ПЛАНЕТАРНЫЙ МЕХАНИЗМ Российский патент 2008 года по МПК F16H1/28 

Изобретение относится к механизмам для преобразования вращательного движения, в частности к планетарным механизмам для преобразования вращения их входного водила в сложное вращение выходных сателлитов.

Известен планетарный механизм, включающий стойку, поворотное относительно нее водило, несущее поворотный относительно водила одновенцовый сателлит, своим венцом введенный в соответствующую кинематическую пару с одним центральным звеном, соосным водилу и жестко соединенным со стойкой (Кожевников С.Н. Теория механизмов и машин. - М.: Машиностроение, 1969. - С.303, рис.12.9). В этом механизме и одновенцовый сателлит, и единственное центральное звено выполнены в виде цилиндрических зубчатых колес.

Указанный механизм обладает недостатком, заключающимся в том, что он имеет одно единственное выходное звено в виде одновенцового зубчатого сателлита, с которым соединяют исполнительный орган машины, что ограничивает его функциональные возможности и уменьшает эффективность работы.

Наиболее близким к заявляемому устройству является планетарный механизм, включающий стойку, поворотное относительно нее водило, несущее поворотные относительно водила неодновенцовые сателлиты, своими венцами введенные в соответствующие кинематические пары с разными центральными звенями, соосными водилу, одно из которых жестко соединено со стойкой, а другое соединено с ней с возможностью поворота (Крайнев А.Ф. Словарь - справочник по механизмам. - М.: Машиностроение, 1981. - С.233, 234, 235). В этом механизме и неодновенцовые сателлиты, и центральные звенья выполнены в виде цилиндрических зубчатых колес, которые введены в зубчатые кинематические пары. Неодновенцовые сателлиты размещены на нескольких лопастях водила. В этом механизме, принятом за прототип, в принципе, выходными могут быть сателлиты и поворотное центральное звено. Однако исполнительные органы машины, скрепленные с этими выходными звеньями, будут совершать известные или планетарные вращения относительно осей сателлитов на лопастях водила или обычное вращение относительно неподвижной оси - оси центральных звеньев и водила. Этот недостаток ограничивает функциональные возможности такого механизма машины и уменьшает эффективность ее действия.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение функциональных возможностей механизма и увеличение эффективности его действия за счет реализации одновременного переносного поворота вместе с водилом и относительного поворота вокруг осей сателлитов на водиле одного или нескольких неодновенцовых сателлитов с одинаковыми или разными скоростями венцов в одном и том же или в разных направлениях, что приводит к расширению области использования механизма.

Технический результат достигается за счет того, что в планетапном механизме, включающем стойку, поворотное относительно нее водило, несущее поворотные относительно водила неодновенцовые сателлиты, своими венцами введенные в соответствующие кинематические пары с разными центральными звеньями, соосными водилу, одно из которых жестко скреплено со стойкой, все остальные центральные звенья также жестко соединены со стойкой, а все венцы сателлитов выполнены раздельными с возможностью поворота друг относительно друга.

Новым по сравнению с прототипом в предложенном устройстве является:

- наличие новой связи между элементами:

все центральные звенья жестко соединены со стойкой, что обеспечивает возможность реализации независимого соосного вращения с одинаковыми или разными скоростями, в одну или в разные стороны нескольких групп исполнительных органов, скрепленных с венцами одного или нескольких сателлитов;

- наличие новой формы выполнения элементов:

все венцы сателлитов выполнены раздельными с возможностью поворота друг относительно друга, что также обеспечивает возможность реализации указанного выше соосного вращения нескольких групп (по количеству неодновенцовых сателлитов, установленных на соответствующих лопастях водила) исполнительных органов, скрепленных каждый со своим венцом сателлитов.

Таким образом, по мнению авторов, предложение является новым по сравнению с прототипом, так как оно не известно из уровня техники.

Предложение, по мнению авторов, имеет изобретательский уровень, так как оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники и не может быть разработано с использованием известных методов, методик, правил и приемов расчета, проектирования и конструирования машин и их механизмов.

Предложенное техническое решение иллюстрируется структурными схемами, где на фиг.1 представлен планетарный механизм с однолопастным водилом и соответственно с одним сателлитом, выполненным двухвенцовым, с венцами в виде зубчатых цилиндрических колес, с двумя такими же центральными звеньями с внутренними зубьями, введенными каждое со своим венцом в соответствующие зубчатые кинематические пары (зацепления); на фиг.2 - то же, с двухлопастным водилом и соответственно с двумя двухвенцовыми зубчатыми цилиндрическими сателлитами, одним центральным колесом с внутреними и одним - с внешними зубьями; на фиг.3 - то же, с водилом, имеющим две и более лопасти и, соответственно, с двумя и более (то же на фиг.4, 5, 6) двухвенцовыми зубчатыми цилиндрическими сателлитами, с двумя центральными колесами с внешними зубьями; на фиг.4 - то же, с трехвенцовыми зубчатыми цилиндрическими сателлитами, двумя центральными колесами внешнего и одним - внутреннего зацепления; на фиг.5 - то же, с трехвенцовыми сателлитами с зубчатым цилиндрическим, звездчатым и катковым венцами, введенными в зубчатую, цепную и катковую кинематические пары с соответствующими центральными звеньями (колесом с внешними зубьями, звездочкой и катком); на фиг.6 - то же, с четырехвенцовыми сателлитами с зубчатым цилиндрическим, звездчатым, шкивным и катковым венцами, введенными в зубчатую, цепную, ременную и катковую кинематические пары с соответствующими центральными звеньями (колесом с внутренними зубьями, звездочкой, шкивом и катком).

Согласно предложению (фиг.1-6) планетарный механизм включает в себя стойку 1 и поворотное относительно стойки водило 2, выполненное с одной (фиг.1) или с несколькими (фиг.2-6) лопастями с пальцем 3 на конце каждой лопасти. Выполнение водила 2 с двумя, тремя и большим количеством лопастей реализует положительные свойства многопоточности и замкнутости механизма по сравнению с однолопастным водилом. Водило 2 на конце каждой своей лопасти несет поворотный относительно себя неодновенцовый (с венцами 5...8) сателлит. Каждый из венцов 5...8 этих сателлитов с помощью подшипников установлен на пальце 3 каждой лопасти водила. Количество венцов 5...8 сателлита составляет два (фиг.1, 2, 3), три (фиг.4, 5), четыре (фиг.6) и более в зависимости от свойств объектов окружающей среды, на которые воздействуют исполнительные органы 4, скрепленные с указанными венцами 5...8 (исполнительные органы обозначены условно в виде лопастей некоторого смесителя). Венец 5...8 сателлита выполнен в виде цилиндрического (фиг.1, 2, 3, 4 и др.) или винтозубчатого, или конического, или червячного, или другого колеса, червяка 5, или звездочки 6 (фиг.5), или катка 7 цилиндрической (фиг.5, 6) и другой формы, или шкива 8 (фиг.6), или звеньев других передач в зависимости от требуемых режимов работы машины с планетарным механизмом - скоростей вращения исполнительных органов, моментов сил на них и пр. Каждым своим венцом 5...8 все сателлиты введены в соответствующие кинематические пары с разными центральными звеньями 9...14 (каждый венец - со своим центральным звеном 9...14). Все центральные звенья 9...14 установлены в механизме соосно водилу 2. Центральные звенья (ЦЗ) 9...14 выполнены соответственно выполнению венцов 5...8 сателлитов так, чтобы они могли образовать кинематическую пару: зубчатую (ЦЗ - зубчатые колеса с внутренними 9 или с внешними 10 зубьями), цепную (ЦЗ - звездочки 11), ременную (ЦЗ - шкивы 12), катковую (ЦЗ - катки с внутренними 13 или с внешними 14 контактными поверхностями). Звенья 11 в виде звездочек связаны цепями 14, в виде шкивов 12 - ремнями 15. Соотношение размеров венцов 5...8 сателлитов и соответствующих центральных звеньев 9...14 приняты такими, чтобы обеспечить требуемые соотношения скоростей вращения водила 2 и венцов 5...8 с исполнительными органами 4. Все центральные звенья 9...14 механизма жестко соединены со стойкой 1, неподвижны. Все венцы 5...8 сателлитов выполнены раздельными, не скрепленными друг с другом, с возможностью поворота друг относительно друга.

Предложенный планетарный механизм работает следующим образом. Приводят во вращение водило 2 с одной или несколькими лопастями и их пальцами 3 относительно стойки 1 механизма (фиг.1-6). При этом вместе с водилом 2 приводят в переносное вращение относительно оси водила 2 (центральной оси) все неодновенцовые (с венцами 5...8) сателлиты, размещенные на пальцах 3 лопастей водила 2. При взаимодействии с центральными звеньями (9, или 10, или 11, или 12, или 13) непосредственным зацеплением 5-9 и 5-10, или зацеплением 6-11 с помощью цепи 14 (фиг.5, 6), или непосредственным сцеплением 7-13 (фиг.5, 6), или сцеплением 8-12 с помощью ремня 15 (фиг.6) соответствующие независимые друг относительно друга венцы 5...8 сателлитов с исполнительными органами 4 приводят в поворотное движение (относительный поворот) относительно пальцев 3 на лопастях водила 2. Этот относительный поворот осуществляют с одинаковыми или разными скоростями в зависимости от соотношения размеров венцов 5...8 и центральных звеньев 9...14. При этом поворот осуществляют в одну и ту же сторону (венцы 5 на фиг.1, венцы 5 на фиг.3, но в другую, чем на фиг.1, сторону, два первых слева венца 5 на фиг.4, два первых слева венца 5 и 6 на фиг.5, три последних справа венца 6, 8, 7 на фиг.6) или в разные стороны (венцы 5 на фиг.2, правый венец на фиг.4 и 5 по отношению к двум, слева от него, левый венец на фиг.6 по отношению к трем, справа от него). При разном выполнении венцов 5...8, соответствующих центральных звеньев 9...14 (и их связей с венцами 5...8) реализуют различные движущие силы и их моменты на исполнительных органах 4, скрепленных с венцами 5...8. При наложении друг на друга переносного поворота одновременно всех неодновенцовых (с венцами 5...8) сателлитов и относительного поворота их венцов 5...8, каждого со своей скоростью и в том или другом направлении, осуществляют сложное вращательное движение каждого из исполнительных органов 4 с траекторией их движения, эффективной для многих технологических процессов (для перемешивания компонентов разных смесей и т.п.). При этом функциональные возможности устройства расширяются, а эффективность его использования увеличивается за счет разного количества сателлитов и их венцов 5...8 с исполнительными органами 4, вращения последних в одну и ту же, или в разные стороны, с одинаковыми или разными скоростями, с одинаковыми или разными силами на них. Так, при использовании предложенного планетарного механизма в приводе смесителя:

в случае небольшого поперечного размера емкости, в которой осуществляют перемешивание, целесообразно использовать устройство с одним неодновенцовым сателлитом, и наоборот;

в случае небольшой глубины этой емкости целесообразно использовать устройство с двухвенцовым сателлитом, и наоборот, увеличивая количество венцов по мере увеличения указанной глубины;

в случае, когда компоненты смеси оказывают небольшое сопротивление перемешиванию, целесообразно использовать венцы сателлитов и центральные звенья в виде катков или шкивов с ремнями, передающими меньшие силы, а в противном случае - в виде зубчатых колес или звездочек с цепями;

в случае, когда слой компонентов смеси небольшой, целесообразно использовать сателлиты с венцами, вращающимися в одну и ту же сторону, с одинаковыми скоростями, а в противном случае - в разные стороны и/или с разными скоростями;

при весьма большом слое компонентов смеси целесообразно использовать устройство, у которого первый венец вращается медленнее всего в одну сторону, второй сателлит вращается в ту же сторону, но быстрее, третий сателлит вращается в другую сторону, но медленнее, четвертый - побыстрее и т.д.;

в случае чрезвычайно большого слоя компонентов смеси целесообразно использовать выполнение венцов сателлитов и соответствующих центральных звеньев в виде звеньев, образующих передачи с пересекающимися или перекрещивающимися осями (в виде цилиндрических колес винтозубых передач, в виде конических колес, в виде червяков и червячных колес и т.д.).

Таким образом, предложение реализует широкий спектр функциональных возможностей и увеличивает эффективность использования устройства для достижения декларируемого технического результата.

Предложенный планетарный механизм спроектирован и выполнен на кафедре "Теория механизмов и робототехнические системы" Петербургского государственного университета путей сообщения. Он имеет одно водило и двухвенцовый зубчатый цилиндрический сателлит, введенный своими венцами в зубчатые кинематические пары с центральными неподвижными звеньями, выполненными в виде зубчатых цилиндрических колес, одно с внешними, а другое - с внутренними зубьями. Устройство продемонстрировало свою работоспособность при вращении венцов сателлита в разные стороны с различными скоростями. Таким образом, предложение, по мнению авторов, имеет промышленную применимость.

Изобретение относится к механизмам для преобразования вращательного движения в сложное. Планетарный механизм содержит стойку 1, поворотное относительно нее водило 2, сателлиты и центральные звенья. Все венцы сателлитов выполнены раздельными с возможностью поворота друг относительно друга и введены в соответствующие кинематические пары с разными центральными звеньями, жестко соединенными со стойкой 1 соосно водилу 2. Раздельные венцы сателлитов и соответствующие центральные звенья могут быть выполнены в виде различных зубчатых колес, катков, звездочек или шкивов, образующих соответствующие кинематические пары соответственно. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности и увеличить эффективность действия за счет реализации переносного и относительного поворота групп венцов с одинаковыми или разными скоростями в одну или в разные стороны при одинаковых или разных передаваемых силах. 6 ил.

Планетарный механизм, включающий стойку, поворотное относительно нее водило, несущее поворотные относительно водила неодновенцовые сателлиты, своими венцами введенные в соответствующие кинематические пары с разными центральными звеньями, соосными водилу, одно из которых жестко соединено со стойкой, отличающийся тем, что все остальные центральные звенья также жестко соединены со стойкой, а все венцы сателлитов выполнены раздельными с возможностью поворота относительно друг друга.