно-поступательное с приводом на водило:
а - кинематическая схема.

б - центроиды мгновенных скоростей относительного движения эпицикла и сателлита в проекциях на их плоскости.

Фиг. 2. Планетарный преобразователь вращательного движения в возвратно-поступательное с приводом на его выходное звено.

Планетарный преобразователь вращательного движения в возвратно-поступательное содержит корпус 1, водило 2, вал сателлита 3, размещенный на водиле с эксцентриситетом h относительно его продольной оси, сателлит 4, жестко связанный со своим валом 3, эпицикл 5 и выходное звено 6 планетарного преобразователя, жестко связанное с сателлитом 4 и установленное с тем же эксцентриситетом h относительно продольной оси вала сателлита 3, как и этого вала относительно оси водила 2. Водило оснащено зубчатым колесом 7 (в дальнейшем - зубчатым колесом водила), корпус - промежуточным зубчатым колесом 8, а эпицикл - дополнительным зубчатым венцом 9, при этом эпицикл 5 с его дополнительным зубчатым венцом 9 установлены соосно с водилом 2 с возможностью их совместного вращения относительно водила и корпуса, промежуточное зубчатое колесо 8 находится в зацеплениях с зубчатым колесом 7 водила и дополнительным зубчатым венцом 9 эпицикла, а сам эпицикл 5 образует зубчатую пару с сателлитом 4, при этом параметрические размеры зубчатых колес и эпицикла с его дополнительным зубчатым венцом выполнены в соотношении
r_кв = r_двэ(r_ст - h)/r_эп
где r_кв, r_двэ, r_ст и r_эп - радиусы делительных окружностей зубчатых колес соответственно: водила, дополнительного зубчатого венца эпицикла, сателлита и непосредственно эпицикла;
h - эксцентриситет оси вала сателлита относительно оси вводила и выходного звена планетарного преобразователя относительно оси вала сателлита.

Привод преобразователя осуществляется от двигателя 10 через понижающий редуктор 11.

Преобразователь работает следующим образом. При включении электродвигателя 10 через понижающий редуктор 11 во вращение приводится водило 2. При этом через зубчатое колесо 7 водила 2, промежуточные зубчатые колеса 8 и дополнительный зубчатый венец 9 эпицикла 5 эпициклу 5 сообщается вращение, противоположное по направлению по отношению к вращению водила 2. По вращающемуся эпициклу 5 обкатывается сателлит 4, увлекаемый его валом 3, вращающимся вместе с водилом 2. В итоге на плоскости сателлита всегда имеется точка, которая представляет собой мгновенный центр скоростей (вращения сателлита вокруг собственной оси и вокруг водила). Проекции центров мгновенных скоростей сателлита на плоскости эпицикла образуют большую неподвижную окружность Кардана, а на плоскости, вращающейся вместе с сателлитом, - малую окружность Кардана, (см. фиг. 1б). Известно, что любая точка малой окружности Кардана при обкатывании по неподвижной большой окружности совершает строго прямолинейное возвратно-поступательное перемещение. В одной из таких точек расположено выходное звено 6 планетарного преобразователя. Оно и будет совершать возвратно-поступательное перемещение в диапазоне
S = 4h
где S - полный рабочий ход.

Возможность изменения наклона траектории движения выходного звена 6 планетарного преобразователя обеспечивается установкой в корпусе 1 планшайбы 12 с размещением на ней промежуточных колес 8.

Регулировка наклона траектории движения выходного звена 6 планетарного преобразователя осуществляется поворотом платформы 12 вместе с установленными на ней промежуточными зубчатыми колесами 8 относительно корпуса 1. После регулировки планшайба жестко закрепляется на корпусе и работает с ним как одно целое.

Для снижения нагрузки зубьев колеса 7 водила и зубчатого венца 9 эпицикла в корпусе 1 может быть установлено более одного промежуточного зубчатого колеса 8.

В практике возможен и другой, более перспективный вариант использования планетарного преобразователя (фиг. 2). Стационарно в подшипниках устанавливается выходное звено планетарного преобразователя. В этом случае сам его корпус будет совершать возвратно-поступательное перемещение. При этом, однако, корпус должен быть оснащен дополнительной направляющей 13, исключающей возможность его поворота, и соответственно поворота всего преобразователя, вокруг водила.

Поскольку перемещение корпуса будет строго прямолинейным, он может одновременно выполнять и функции силовых направляющих. При этом может отпасть необходимость и в понижающем редукторе устанавливаемом между двигателем и преобразователем, поскольку в последнем уже редуцируется передача с отношением 1:2.

Такая схема, кроме того, позволяет существенно увеличить КПД зубчатой передачи преобразователя, что в современных условиях уже само по себе немаловажно.

В обоих вариантах (фиг. 1 и 2) рост передаваемого усилия через выходное звено планетарного преобразователя обеспечивается за счет трех факторов:
1. Сателлит увеличивается в диаметре при сохранении той же величины эксцентриситета, h = const. Отсюда при неизменной нагрузке на зуб на валу сателлита будет формироваться существенно больший момент.

2. Поскольку имеет место зацепление внутреннее, то с ростом диаметра сателлита увеличивается коэффициент перекрытия по зубьям, а такое зацепление может передавать гораздо большую нагрузку.

3. Нагрузка на выходном звене планетарного преобразователя складывается равными долями из нагрузки от сателлита и такой же нагрузки от водила. Повышенная нагрузка, передаваемая через сателлит, автоматически ведет к такому же нагружению от водила. Все вместе взятое обеспечивает возможность многократного увеличения нагрузки, передаваемой через планетарный преобразователь, который в этом случае проявляет себя как силовой преобразователь вращательного движения в возвратно-поступательное.

Изобретение относится к машиностроению. Планетарный преобразователь вращательного движения в возвратно-поступательное содержит корпус 1, водило 2, вал 3 сателлита, размещенный на водиле с эксцентриситетом относительно его продольной оси, сателлит 4, жестко связанный со своим валом, эпицикл 5 и выходное звено 6 планетарного преобразователя, жестко связанное с сателлитом 4 и установленное с тем же эксцентриситетом относительно продольной оси вала 3 сателлита, как и эксцентриситет этого вала относительно оси водила. Водило 2 оснащено зубчатым колесом 7, корпус 1 преобразователя - промежуточным зубчатым колесом 8, а эпицикл 5 - дополнительным зубчатым венцом 9, причем эпицикл 5 с его дополнительным зубчатым венцом 9 установлены соосно с водилом 2 с возможностью их совместного вращения относительно водила 2 и корпуса 1, промежуточное зубчатое колесо 8 находится в зацеплении с зубчатым колесом водила и дополнительным зубчатым венцом 9 эпицикла, а сам эпицикл 5 образует зубчатую пару с сателлитом, при этом параметрические размеры зубчатых колес и эпицикла с его дополнительным венцом выполнены в соотношении r_кв= r_двэ(r_ст-h)/r_эп, где r_кв, r_двэ, r_ст и r_эп - радиусы делительных окружностей зубчатых колес соответственно водила, дополнительного зубчатого венца эпицикла, сателлита и непосредственно эпицикла; h - эксцентриситет оси вала сателлита относительно оси водила и выходного звена планетарного преобразователя относительно оси вала сателлита. Повышена нагрузочная способность планетарного преобразователя. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Планетарный преобразователь вращательного движения в возвратно-поступательное, содержащий корпус, водило, вал сателлита, размещенный на водиле эксцентрично его продольной оси, сателлит, жестко связанный со своим валом, эпицикл и выходное звено планетарного преобразователя, жестко связанное с сателлитом и установленное с тем же эксцентриситетом относительно продольной оси вала сателлита, как и этого вала относительно оси водила, отличающийся тем, что водило оснащено зубчатым колесом, корпус - промежуточным зубчатым колесом, а эпицикл - дополнительным зубчатым венцом, причем эпицикл с его дополнительным зубчатым венцом установлены соосно с водилом и с возможностью их совместного вращения относительно водила и корпуса, промежуточное зубчатое колесо находится в зацеплениях с зубчатым колесом водила и дополнительным зубчатым венцом эпицикла, а сам эпицикл образует зубчатую пару с сателлитом, при этом параметрические размеры зубчатых колес и эпицикла с его дополнительным зубчатым венцом выполнены в соотношении
r_кв=r_двэ(r_ст-h)/r_эп,
где r_кв, r_двэ, r_ст и r_эп - радиусы делительных окружностей зубчатых колес соответственно водила, дополнительного зубчатого венца эпицикла, сателлита и непосредственно эпицикла;
h - эксцентриситет оси вала сателлита относительно оси водила и выходного звена планетарного преобразователя относительно оси вала сателлита. 2. Планетарный преобразователь вращательного движения в возвратно-поступательное по п.1, отличающийся тем, что в нем может быть установлено более одного промежуточного зубчатого колеса. 3. Планетарный преобразователь вращательного движения в возвратно-поступательное по п.1, отличающийся тем, что установленное в корпусе промежуточное зубчатое колесо (колеса) смонтировано на планшайбе, закрепленной на корпусе.