МЕХАНИЗМ С КАЧАЮЩЕЙСЯ ШАЙБОЙ Российский патент 2003 года по МПК F16H23/04 F02G1/05 

Изобретение относится к машиностроению, предназначено для преобразования вращательного движения приводного вала в поступательное или колебательное движение исполнительного звена, может быть использовано в двигателях и насосах с изменяемыми вытесняемыми объемами при работающем механизме.

Известны механизмы с качающейся шайбой, которые преобразуют вращательное движение приводного вала в качание шайбы, которая передает движение исполнительному звену, например поршню гидромашины. Широко известны подобные механизмы, в которых приводной вал имеет наклонный кривошип, образующий с шайбой вращательную пару [1, 2]. Угол между пересекающимися осями приводного вала и качающейся шайбы называется углом нутации θ, это один из углов Эйлера, определяющих положение тела (шайбы) с одной неподвижной точкой (точка пересечения осей) [3] . Кинематические параметры механизма можно изменять принудительным изменением угла нутации θ, что использовано, например, в [4, 5], где принудительно изменяется положение наклонного кривошипа относительно приводного вала на работающем механизме. Такой способ изменения угла нутации конструктивно сложен и ненадежен.

Примем за прототип наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату механизм с качающейся шайбой [6], содержащий установленные в подшипниках корпуса приводной 2 и колебательный 9 валы, связанную шарнирным подшипником 6 с приводным валом и посредством цапф 8 с колебательным валом качающуюся шайбу 7, а также устройство изменения угла нутации, включающее в себя установленный с возможностью вращения относительно оси приводного вала, снабженный зубчатым венцом и эксцентричным пазом 3b диск 3е, а приводной вал выполнен с фланцем 31, на котором смонтирован ползун с вставленным в эксцентричный паз штифтом 3а и с образующей с шарнирным подшипником 6 вращательно-поступательную пару пальцем 3. На корпусе смонтированы два солнечных колеса: неподвижное и связанное червячной передачей с штурвалом 5 подвижное. С приводным валом жестко связано зубчатое колесо. Между солнечными колесами, зубчатым колесом и зубчатым венцом установлена пара сателлитов 4 с общей осью вращения. Угол нутации изменяется при повороте от штурвала 5 подвижного солнечного колеса, при этом диск поворачивается относительно приводного вала и, благодаря эксцентричному пазу, происходит перемещение шарнирного подшипника в перпендикулярном оси приводного вала направлении. В этом механизме можно использовать для передачи движения исполнительному звену как качающуюся шайбу, так и колебательный вал.

Признаки известного механизма (прототипа), совпадающие с заявляемым, следующие. Он содержит установленные в подшипниках корпуса приводной и колебательный валы, смонтированную на цапфах колебательного вала качающуюся шайбу, связанную с приводным валом посредством шарнирного подшипника и образующую с этим подшипником возвратно-поступательную пару пальца, а также устройство изменения угла нутации.

В известном механизме с качающейся шайбой устройство изменения угла нутации конструктивно сложно, имеет значительное число зубчатых пар, работающих под нагрузкой, что уменьшает кпд.

Цель предлагаемого изобретения - упрощение конструкции и повышение кпд.

Предлагаемый механизм с качающейся шайбой имеет следующие существенные признаки. Он содержит установленные в подшипниках корпуса приводной и колебательный валы, смонтированную на цапфах колебательного вала качающуюся шайбу, связанную с приводным валом посредством шарнирного подшипника и образующую с этим подшипником возвратно-поступательную пару пальца, а также устройство изменения угла нутации, включающее в себя смонтированные подвижно на приводном валу и связанные друг с другом шток и несущую шарнирный подшипник, установленную с возможностью поворота относительно приводного вала косынку.

Указанные признаки дополняются следующими.

Шток установлен с возможностью принудительного перемещения вдоль своей оси и снабжен зубчатой рейкой, а косынка - зубчатым венцом, сцепленным с зубчатой рейкой.

Шток установлен с возможностью принудительного перемещения вдоль своей оси и связан с косынкой серьгой.

Механизм с качающейся шайбой снабжен принудительно перемещаемой вдоль штока гайкой, фиксированной от поворота относительно приводного вала, а шток смонтирован с возможностью вращения относительно приводного вала, жестко соединен с косынкой и выполнен с винтовой нарезкой, образуя с гайкой винтовую пару.

Шток установлен с возможностью принудительного перемещения вдоль своей оси, фиксирован от поворота относительно своей оси и выполнен с винтовой нарезкой, а косынка снабжена гайкой, образующей с штоком винтовую пару.

Механизм с качающейся шайбой снабжен противовесом, смонтированным на качающейся шайбе диаметрально шарнирному подшипнику.

Механизм с качающейся шайбой снабжен смонтированным на приводном валу кинематически связанным с косынкой, например зубчатой передачей, противовесом, с возможностью его поворота в противоположном косынке направлении.

На фиг. 1-7 представлены варианты конструкций предлагаемого механизма с качающейся шайбой.

Вариант конструкции механизма, показанный на фиг.1 и 2, содержит корпус 1, установленные на подшипниках корпуса приводной вал 2 с ведущей шестерней 3 и колебательный вал 4 с цапфами 5, смонтированную на этих цапфах качающуюся шайбу 6 с пальцем 7, 8 - шарнирный подшипник, образующий с пальцем вращательно-поступательную пару. Ось пальца составляет с осью приводного вала угол нутации θ. В приводном валу подвижно в осевом направлении установлен шток 9 с зубчатой рейкой 10, кинематически связанный с рукояткой 11, а на валу 12 с возможностью свободного вращения относительно приводного вала смонтирована косынка 13 с зубчатым венцом 14, образующим с зубчатой рейкой зубчатую пару. Косынка связана с шарнирным подшипником выполненными на нем цапфами 15. Колебательный вал снабжен коромыслом 16, соединенным посредством цилиндрических шарниров 17, 18 и шатуна 19 с поршнем 20, а качающаяся шайба посредством сферических шарниров 21, 22 и шатуна 23 связана с поршнем 24. На качающейся шайбе диаметрально шарнирному подшипнику выполнен противовес 25, обеспечивающий динамическое уравновешивание механизма.

Рассматриваемый механизм (фиг. 1 и 2) работает следующим образом. От двигателя (не показан) посредством ведущей шестерни 3 вращение передается приводному валу 2, а от шарнирного подшипника 8 и пальца 7 колебательное движение сообщается колебательному валу 4, колебательное движение которого преобразуется в поступательное перемещение поршня 20. Размах колебаний колебательного вала равен 2θ. Ось пальца описывает конусную поверхность, а т.к. палец принадлежит качающейся шайбе, то ее точки совершают сложные движения, в данной конструкции перемещение связанного с шайбой шарнира 21 преобразуется в поступательное перемещение поршня 24.

Изменение угла нутации θ при работающем механизме и, следовательно, плавное изменение максимального хода поршней достигается поворотом рукоятки 11, перемещающей шток 9, который поворачивает косынку 13 с шарнирным подшипником 8. При θ=0^o движение от приводного вала не передается.

В варианте конструкции, представленной на фиг.3 и 4, шток связан с косынкой серьгой 26. Перемещение штока 9, изменяющее угол нутации θ, обеспечивается смонтированным в корпусе 1 гидроцилиндром с поршнем 27, разделяющим рабочие объемы 28 и 29, 30 - шток гидроцилиндра кинематически связан с штоком 9. Рабочая жидкость подается к гидроцилиндру от насоса 31 и сливается в гидробак 32 через трехпозиционный гидрораспределитель 33 и патрубки 34 и 35. В позиции О шток фиксирован от перемещения, в позициях I и II угол нутации соответственно увеличивается и уменьшается благодаря подаче и сливу рабочей жидкости. Положение механизма при θ=0^o показано на фиг.4. Для динамического уравновешивания в конструкции предусмотрены установленные на приводном валу с возможностью свободного вращения два противовеса 36 с зубчатыми секторами 37, сцепленными с зубчатыми секторами 38, зафиксированными вместе с косынкой на валу 12. Положение противовеса 36 изменяется пропорционально изменению угла нутации θ.
На фиг. 5 показан вариант конструкции, в которой шток 9 установлен на приводном валу 2 с возможностью вращения. Косынка 13 закреплена на штоке 9, на котором выполнена винтовая нарезка 39. Па приводном валу 2 смонтирован гидроцилиндр с рабочими объемами 28 и 29, разделенными выполненной в виде поршня гайкой 40, образующей винтовую пару с штоком. Рабочие объемы через гидромуфту 41 связаны с патрубками 34 и 35. Шарнирный подшипник 8 соединен с косынкой по шаровой поверхности 42. Гайка 40 зафиксирована от поворота относительно приводного вала благодаря эксцентричному положению штока. При перемещении гайки рабочей жидкостью шток вместе с косынкой поворачивается, что изменяет угол нутации θ. На фиг.5 показано положение механизма при максимальном значении θ.
В представленном на фиг.6 и 7 варианте конструкции шток 9 жестко эксцентрично закреплен между поршнями 43 и 44, установленными в гидроцилиндрах 45 и 46 на приводном валу 2. На штоке выполнена винтовая нарезка 39, а в косынке - гайка 47, образующая с штоком винтовую пару. Косынка зафиксирована от осевого перемещения двумя проушинами 48, а шток зафиксирован от поворота относительно своей оси благодаря эксцентричной установке в гидроцилиндрах. При перемещении поршней рабочей жидкостью вместе с штоком шток поворачивает косынку, изменяя угол нутации θ.
Взаимное положение оси вращения косынки и оси штока, а также положение этих осей по отношению к оси вращения приводного вала может быть любое.

В предлагаемом изобретении поступательное или вращательное движение штока, изменяющее угол нутации, может осуществляться механическим, гидравлическим, пневматическим или электрическим способом.

Источники информации
1. Патент РФ 1650993 A1, F 16 Н 23/04. Механизм с качающейся шайбой. / Автор: Пылаев Б.В. Приор. 12.01.89.

2. Патент РФ 2085792 С1, F 16 Н 23/04. Бесшатунный механизм с качающейся шайбой. / Автор: Пылаев Б.В. Приор. 06.02.95.

3. Бухгольц Н.Н. Основной курс теоретической механики. Ч. 2. -М.: Наука, 1972, с. 162 и 163, рис. 57.

4. Кожевников С. Н., Осипенко Я.И., Раскин Я.М. Механизмы. Справочник. 4-е изд./ Под ред. Кожевникова С.Н. - М.: Машиностроение, 1976, с. 544, рис. 9.22.

5. Авт. св. СССР 1096417 А, F 16 Н 23/04, F 02 G 1/05, 03.06.1982.

6. Патент США 3449972, U.S. C1 74-119, 17.06.1969 (см. FIG 1 - 2).

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к механизмам с качающейся шайбой, предназначенным для преобразования вращательного движения приводного вала в поступательное или колебательное движение исполнительного звена, и может быть использовано в механизмах с изменяемыми вытесняемыми объемами при работающем механизме. Устройство содержит установленные в подшипниках корпуса приводной и колебательные валы и смонтированную на цапфах колебательного вала качающуюся шайбу, связанную с приводным валом посредством шарнирного подшипника и образующую с этим подшипником возвратно-поступательную пару пальцем. Кроме того, механизм содержит устройство изменения угла нутации, включающее в себя смонтированные подвижно на приводном валу и связанные друг с другом шток и несущую шарнирный подшипник, установленную с возможностью поворота относительно приводного вала косынку. Технический результат заключается в уменьшении осевого размера передачи. 3 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Механизм с качающейся шайбой, содержащий установленные в подшипниках корпуса приводной и колебательные валы, смонтированную на цапфах колебательного вала качающуюся шайбу, связанную с приводным валом посредством шарнирного подшипника и образующую с этим подшипником возвратно-поступательную пару пальцем, а также устройство изменения угла нутации, отличающийся тем, что снабжен смонтированными подвижно на приводном валу, связанными друг с другом штоком и несущей шарнирный подшипник, установленной с возможностью поворота относительно приводного вала косынкой. 2. Механизм с качающейся шайбой по п.1, отличающийся тем, что шток установлен с возможностью принудительного перемещения вдоль своей оси и снабжен зубчатой рейкой, а косынка - зубчатым венцом, сцепленным с зубчатой рейкой. 3. Механизм с качающейся шайбой по п.1, отличающийся тем, что шток установлен с возможностью принудительного перемещения вдоль своей оси и связан с косынкой серьгой. 4. Механизм с качающейся шайбой по п.1, отличающийся тем, что снабжен принудительно перемещаемой вдоль штока гайкой, фиксированной от поворота относительно приводного вала, а шток смонтирован с возможностью вращения относительно приводного вала, жестко соединен с косынкой и выполнен с винтовой нарезкой, образуя с гайкой винтовую пару.