ПЛАНЕТАРНЫЙ МЕХАНИЗМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F16H37/16 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к механизмам преобразования движения.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является отдельный стеклоочиститель ветрового стекла автомобиля (патент США N 4630327, МПК B 60 S 1/36, публикация 23.12.86 г.), содержащий ползун, связанный со щеткой и изменяющийся в длину во время движения щетки, т.е. возвратно-поступательно перемещающийся относительно направляющей подвижного корпуса, содержащего устройство для управления возвратно-поступательным перемещением ползуна, которое состоит из первого внутреннего зубчатого венца, прикрепленного к корпусу, первой зубчатой шестерни, зацепляющейся с первым внутренним зубчатым венцом для втягивания и вытягивания (возвратно-поступательного движения) ползуна, где первая зубчатая шестерня через шип, расположенный на ее делительной окружности, подвижно связана с ползуном и выполнена с диаметром делительной окружности, равным половине диаметра делительной окружности первого внутреннего зубчатого венца. Первая зубчатая шестерня вращается на первом валу водила, жестко связанном с последним (с водилом), второй вал которого проходит через отверстие стенки подвижного корпуса с соосным расположением с первым зубчатым венцом. Второй вал водила является ведущим валом устройства для управления возвратно-поступательным перемещением ползуна и жестко связан с второй зубчатой шестерней второго устройства для управления поворотным перемещением подвижного (поворачивающегося) корпуса. Вторая зубчатая шестерня второго устройства для управления поворотным перемещением подвижного корпуса (и, конечно, привода, размещенного в этом подвижном корпусе устройства для возвратно-поступательного перемещения ползуна) имеет зубчатое зацепление с вторым внутренним зубчатым венцом, прикрепленным к второму неподвижному корпусу, через отверстие в котором проходит основной ведущий вал привода подвижного корпуса, жестко соединенный с последним.

При рассмотрении динамики устройства для управления возвратно-поступательным перемещением ползуна видно, что в результате вращения второго вала водила (за счет обкатывания второй зубчатой шестерни второго внутреннего зубчатого венца неподвижного корпуса второго устройства при повороте подвижного корпуса относительно неподвижного) первая зубчатая шестерня обкатывает первый внутренний зубчатый венец и благодаря половинному соотношению их диаметров делительных окружностей - шип первой зубчатой шестерни (расположенный на ее делительной окружности и подвижно соединенный с ползуном), вращаясь относительно своей продольной оси симметрии (оси вращения), совершает возвратно-поступательные перемещения по диаметрально расположенной относительно первой зубчатой шестерни линии, тем самым перемещая возвратно-поступательно ползун со щеткой.

Недостатками данного технического решения механизма стеклоочистителя ветрового стекла, а именно его устройства преобразования движения (устройства для управления возвратно-поступательным перемещением ползуна) являются невозможность воспринимать осевые нагрузки, так как в нем вторая ось водила, на которой жестко закреплена вторая зубчатая шестерня (второго устройства), опирается только на одну стенку подвижного корпуса, а первая ось водила, на которой вращается первая зубчатая шестерня, и шип ползуна имеют одностороннее закрепление; низкий кпд из-за больших потерь на трение скольжения между взаимодействующими составляющими; невозможность изменения направления вектора возвратно-поступательного перемещения шипа (т.е. элемента, совершающего возвратно-поступательные перемещения) вследствие жесткой привязки его к одному(определенному) месту первой зубчатой шестерни на ее делительном диаметре; большой внутренний дисбаланс конструкции из-за неуравновешенности несимметрично расположенных в ней ее составляющих.

Задача изобретения - увеличение надежности и долговечности планетарного механизма преобразования движения, снижение его внутреннего дисбаланса до минимального значения, повышение его кпд и расширение его функциональных возможностей за счет конструктивной возможности изменения вектора перемещения кривошипа.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в планетарном механизме преобразования движения, включающем корпус с центральным зубчатым колесом, имеющим внутреннее зубчатое зацепление с сателлитом, диаметр делительной окружности которого равен половине диаметра делительной окружности центрального зубчатого колеса, вал сателлита, установленный во взаимодействующем с корпусом водиле, ось вращения которого совпадает с продольной осью симметрии центрального зубчатого колеса, кривошип, связанный с сателлитом с параллельным расположением их осей вращения, согласно изобретению, водило образовано двумя частями, расположенными напротив торцевых плоскостей центрального зубчатого колеса и взаимодействующими с корпусом через основные подшипниковые узлы качения, соосные с центральным зубчатым колесом, а сателлит жестко соединен со своим валом, установленным в обоих частях водила через дополнительные подшипниковые узлы качения, причем кривошип закреплен с возможностью изменения межосевого расстояния между ним и валом сателлита на установочном элементе регулировочного устройства, которое своим опорным элементом закреплено на одном из концов вала сателлита, обе же части водила жестко связаны между собой по меньшей мере через один компенсатор, расположенный между ними и обеспечивающий необходимые рабочие зазоры в основных подшипниковых узлах и балансировку масс механизма.

В частном случае выполнения части водила выполнены дискообразной формы с плоскими поверхностями, расположенными с зазорами напротив торцев центрального зубчатого колеса, причем на одной из части водила выполнен ведущий и/или ведомый цилиндрический выступ, соосный оси вращения водила.

В частном случае выполнения центральное зубчатое колесо выполнено за одно целое в виде единой детали с корпусом, а сателлит выполнен заодно целое в виде единой детали со своим валом.

В частном случае выполнения на частях водила выполнены дорожки качения основных и дополнительных подшипниковых узлов качения.

В частном случае выполнения на свободном конце вала сателлита установлена опорная втулка с дорожкой качения одного из дополнительных подшипниковых узлов качения, а на опорном элементе регулировочного устройства выполнена дорожка качения другого из дополнительных подшипниковых узлов качения.

В частном случае выполнения на корпусе выполнены дорожки качения основных подшипниковых узлов качения.

В частном случае выполнения диаметры выполненных на частях водила и корпуса дорожек качения основных подшипниковых узлов качения больше диаметра делительной окружности центрального зубчатого колеса.

В частном случае выполнения основные и дополнительные подшипниковые узлы качения выполнены в виде радиально-упорных шариковых подшипников.

В частном случае выполнения в установочном и опорном элементах регулировочного устройства выполнены соответствующие по форме и размерам взаимодействующие между собой выступ и паз соответственно, которые расположены поперечно к валу сателлита, причем установочный элемент регулировочного устройства зафиксирован относительно его опорного элемента посредством фиксирующего болта.

В частном случае выполнения планетарный механизм выполнен с одним компенсатором, выполненным в виде массивной детали, занимающей свободное пространство между частями водила, которые жестко связаны между собой посредством по меньшей мере одного стяжного болта, проходящего сквозь компенсатор.

Сравнение заявляемого технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета показывает, что совокупность существенных признаков заявляемого решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предлагаемое решение имеет признаки, отсутствующие в известных решениях, а их использование в заявляемой совокупности признаков дает возможность получить новый технический эффект, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, так как может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняется на чертежах:
фиг.1 - планетарный механизм преобразования движения, продольный разрез;
фиг.2 - планетарный механизм преобразования движения, поперечный разрез;
фиг.3 - схема поступательного движения кривошипа;
фиг.4 - схема сложного движения кривошипа;
Планетарный механизм преобразования движения содержит корпус 1, в частном случае выполненный за одно целое в виде единой детали с центральным зубчатым колесом 2, имеющим внутреннее зубчатое зацепление с сателлитом 3, диаметр d делительной окружности которого равен половине диаметра D делительной окружности центрального зубчатого колеса 2, вал 4 сателлита 3, установленный во взаимодействующем с корпусом 1 водиле 5, ось вращения L которого совпадает с продольной осью симметрии центрального зубчатого колеса 2, кривошип 6, связанный с сателлитом 3 с параллельным расположением их осей вращения М и N соответственно.

Водило 5 образовано двумя частями 7 и 8, расположенными напротив торцевых плоскостей α и β центрального зубчатого колеса 2 и взаимодействующими с корпусом 1 через основные подшипниковые узлы качения 9, соосные с центральным зубчатым колесом 2. В частном случае выполнения, представленном на фиг. 1, 2, части 7 и 8 водила 5 выполнены дискообразной формы с плоскими поверхностями 10, расположенными с зазорами S напротив торцов 11 центрального зубчатого колеса 2, причем на части 7 водила 5 выполнен ведущий и/или ведомый цилиндрический выступ 12, соосный оси вращения L водила 5. В частном случае выполнения основные подшипниковые узлы качения 9 выполнены в виде радиально-упорных шариковых подшипников, дорожки качения 13 и 14 которых выполнены соответственно на частях 7,8 водила 5 и на корпусе 1, причем диаметры этих дорожек качения 13 и 14 больше диаметра D делительной окружности центрального зубчатого колеса 2.

Сателлит 3 жестко соединен, а в частном случае, показанном на фиг.1, 2, выполнен за одно целое в виде единой детали со своим валом 4, установленным в обеих частях 7 и 8 водила 5 через дополнительные подшипниковые узлы качения 15.

Кривошип 6 связан с сателлитом 3 посредством закрепления его (кривошипа 6) с возможностью изменения межосевого расстояния Р между ним (кривошипом 6) и валом 4 сателлита 3 (т.е. между их осями вращения М и N) на установочном элементе 16 регулировочного устройства 17, которое своим опорным элементом 18, взаимодействующим со своим установочным элементом 16, закреплено на одном из концов вала 4 сателлита 3. В частном случае выполнения (см. фиг.1, 2) в установочном 16 и опорном 18 элементах регулировочного устройства 17 выполнены соответствующие по форме и размерам взаимодействующие между собой выступ 19 и паз 20 соответственно, которые расположены поперечно к валу 4 сателлита 3, причем установочный элемент 16 регулировочного устройства 17 зафиксирован относительно его опорного элемента 18 посредством фиксирующего болта 21. Путем ослабления фиксирующего болта 21 и перемещения выступа 19 установочного элемента 16 по пазу 20 опорного элемента 18 регулировочного устройства 17 можно изменить межосевое расстояние Р и зафиксировать его путем затяжки болта 21. В другом частном случае межосевое расстояние Р между осью вращения М кривошипа 6 и осью вращения N валом 4 сателлита 3 может осуществляться без остановки механизма (так сказать "на ходу") например с помощью пневмо- или гидроэлемента размещенного между установочным и опорным элементами регулировочного устройства. Различные межосевые расстояния Р между осью вращения М кривошипа 6 и осью вращения N вала 4 сателлита 3 позволяют получить различные траектории движения кривошипа 6.

В частном случае выполнения дополнительные подшипниковые узлы качения 15 выполнены в виде радиально-упорных шариковых подшипников, дорожки качения 22 и 23 которых выполнены соответственно на частях 7, 8 водила 5, а дорожки 24 и 25 - соответственно на опорной втулке 26, установленной на конце вала 4 сателлита 3 со стороны части 7 водила 5, и на опорном элементе 18 регулировочного устройства 17.

Обе части 7 и 8 водила 5 жестко связаны между собой, в частности, через один компенсатор 27, выполненный в виде массивной детали, занимающей свободное пространство между частями 7 и 8 водила 5. Через компенсатор 27 и части 7 и 8 водила 5, в частности, проходят два стяжных болта 28, которые обеспечивают жесткую связь между этими частями 7 и 8 водила 5. Компенсатор 27 обеспечивает необходимые рабочие зазоры в основных подшипниковых узлах 9 и балансировку масс механизма.

Работает планетарный механизм преобразования движения следующими образом.

Планетарный механизм преобразования движения может работать в режиме преобразования вращательного движения в поступательное или иное (в зависимости от межосевого расстояния Р) или в обратном режиме, т.е. преобразования поступательного движения или иного во вращательное движение.

Рассмотрим режим преобразования вращательного движения в поступательное или иное.

При подаче вращательного движения на цилиндрический выступ 12 части 7 водила 5 последний, т.е. его части 7 и 8, вращается относительно корпуса 1 через основные подшипниковые узлы 9, при этом ось вращения N вала 4 сателлита 3 будет перемещаться по окружности с диаметром, равным диаметру d делительной окружности сателлита 3, так как этот диаметр d делительной окружности сателлита 3 равен половине диаметра D делительной окружности центрального зубчатого колеса 2. При этом, так как сателлит 3 имеет зубчатое зацепление с центральным зубчатым колесом 2 и жестко связан со своим валом 4, то последний (вал 4) будет вращаться относительно своей оси вращения N. При условии, если ось вращения М кривошипа 6 находится на делительной окружности сателлита 3, т.е., когда межосевое расстояние Р между осью вращения М кривошипа 6 и осью вращения N вала 4 равно половине диаметра делительной окружности сателлита 3 (это обеспечивается регулировочным устройством 17), то при повороте (вращении) вала 4 в частях 7, 8 водила 5, которые в свою очередь одновременно перемещаются по окружности, кривошип 6 вращается относительно своей оси вращения М, которая в свою очередь совершает возвратно-поступательное движение по прямой линии (вектору движения), проходящей через продольную ось симметрии центрального зубчатого колеса 2, совпадающую с осью вращения L водила 5.

На фиг.3 схематично показан случай, когда P=1/2d, при котором кривошип 6 совершает поступательное движение из крайнего положения Б через какое-то промежуточное положение В в крайнее положение Г и обратно.

Если сохраняя положение неподвижного корпуса 1, а следовательно, и центрального зубчатого колеса 2, поменять положение кривошипа 6 на 180^o (т.е. отвернуть стяжной болт 21 регулировочного устройства 17 и установочный элемент 16 вынуть из опорного элемента 18 и развернуть на 180^o и снова установить в опорном элементе 18), сохраняя расположение оси вращения М кривошипа 6 на делительном окружности сателлита 3 (т.е. сохраняя прежний параметр межосевого расстояния Р), то вектор (направление) возвратно-поступательного движения изменится на 90^o относительно предыдущего, но он также будет проходить через продольную ось симметрии центрального зубчатого колеса 2, совпадающую с осью вращения L водила 5.

При изменении параметра межосевого расстояния Р ось вращения М вала 4 кривошипа 6 будет совершать движения, отличные от возвратно-поступательных, и описывать в пространстве разные фигуры.

На фиг.4 схематично показан случай когда P<1/2d, при котором кривошип 6 совершает отличное от возвратно-поступательного движения иное (сложное) движение, последовательно перемещаясь по точкам Д, Ж, Е замкнутой траектории.

Таким образом, за счет применения в заявляемом техническом решении планетарного механизма преобразования движения двухопорной схемы установки водила 5 в корпусе 1 и двухопорной схемы установки вала 4 сателлита 3 в водиле 5, а также за счет применения в качестве опор водила 5 и вала 4 сателлита 3 именно подшипниковых узлов качения (основных 9 и дополнительных 15 подшипниковых узлов качения, а не скольжения, как в прототипе) и за счет применения компенсатора 27, по сравнению с конструкцией прототипа решается задача изобретения - увеличение надежности и долговечности механизма преобразования движения, снижение его внутреннего дисбаланса до минимального значения, повышение его кпд.

Кроме того, за счет применения в заявляемом техническом решении планетарного механизма преобразования движения регулировочного устройства 17, позволяющего легко изменять параметр межосевого расстояния Р между осью вращения М кривошипа 6 и осью вращения N вала 4 сателлита 3 и тем самым изменять вектор перемещения кривошипа 6, по сравнению с конструкцией прототипа решается и такая задача изобретения, как расширение функциональных возможностей механизма.

Заявляемое техническое решение планетарного механизма преобразования движения может быть использовано в различных устройствах, где требуется
- преобразовать вращательное движение в возвратно-поступательное;
- преобразовать вращательное движение в иное сложное по определенной заданной траектории (в зависимости от Р);
- преобразование вращательного движения в возвратно-поступательное движение с переходом в иное (сложное) движение без остановки механизма (когда Р может изменяться в процессе работы механизма);
- преобразование возвратно-поступательного движения или иного(сложного) движения кривошипа 6 во вращательное движения водила 5.

Механизм преобразования движения, например, может быть использован в движителях транспортных средств с высокой проходимостью, где при вращении колеса ось его перемещается возвратно-поступательно, или может быть использован как дискретно подающий механизм для листового материала и других узлах машин и станков.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к механизмам преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот. Планетарный механизм преобразования движения содержит корпус (1) с центральным зубчатым колесом (2), имеющим внутреннее зубчатое зацепление с сателлитом (3), диаметр d делительной окружности которого равен половине диаметра D делительной окружности центрального зубчатого колеса (2), вал (4) сателлита (3), установленный во взаимодействующем с корпусом (1) водиле (5), ось вращения L которого совпадает с продольной осью симметрии центрального зубчатого колеса (2). Водило (5) образовано двумя частями (7 и 8), расположенными напротив торцевых плоскостей α и β центрального зубчатого колеса (2) и взаимодействующими с корпусом (1) через основные подшипниковые узлы качения (9). Обе части (7 и 8) водила (5) жестко связаны между собой через один компенсатор (27). Кривошип (6) связан с сателлитом (3) посредством закрепления его с возможностью изменения межосевого расстояния Р между ним и валом (4) сателлита (3), (т.е. между их осями вращения М и N) на установочном элементе (16) регулировочного устройства (17), которое своим опорным элементом (18) закреплено на одном из концов вала (4) сателлита (3). Технический результат - увеличение надежности и долговечности планетарного механизма преобразования движения, снижение его внутреннего дисбаланса до минимального значения, повышение его кпд и расширение его функциональных возможностей за счет конструктивной возможности изменения вектора перемещения кривошипа. 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Планетарный механизм преобразования движения, включающий корпус с центральным зубчатым колесом, имеющим внутреннее зубчатое зацепление с сателлитом, диаметр делительной окружности которого равен половине диаметра делительной окружности центрального зубчатого колеса, вал сателлита, установленный во взаимодействующем с корпусом водиле, ось вращения которого совпадает с продольной осью симметрии центрального зубчатого колеса, кривошип, связанный с сателлитом с параллельным расположением их осей вращения, отличающийся тем, что водило образовано двумя частями, расположенными напротив торцевых плоскостей центрального зубчатого колеса и взаимодействующими с корпусом через основные подшипниковые узлы качения, соосные с центральным зубчатым колесом, а сателлит жестко соединен со своим валом, установленным в обеих частях водила через дополнительные подшипниковые узлы качения, причем кривошип закреплен с возможностью изменения межосевого расстояния между ним и валом сателлита на установочном элементе регулировочного устройства, которое своим опорным элементом закреплено на одном из концов вала сателлита, обе же части водила жестко связаны между собой по меньшей мере через один компенсатор, расположенный между ними и обеспечивающий необходимые рабочие зазоры в основных подшипниковых узлах и балансировку масс механизма.2. Планетарный механизм по п.1, отличающийся тем, что части водила выполнены дискообразной формы с плоскими поверхностями, расположенными с зазорами напротив торцов центрального зубчатого колеса, причем на одной из части водила выполнен ведущий и/или ведомый цилиндрический выступ, соосный оси вращения водила.3. Планетарный механизм по п.1, отличающийся тем, что центральное зубчатое колесо выполнено за одно целое в виде единой детали с корпусом.4. Планетарный механизм по п.1, отличающийся тем, что сателлит выполнен за одно целое в виде единой детали со своим валом.5. Планетарный механизм по п.1, отличающийся тем, что на частях водила выполнены дорожки качения основных и дополнительных подшипниковых узлов качения.6. Планетарный механизм по п.1, отличающийся тем, что на свободном конце вала сателлита установлена опорная втулка с дорожкой качения одного из дополнительных подшипниковых узлов качения.7. Планетарный механизм по п.1, отличающийся тем, что на опорном элементе регулировочного устройства выполнена дорожка качения одного из дополнительных подшипниковых узлов качения.8. Планетарный механизм по п.1 или 3, отличающийся тем, что на корпусе выполнены дорожки качения основных подшипниковых узлов качения.9. Планетарный механизм по пп.5 и 8, отличающийся тем, что диаметры выполненных на частях водила и корпуса дорожек качения основных подшипниковых узлов качения больше диаметра делительной окружности центрального зубчатого колеса.10. Планетарный механизм по п.1 или 5, 6, 7, 8, отличающийся тем, что основные и дополнительные подшипниковые узлы качения выполнены в виде радиально-упорных шариковых подшипников.11. Планетарный механизм по п.1, отличающийся тем, что в установочном и опорном элементах регулировочного устройства выполнены соответствующие по форме и размерам взаимодействующие между собой выступ и паз соответственно, которые расположены поперечно к валу сателлита, причем установочный элемент регулировочного устройства зафиксирован относительно его опорного элемента посредством фиксирующего болта.12. Планетарный механизм по п.1, отличающийся тем, что он имеет один компенсатор, выполненный в виде массивной детали, занимающей свободное пространство между частями водила.13. Планетарный механизм по пп.1 и 12, отличающийся тем, что части водила жестко связаны между собой посредством по меньшей мере одного стяжного болта, проходящего сквозь компенсатор.