МЕХАНИЗМ ПЕРЕДАЧИ ДВИЖЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК F16H21/40 F01C9/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к механизмам для преобразования качательного движения во вращательное.

Известен кривошипно-шатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала, применяемый в поршневых двигателях внутреннего сгорания (Альшиц И.Я и др. Справочник машиностроителя, т. 4, М., Машгиз, 1963, с.550). Кривошипно-шатунный механизм осуществляется по двум основным типам. В конструкцию первого типа включены поршень, шатун и кривошип. Недостатком такого типа механизма является то, что на стенку цилиндра действуют боковые силы, которые приводят к интенсивному износу цилиндра и поршневых колец. Чтобы избавиться от этого недостатка, применяется кривошипно-шатунный механизм второго типа, в котором помимо перечисленных выше узлов применяют дополнительно ползун. При данной схеме шатун воздействует на поршень не непосредственно, а через дополнительное звено - ползун. При этом шток совершает строго вертикальные возвратно-поступательные движения. В результате чего резко уменьшается боковая сила, воздействующая на поршень и стенки цилиндра. Недостаток такого механизма заключаются в том, что применение ползуна приводит к увеличению габаритов двигателя по высоте.

Известен также двигатель Стирлинга с ромбической передачей (Мышинский Э.Л. Судовые поршневые двигатели внешнего сгорания. Судостроение, Ленинград, 1976, с.11). В этом двигателе для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение выходного вала двигателя, а также динамического уравновешивания двигателя использован ромбический кривошипный механизм, расположенный в корпусном пространстве под поршнем. Данный механизм обеспечивает полную динамическую уравновешенность всех поступательно движущихся деталей. Достигается это путем применения в механизме преобразования пары синхронизирующих шестерен, снабженных противовесами и расположенных симметрично относительно штока рабочего поршня. При движении штока рабочего поршня вверх (вниз) вместе с установленной на ней серьгой, которая в свою очередь кинематически связана с парой шатунов и серьгой вытеснителя (составляющих ромбический кривошипный механизм), синхронизирующие шестерни вращаются в противоположные стороны, тем самым уравновешивая конструкцию. Выходной вал механизма соединен с одним из синхронизирующих шестерен и снабжен маховиком.

Недостатком указанного механизма преобразования является сложность элементов конструкции и сложность технологии изготовления входящих в него узлов и деталей. Кроме того, механизм не позволяет преобразовать во вращательное движение выходного вала качательные движения поршня, а сам механизм располагается “под поршнем”, что увеличивает габариты двигателя по высоте.

Технической задачей заявленного изобретения является упрощение конструкции механизма передачи движения за счет сокращения количества входящих в конструкцию деталей, а также существенное снижение габаритов двигателя по высоте за счет того, что МПД устанавливается не под поршнем, а за поршнем в отдельном отсеке. Одним из преимуществ предлагаемого механизма является и то, что осевые нагрузки потребителя воспринимают подшипники выходного вала, тем самым разгружая механизм передачи движения от осевых нагрузок.

Поставленная задача достигается тем, что механизм передачи движения, включающий в себя корпус, входной вал на упорных подшипниках, преобразователь качательного движения входного вала во вращательное движение выходного вала, выходной вал на упорных подшипниках и снабженный маховиком, согласно изобретению выполнен двухступенчатым, причем первая ступень включает в себя шестерню входного вала и находящиеся с ней в зацеплении две одинаковые шестерни, снабженные кривошипными пальцами и расположенные симметрично относительно вертикальной оси вращения входного вала, а вторая ступень включает в себя шестерню выходного вала и находящиеся с ней в зацеплении две одинаковые шестерни, снабженные кривошипными пальцами и расположенные симметрично относительно вертикальной оси вращения выходного вала, причем кривошипные пальцы первой и второй ступени попарно соединены коромыслами.

По существу механизм представляет собой двухступенчатый спаренный шестеренно-кривошипный коромысловый механизм. Назначение первой ступени механизма - преобразование качательного движения (поворота) входного вала в пределах 270-320 градусов в качательное движение шестерен механизма первой ступени с углом поворота 180 градусов. Достигается это путем подбора передаточных чисел шестерен первой ступени 4, 5 и 6. Назначение второй ступени механизма - преобразование качательного движения шестерен первой ступени с углом поворота 180 градусов в непрерывное одностороннее вращательное движение выходного вала. Спаренный механизм позволяет увеличивать нагрузки на вал в два раза. Подбор передаточных чисел между шестернями второй ступени позволяет обеспечить требуемую для потребителя частоту вращения выходного вала без изменения мощности двигателя.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена конструкция предлагаемого механизма передачи движения, компоновка его узлов, их пространственное расположение.

На фиг.2 отображено взаимодействие узлов и деталей в динамике, вид А на фиг.1.

На фиг.3 - то же, вид В на фиг.1.

Заявленный механизм выполнен следующим образом. В полукорпусах 1 и 2 размещен двухступенчатый механизм передачи движения. Первая ступень включает входной вал 3, на котором установлена шестерня входного вала 4, находящаяся в зацеплении с двумя одинаковыми шестернями 5 и 6 (см. фиг.2 и 3). На шестернях 5 и 6 выполнены кривошипные пальцы 7 и 8, размещенные эксцентрично относительно осей вращения О₂ и О₃ и симметрично относительно вертикальной оси симметрии О₁ шестерни входного вала 4. Вторая ступень механизма состоит из шестерни выходного вала 9, находящейся в зацеплении с двумя одинаковыми шестернями 10 и 11. На шестернях 10 и 11 выполнены кривошипные пальцы 12 и 13, размещенные эксцентрично относительно осей вращения O₅ и O₆ и симметрично относительно вертикальной оси симметрии О₄ шестерни 9. Кривошипные пальцы 7 и 12 и кривошипные пальцы 8 и 13 попарно соединены коромыслами 14 и 15. Шестерня 9 установлена на выходном валу 16, на другом конце которого размещен маховик 17 с зубчатым внешним ободом. Входной и выходной валы посажены на подшипники качения 18 и 19, а оси шестерен 5, 6, 10 и 11 установлены консольно в стенках корпуса.

Механизм передачи движения работает следующим образом. При повороте входного вала по часовой стрелке (фиг.2) на угол 270-320 градусов шестерни 5 и 6 поворачиваются вокруг своих осей О₂ и О₃ против часовой стрелки. Кривошипный палец 7 и коромысло 14 описывают дугу А вокруг оси О₂ против часовой стрелки и переходят из точки А1 в точку А2. Таким же образом кривошипный палец 8 и коромысло 15, описав дугу В, из точки В1 переходят в точку В2. Таким образом, шестерни и коромысла совершают поворот против часовой стрелки на 180 градусов. При повороте входного вала против часовой стрелки коромысла 14 и 15 возвращаются в исходные точки А1 и В1.

Так как вторые концы коромысел 14 и 15 соединены с кривошипными пальцами 12 и 13, то при повороте входного вала по часовой стрелке шестерни 10 и 11 второй ступени поворачиваются также против часовой стрелки на 180 градусов, вращая выходной вал по часовой стрелке на тот же угол. При вращении же входного вала против часовой стрелки кривошипные пальцы 12 и 13, описав дуги С и D, достигают мертвых точек С1 и D1. За счет инерции маховика 17 шестерни 10 и 11 выходят из мертвых точек и продолжают вращение в первоначальную сторону, вращая и выходной вал в первоначальном направлении еще на 180 градусов. Таким образом, за два качательных движения входного вала на заданный угол (по часовой стрелке и против часовой стрелки) выходной вал совершает один оборот в 360 градусов, не меняя направления вращения. Такой механизм называется “Двухкривошипным механизмом Галловея” (Ачеркан А.С. Справочник машиностроителя, т.1, Машгиз, М., 1960, с.480).

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в механизмах преобразования возвратно-вращательного движения во вращательное. Техническим результатом является повышение эффективности работы механизма. Сущность изобретения заключается в том, что механизм содержит входной, выходной валы и преобразователь движения. Согласно изобретению преобразователь выполнен двухступенчатым. Первая ступень включает в себя шестерню входного вала и находящиеся с ней в зацеплении две одинаковые шестерни с кривошипными пальцами, расположенные симметрично относительно оси вращения входного вала. Вторая ступень включает в себя шестерню выходного вала и находящиеся с ней в зацеплении две одинаковые шестерни с кривошипными пальцами, расположенные симметрично относительно оси вращения выходного вала. Причем кривошипные пальцы первой и второй ступени попарно соединены коромыслами. 3 ил.

Механизм передачи движения, включающий в себя корпус, входной вал на упорных подшипниках, преобразователь качательного движения входного вала во вращательное движение выходного вала, выходной вал на упорных подшипниках и снабженный маховиком, отличающийся тем, что механизм передачи движения выполнен двухступенчатым, причем первая ступень включает в себя шестерню входного вала и находящиеся с ней в зацеплении две одинаковые шестерни, снабженные кривошипными пальцами и расположенные симметрично относительно вертикальной оси вращения входного вала, а вторая ступень включает в себя шестерню выходного вала и находящиеся с ней в зацеплении две одинаковые шестерни, снабженные кривошипными пальцами и расположенные симметрично относительно вертикальной оси вращения выходного вала, причем кривошипные пальцы первой и второй ступеней попарно соединены коромыслами.