ПОВОРОТНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2007 года по МПК F16H27/06 

Изобретение относится к общему машиностроению и может найти применение в механизмах загрузочных устройств станков-автоматов, приводов подачи кузнечно-прессового оборудования, сборочных машинах гибких автоматизированных производств.

Известен поворотный механизм, содержащий корпус, держатель с отверстием, в котором размещена установочная ось с зубчатым колесом и диском с цевкой на торцевой поверхности, ведомый мальтийский крест с радиальными пазами, приспособление для фиксации креста, зубчатую рейку, два упругих элемента (см. МПК F16Н 27/06, описание к авторскому свидетельству № 1298462, опубл. 23.03.1987 г.).

Недостатками данного устройства является:

- сложная конструкция, обусловленная необходимостью установки гидравлического или пневматического привода линейного перемещения;

- низкая надежность работы, обусловленная высокими инерционными нагрузками.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является поворотное устройство, содержащее корпус, держатель, установленный в нем вал, размещенное на последнем зубчатое колесо, взаимодействующее с зубчатой рейкой, жестко связанный с валом диск с ведущим пальцем, ведомое звено, фиксирующее устройство, направляющую планку, размещенную на торцевой поверхности зубчатой рейки и взаимодействующую с рейкой (см. МПК F16H 27/06, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1315698, опубл. 07.06.1987 г.).

Недостатками известного устройства являются:

- сложность конструкции, обусловленная необходимостью установки гидравлического или пневматического привода линейного перемещения держателя и наличие дополнительных упругих элементов, взаимодействующих с направляющей планкой;

- низкая надежность работы, обусловленная консольным расположением держателя, при котором возникает изгибающий момент.

Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение его надежности и упрощение конструкции.

Технический результат достигается тем, что поворотное устройство, содержащее корпус, держатель, зубчатое колесо, взаимодействующее с зубчатой рейкой, жестко связанный с валом диск с ведущим колесом, ведомое звено и фиксирующее устройство, дополнительно содержит две направляющие, на которые установлен держатель в виде каретки, на подшипниках которой установлен вал с зубчатым колесом, к которому жестко прикреплен диск с ведущим пальцем, расположенным в продольном пазу ведомого звена, выполненного в виде одноплечего рычага, установленного на выходном валу, каретка установлена с возможностью перемещения относительно направляющих, одна из которых снабжена пружинами, расположенными по обе стороны от каретки и взаимодействующими другими концами с корпусом, каретка снабжена ограничительным механизмом, выполненным в виде регулируемых постоянных магнитов, попеременно взаимодействующих с электромагнитами, закрепленными на корпусе, а фиксирующее устройство выполнено в виде зубьев, размещенных на каретке и взаимодействующих с ответными зубьями, расположенными на штоке электромагнитов, установленных в корпусе с возможностью перемещения относительно направляющих, при этом электромагниты выполнены переменной полярности, при этом снабжено механизмом регулирования положения оси вала ведомого колеса относительно вала каретки, выполненным в виде пары винт-гайка, при этом дополнительно снабжено ползуном, расположенным в продольном пазу ведомого звена и взаимодействующим с ведущим пальцем диска.

Введение в конструкцию поворотного устройства двух направляющих, на которых установлен держатель в виде каретки, на подшипниках которой установлен вал с зубчатым колесом, к которому жестко прикреплен диск с ведущим пальцем, расположенным в продольном пазу ведомого звена, выполненного в виде одноплечего рычага, установленного на выходном валу, и установка каретки с возможностью перемещения относительно направляющих обеспечивает бесконсольную установку держателя, исключает изгибающий момент и улучшает качество зацепления зубчатого колеса с рейкой.

Снабжение одной из направляющих пружинами, расположенными по обе стороны от каретки и взаимодействующими другими концами с корпусом, позволит упростить конструкцию за счет исключения установки дополнительного привода линейного перемещения держателя.

Снабжение каретки ограничительным механизмом, выполненным в виде регулируемых постоянных магнитов, попеременно взаимодействующих с электромагнитами, закрепленными на корпусе, приводит к взаимодействию полей магнитов и созданию плавного увеличения усилия, необходимого для изменения направления движения механизма с одного направления на другое, повышая тем самым надежность работы.

Выполнение фиксирующего устройства в виде зубьев, размещенных на каретке и взаимодействующих с ответными зубьями, расположенными на штоке электромагнитов, установленных в корпусе с возможностью перемещения относительно направляющих, повышает надежность работы за счет гарантированной фиксации ведомого в крайних точках позиционирования.

Выполнение электромагнитов переменной полярности повышает надежность работы за счет обеспечения компенсации потерь на трение в звеньях механизма и силы упругости сжатых пружин.

Снабжение устройства механизмом регулирования положения оси вала ведомого колеса относительно вала каретки и выполнение его в виде пары винт-гайка обеспечивает изменение геометрических параметров механизма и углов размаха ведомого звена, что расширяет его эксплуатационные возможности.

Снабжение устройства ползуном, расположенным в продольном пазу ведомого звена и взаимодействующим с ведущим пальцем диска, обеспечивает снижение потерь на трение в паре ведущий палец - продольный паз и увеличивает несущую способность ведомого звена, что увеличивает надежность и долговечность работы.

На фиг.1 изображено поворотное устройство, общий вид; на фиг.2 - то же, вид по стрелке А фиг.1; на фиг.3 - вариантное исполнение устройства.

Поворотное устройство содержит корпус 1, каретку 2, установленную на направляющих 3, 4, неподвижно закрепленных к корпусу 1. На направляющей 3 расположены винтовые пружины 5, 6 сжатия-растяжения, между которыми размещена каретка 2, на подшипниках 7 которой установлен вал 8 с зубчатым колесом 9, жестко прикрепленным к нему диском 10 с ведущим пальцем 11. Колесо 9 находится в зацеплении с неподвижной зубчатой рейкой 12, а ведущий палец 11 расположен в продольном пазу 13 ведомого звена 14, выполненного в виде одноплечевого рычага, установленного на выходном валу 15. Вал 15 и ведомое звено 14 в корпусе 1 перемещаются в направлении, перпендикулярном направляющим 3, 4, посредством механизма регулирования, выполненного в виде пары винт 16 - гайка 17 и рукоятки 18. На каретке 2 установлены держатели 19, 20 с постоянными магнитами 21, 22, а в корпусе 1 расположены электромагниты 23, 24 с возможностью перемещения вдоль оси, параллельной направляющим 3, 4. Фиксирующее устройство крайних положений каретки 2 и ведомого звена 14 выполнены в виде электромагнитов 25, 26, установленных в корпусе 1, на нижних частях штоков которых закреплены фиксирующие зубья 27, 28, взаимодействующие с ответными зубьями 29, 30, размещенными на подвижной каретке 2.

Для увеличения несущей способности высшей кинематической пары, образованной ведомым звеном 14 и ведущим пальцем 11, последний при помощи оси 31 располагается в ползуне 32, размещенном в продольном пазу 13 ведомого звена 14.

Устройство работает следующим образом.

Каретка 2 с ведомым звеном 14 перемещается в одно из крайних положений рычагом (на чертеже не показан), например, вправо до фиксации фиксирующими зубьями 27, 29. Это соответствует исходному положению звеньев поворотного механизма.

По команде блока управления (на чертеже не показан) якорь электромагнита 27 поднимается вверх, освобождая каретку 2. Под действием потенциальной энергии сжатой пружины 6 каретка 2 перемещается влево. Зубчатое колесо 9 с диском 10, вращаясь, также перемещаются влево. Установленный на диске ведущий палец 11 перемещается по укороченной циклоиде (показана пунктиром) и, взаимодействуя с продольным пазом 13 ведомого звена 14, поворачивает его и выходной вал 15 на требуемый угол поворота ψ_Σ, определяемый размерами механизма. Скорость и ускорение ведомого звена 14 и исполнительного звена (на чертеже не показан), укрепленного на выходном валу 15, в моменты начала и конца движения равны нулю, так как направление их векторов в указанные моменты совпадают с осью продольного паза 13 ведомого звена 14, в процессе поворота которого траектория движения ведущего пальца 11 удаляется от его центра вращения, что существенным образом улучшает динамику работы поворотного устройства.

При переходе каретки 2 через среднее положение, соответствующее вертикальному положению ведомого звена 14, начинается процесс ее торможения. На участке торможения векторы ускорения и сил инерции ведомого звена совпадают по направлению вследствие того, что данное устройство имеет переменное передаточное отношение, при этом кривая углового ускорения на участке разгона положительна, а на участке торможения - отрицательна. Кинетическая энергия каретки 2 с ведомым звеном 14, обусловленная силами сжатия пружины 6 и инерцией ведомых масс, приведенных к выходному валу 15, переходит в потенциальную энергию сжатия пружины 5. При подходе каретки 2 к крайнему левому положению по команде системы управления включается электромагнит 23, который возбуждается таким образом, что создается поле притяжения, направление которого совпадает с направлением магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом 22. После завершения перемещения ведомого звена 14 в крайнее левое положение фиксирующий зуб 28 электромагнита 26 входит в фиксирующий зуб 30 каретки 2.

Перемещение ведомого звена 14 в обратном направлении на угол ψ_Σ происходит аналогичным образом, с той лишь разницей, что управляющая команда подается на электромагнит 26, при этом питающий ток на электромагните 25 отсутствует.

С целью увеличения быстродействия поворотного устройства, особенно на участках разгона, один из электромагнитов, например 24 (при движении каретки влево), создает магнитное поле отталкивания, направление которого противоположно направлению магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом 21. Подвижная каретка 2 при этом воспринимает дополнительное усилие, создаваемое пружиной 6. Аналогичным образом создается дополнительное магнитное поле отталкивания электромагнитом 23 и постоянным магнитом 22 при движении каретки 2 и ведомого звена 14 в противоположном направлении.

Начало и конец движения ведомого звена поворотного устройства характеризуется нулевыми угловой скоростью и угловым ускорением, т.е. «безударным» законом движения, что является благоприятным фактором для увеличения надежности работы за счет снижения динамических нагрузок.

Использование изобретения позволит повысить надежность работы поворотного устройства, упростить конструкцию, а также расширить эксплуатационные возможности за счет реализации движения ведомого звена с различными углами размаха.

Изобретение относится к общему машиностроению и может найти применение в механизмах загрузочных устройств станков-автоматов, приводов подачи кузнечно-прессового оборудования, сборочных машинах гибких автоматизированных производств. Устройство содержит корпус, держатель, зубчатое колесо, взаимодействующее с зубчатой рейкой, жестко связанный с валом диск с ведущим пальцем, ведомое звено и фиксирующее устройство. Устройство дополнительно содержит две направляющие, на которых установлен держатель в виде каретки, на подшипниках которой установлен вал с зубчатым колесом, к которому жестко прикреплен диск с ведущим пальцем, расположенным в продольном пазу ведомого звена, выполненного в виде одноплечего рычага, установленного на выходном валу. Каретка установлена с возможностью перемещения относительно направляющих. Одна из направляющих снабжена пружинами, расположенными по обе стороны от каретки и взаимодействующими другими концами с корпусом. Каретка снабжена ограничительным механизмом, выполненным в виде регулируемых постоянных магнитов, попеременно взаимодействующих с электромагнитами, закрепленными на корпусе. Фиксирующее устройство выполнено в виде зубьев, размещенных на каретке и взаимодействующих с ответными зубьями, расположенными на штоке электромагнитов, установленных в корпусе с возможностью перемещения относительно направляющих. Достигается повышение надежности и упрощение конструкции. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Поворотное устройство, содержащее корпус, держатель, зубчатое колесо, взаимодействующее с зубчатой рейкой, жестко связанный с валом диск с ведущим пальцем, ведомое звено и фиксирующее устройство, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит две направляющие, на которых установлен держатель в виде каретки, на подшипниках которой установлен вал с зубчатым колесом, к которому жестко прикреплен диск с ведущим пальцем, расположенным в продольном пазу ведомого звена, выполненного в виде одноплечего рычага, установленного на выходном валу, каретка установлена с возможностью перемещения относительно направляющих, одна из которых снабжена пружинами, расположенными по обе стороны от каретки и взаимодействующими другими концами с корпусом, каретка снабжена ограничительным механизмом, выполненным в виде регулируемых постоянных магнитов, попеременно взаимодействующих с электромагнитами, закрепленными на корпусе, а фиксирующее устройство выполнено в виде зубьев, размещенных на каретке и взаимодействующих с ответными зубьями, расположенными на штоке электромагнитов установленных в корпусе с возможностью перемещения относительно направляющих.2. Поворотное устройство по п.1, отличающееся тем, что электромагниты выполнены переменной полярности.3. Поворотное устройство по п.1, отличающееся тем, что снабжено механизмом регулирования положения оси вала ведомого колеса относительно вала каретки, выполненным в виде пары винт-гайка.4. Поворотное устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно снабжено ползуном, расположенным в продольном пазу ведомого звена и взаимодействующим с ведущим пальцем диска.