УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ В ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ Российский патент 2002 года по МПК F01B9/00 F02B75/32 F16H21/16 

Изобретение относится к области двигателестроения, компрессоростроения, а именно к устройству преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное (и наоборот).

Известны устройства преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, содержащие кривошипно-шатунный механизм; содержащие бесшатунный механизм Баландина (см. С.С.Баландин "Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания", Машиностроение, 1972 г., стр. 19,20, рис.13); содержащие вращающийся в одном направлении диск с цевками или зубчатое колесо, находящееся в поочередном зацеплении с зубчатыми рейками подвижной рамки (см. патент ФРГ 3529921, кл. F 02 B 75/32, 1987 г.; см. "Механизмы". Под ред. С.П.Кожевникова, Машиностроение, 1976 г., стр.488, рис.7.120).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, содержащее вращающийся в одном направлении диск с цевками, находящийся в поочередном зацеплении с зубчатыми рейками подвижной рамки (см. под ред. С.Н.Кожевникова "Механизмы", Машиностроение, 1976 г., стр.488, рис.7.120).

В указанном устройстве вращающийся в одном направлении диск с цевками поочередно входит в зацепление с верхней и нижней зубчатой рейкой, передавая через них окружное усилие и изменяя направление возвратно-поступательного движения рамки. Для выхода цевок диска из зацепления с одной зубчатой рейкой в момент входа в зацепление с другой, цевки размещаются только на половине периметра делительной окружности диска (или зубчатого колеса), а часть зубьев на зубчатых рейках удалена. При этом в процессе вращения диска сближение цевки с первым зубом рейки происходит с ударом, без обеспечения постоянства параметров зацепления, что допускает применение описанного устройства только в тихоходных, неответственных механизмах и полностью исключает их использование в двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, устройствах, где действуют большие механические усилия и имеют место высокие скорости поступательного и вращательного движения.

Отмеченные недостатки не позволяют реализовать конструктивные и технологические преимущества данного типа устройств, обусловленные отсутствием шатунов и коленчатого вала.

Задачей изобретения является устранение ударного характера перехода вращающегося диска с зубьями (или цевками) из зацепления с одной зубчатой рейкой в зацепление с другой путем обеспечения непрерывности зацепления зубчатою колеса (или цевочного диска) с зубчатой рамкой по всему ее периметру.

Задача изобретения решается тем, что зубчатые полуокружности рамки выполнены радиусом, большим радиуса зубчатого колеса, а зубчатое колесо установлено с возможностью поперечного возвратно-поступательною перемещения и фиксации в его крайних положениях на время перекатывания зубчатого колеса по зубчатой рейке одной из сторон рамки.

По сравнению с прототипом заявляемое техническое решение характеризуется следующими новыми существенными признаками:
1.1 Зубчатые полуокружности рамки выполнены радиусом, большим радиуса зубчатого колеса.

1.2 Зубчатое колесо установлено с возможностью поперечного возвратно-поступательного перемещения и фиксации в его крайних положениях на время перекатывания зубчатого колеса по зубчатой рейке одной из сторон рамки.

На чертеже показан продольный разрез устройства преобразования движения по плоскости зацепления зубчатой рамки и зубчатого колеса.

Устройство преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное включает в себя зубчатое колесо 1, которое находится в постоянном зацеплении с зубчатой рамкой 2, зубчатую рамку 2, состоящую из двух зубчатых реек равной длины и двух зубчатых полуокружностей равного радиуса. Радиус делительной окружности зубчатых полуокружностей всегда больше радиуса делительной окружности зубчатого колеса 1 на величину, равную или превышающую половину высоты зуба. Зубчатая рамка помещена в подвижный корпус 3 и соединена с ним. Подвижный корпус 3 помещен в неподвижный корпус 4 и имеет в нем свободу продольного возвратно-поступательною движения. Зубчатое колесо 1 со своими опорными подшипниками конструктивно имеет свободу поперечного перемещения относительно неподвижного корпуса 4. Соединение зубчатого колеса 1 с выходным валом осуществлено через узел, допускающий параллельное смещение осей вращения (торсион, муфта, кардан и т.п.). Смещение оси вращения зубчатого колеса 1 относительно оси вращения выходного вала С больше или равно половине высоты зуба (размер D). Для фиксации крайнего верхнего (-D) и крайнего нижнего (+D) положения зубчатого колеса 1 (фиксация размера L по фиг. 1) в устройстве имеется механизм фиксации, например электромагнитный, гидравлический, механический или устройство динамической фиксации (не показан).

Устройство преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное работает следующим образом.

В процессе вращения (по стрелке) зубчатого колеса 1, находящегося по схеме (см. чертеж) в зацеплении с нижним участком зубчатой рейки рамки 2, подвижный корпус 3 с закрепленной в нем зубчатой рамкой 2 движется влево. В момент перехода зубчатого колеса 1 с участка нижней зубчатой рейки на участок зубчатой полуокружности рамки 2 происходит резкое замедление скорости перемещения подвижного корпуса 3, которая падает до нуля в точке, когда горизонтальная ось симметрии зубчатой рамки 2 совпадет с диаметральной линией зубчатого колеса 1. Этот момент соответствует верхней мертвой точке (ВМТ) для левого торца подвижного корпуса 3 и нижней мертвой точке (НМТ) для правого.

Одновременно с переходом зубчатого колеса 1 с участка зубчатой рейки на участок зубчатой полуокружности рамки 2 начинается поперечное смещение зубчатого колеса 1 в корпусе 4 под действием поперечной составляющей силы, действующей в зацеплении зубчатого колеса 1 с зубчатой полуокружностью рамки 2. Поперечное перемещение зубчатого колеса 1 в отмеченной выше точке ВМТ-НМТ равно половине полного хода в поперечном направлении, т.е. +D. Полностью поперечное перемещение заканчивается в момент перехода зубчатого колеса 1 с участка зубчатой полуокружности на участок верхней зубчатой рейки рамки 2. В этот момент зубья зубчатого колеса 1 уже полностью выходят из зацепления с нижним участком зубчатой рейки и входят в зацепление с верхним. От отмеченной выше точки ВМТ-НМТ начинается движение подвижного корпуса 3 с зубчатой рамкой 2 в обратном направлении, т.е. вправо, с резким ростом линейной скорости от нулевого значения. Процесс дальнейшего перекатывания зубчатого колеса по верхнему участку зубчатой рейки с переходом на левую зубчатую полуокружность и с нее на нижний участок зубчатой рейки и все, происходящие при этом процессы аналогичны описанным.

Ось вращения зубчатого колеса 1 относительно корпуса 3 во время его движения влево находится на линии центров вращения В, во время движения вправо на линии центров вращения А. Ось выходного вала во всех случаях соответствует положению точки С. Передача крутящего момента с зубчатой рамки на выходной вал происходит через узел, допускающий параллельное смещение осей (торсион, муфта, кардан и т.п.).

Выполнение зубчатой рамки 2 в форме двух зубчатых реек равной длины и двух зубчатых полуокружностей равного радиуса и придание зубчатому колесу 1 свободы поперечного возвратно-поступательного перемещения, необходимого для чередования зацепления, позволило обеспечить непрерывность зацепления и устранить ударный характер перехода вращающегося зубчатого колеса из зацепления с одной зубчатой рейкой в зацепление с другой.

Устройство относится к энергомашиностроению и предназначено для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, и наоборот, посредством зубчатой рамки. Устройство содержит зубчатое колесо, связанное с выходным валом с возможностью вращения в одном направлении и зацепления с зубчатой рамкой, зубчатые полуокружности которой выполнены радиусом, большим радиуса колеса, а последнее установлено с возможностью поперечного возвратно-поступательного перемещения и фиксации в его крайних положениях на время перекатывания по зубчатой рейке одной из сторон рамки; смещение оси вращения колеса в его крайних положениях относительно оси выходного вала больше или равно половине высоты зуба. Изобретение обеспечивает непрерывность зацепления и устранение ударного характера перехода колеса из зацепления с одной рейкой рамки в зацепление с другой ее рейкой. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, содержащее зубчатую рамку, выполненную в виде зубчатых реек, сопряженных по торцам зубчатыми полуокружностями, и зубчатое колесо, связанное с выходным валом с возможностью вращения в одном направлении и зацепления с зубчатой рамкой, отличающееся тем, что зубчатые полуокружности рамки выполнены радиусом, большим радиуса зубчатого колеса, а зубчатое колесо установлено с возможностью поперечного возвратно-поступательного перемещения и фиксации в его крайних положениях на время перекатывания зубчатого колеса по зубчатой рейке одной из сторон рамки. 2. Устройство преобразования движения по п. 1, отличающееся тем, что смещение оси вращения зубчатого колеса в его крайних положениях относительно оси вращения выходного вала больше или равно половине высоты зуба.