РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЗУБЧАТО-РЫЧАЖНЫЙ ПРИВОД ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК F16H21/14 F16H27/04 

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в переналаживаемых автоматических линиях и в робототехнике, где требуются регулируемые остановки ведомого вала без разрыва кинематической цепи привода.

Известен регулируемый зубчато-рычажный привод периодического движения, содержащий устройство регулирования угла выстоя (φ_в), выполненное в виде зубчато-рычажного механизма с переменной длиной кривошипа, путем изменения расстояния между его шарнирами (пат. SU №1599606, МПК F16H 21/14, опубл. 15.10.90).

Недостатками известного привода являются:

1. Ограниченный диапазон регулирования угла выстоя (φ_в≤45°) вследствие возникающего при увеличении длины кривошипа нарушения кинематической (неполный угол поворота кривошипа) и силовой (заклинивание из-за больших углов давления в кинематических парах) работоспособности рычажного механизма.

2. Изменение длины кривошипа приводит к его динамической неуравновешенности относительно основания и вызывает вибрацию всего зубчато-рычажного механизма.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является регулируемый зубчато-рычажный привод периодического движения, содержащий устройство регулирования угла выстоя, выполненное в виде зубчато-рычажного механизма с переменным угловым разворотом некруглых зубчатых колес относительно шатуна и коромысла рычажного механизма (пат. РФ №2285168, МПК F16H 27/04, опубл. 10.10.06).

Недостатками указанного механизма являются:

1. Ограниченные кинематические возможности по регулированию угла выстоя (φ_в≤90°).

2. Высокая трудоемкость регулирования угла выстоя, требующего для изменения φ_в разборки механизма, угловой переустановки на рычагах некруглых зубчатых колес и последующей сборки механизма.

3. Продолжительные остановки автоматических линий из-за затрат времени на переналадку зубчато-рычажного механизма.

4. Отсутствует возможность регулирования угла выстоя на ходу без остановки автоматических линий.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в расширении кинематических возможностей привода за счет увеличения диапазона изменения угла выстоя и снижении трудоемкости регулирования, сокращении времени на переналадку зубчато-рычажного привода.

Получение технического результата достигается за счет того, что в регулируемом зубчато-рычажном приводе периодического движения, содержащем устройство регулирования угла выстоя, последнее выполнено в виде червячного дифференциального механизма, установленного между двумя зубчато-рычажными механизмами и предназначенного для регулирования угла выстоя путем углового разворота этих механизмов относительно друг друга и их последующей фиксации между собой.

При этом червяк снабжен реверсивным регулировочным двигателем и установлен на подвижной поворотной опоре, сблокированной с ведомым звеном одного из зубчато-рычажных механизмов, а червячное колесо дифференциального механизма сблокировано с ведущим звеном другого зубчато-рычажного механизма.

Также технический результат достигается за счет того, что каждый зубчато-рычажный механизм выполнен в виде совокупности рычажного кривошипно-коромыслового механизма и передаточного зубчатого механизма с двумя парами эллиптических зубчатых колес, оси вращения которых совмещены с шарнирами рычажного механизма, при этом длина кривошипа выполнена равной 0,3 длины стойки, длина шатуна выполнена равной 0,76 длины стойки, длина коромысла выполнена равной 0,89 длины стойки; первая пара эллиптических колес выполнена с отношением фокусного расстояния к большей оси эллипса, равным 0,77, ведущее колесо первой пары сблокировано с кривошипом со смещением в крайнем положении большей оси эллипса относительно шатуна на угол 111°, ведущее колесо второй пары сблокировано с ведомым колесом первой пары со смещением большей оси эллипса относительно коромысла на угол 29°, а ось вращения ведомого колеса второй пары совмещена с осью поворота коромысла.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена кинематическая схема регулируемого зубчато-рычажного привода периодического движения.

На фиг.2 показан график изменения угла выстоя φ_в в зубчато-рычажном приводе за счет относительного разворота центральных звеньев червячного дифференциального механизма. На графике фиг.2 обозначено: φ₁ - угол поворота ведущего вала привода, φ₂ - угол поворота ведомого вала привода периодическими остановками.

Регулируемый зубчато-рычажный привод периодического движения содержит устройство регулирования угла выстоя, выполненное в виде червячного дифференциального механизма 1, установленного между двумя зубчато-рычажными механизмами 2 и 3.

Зубчато-рычажные механизмы 2 и 3 представляют совокупность рычажного кривошипно-коромыслового механизма, включающего кривошип 4, шатун 5 и коромысло 6, шарнирно соединенные между собой и со стойкой (основание) 7; и зубчатого механизма с двумя парами 8, 9 и 10, 11 последовательно установленных эллиптических зубчатых колес, оси вращения которых совмещены с шарнирами рычажного механизмами. Сборка между собой рычажного и зубчатого механизмов производится в крайнем положении, когда кривошип 4 и шатун 5 расположены на одной прямой; при этом колесо 8 закреплено на кривошипе 4 и его большая ось эллипса смещена на угол Θ₁ относительно шатуна 5; колесо 10 сблокировано с колесом 9 при смещении большей оси эллипса колеса 10 относительно коромысла 6 на угол Θ₂ (фиг.1).

Зубчато-рычажный механизм 3 выполнен аналогично зубчато-рычажному механизму 2 и содержит кривошип 12, шатун 13, коромысло 14, стойку 15 и две пары некруглых колес 16, 17 и 18, 19.

Ведущий вал, совершающий равномерное вращение (угол φ₁) соединен с кривошипом 4, а ведомый вал привода (не показан), совершающий периодическое вращение с остановками в пределах угла выстоя φ_в (фиг.2), соединен с колесом 19 зубчато-рычажного механизма 3 (угол φ₂).

В червячном дифференциальном механизме 1 червяк 21 снабжен реверсивным регулировочным двигателем 22 и вместе с ним установлен на подвижной поворотной опоре 23, сблокированной с колесом 11 зубчато-рычажного механизма 2, а червячное колесо 20 сблокировано с кривошипом 12 зубчато-рычажного механизма 3.

Червячный дифференциальный механизм 1 предназначен для регулирования угла выстоя путем относительного углового разворота и последующей фиксации между собой колеса 11 и кривошипа 12 последовательно установленных зубчато-рычажных механизмов 2 и 3.

В результате расчета регулируемого зубчато-рычажного привода по программе на ЭВМ установлено, что наибольший угол выстоя в каждом из отдельных зубчато-рычажных механизмов 2 (φ_в1) и 3 (φ_в2), равный φ_в1=φ_в2=120°, достигается при следующих относительных метрических и угловых параметрах:

1. Рычажного механизма - соотношения длин звеньев , , .

2. Зубчатого механизма с эллиптическими колесами - отношение фокусного расстояния AF₁ к большей оси эллипса (эксцентриситет e₁) для первой пары колес 8-9: e₁=0,48; отношение фокусного расстояния BF₁ к большей оси эллипса (эксцентриситет е₂) для второй пары колес 10-11: e₁=0,77; монтажные углы Θ₁=109°, Θ₂=29°.

Предлагаемый регулируемый зубчато-рычажный привод периодического движения работает следующим образом.

При вращении ведущего вала с кривошипом 4 в пределах угла φ_в1=120° ведомое колесо 11 вместе с червячным механизмом 1 и зубчато-рычажным механизмом 3 остаются неподвижными. После этого выходное колесо 19 будет оставаться неподвижным в пределах угла выстоя механизма 3 (это угол поворота кривошипа 12, равный φ_в2=120°). Таким образом, наибольший угол выстоя представленного на фиг.1 регулируемого зубчато-рычажного привода, будет равен φ_в=φ_в1+φ_в2=120°+120°=240° (фиг.2).

Вращение регулировочного двигателя 22 вместе с червяком 21 приводит к угловому развороту центральных звеньев 20 и 23 червячного механизма 1 и установочному развороту сблокированных с ними кривошипа 12 относительно колеса 11. В результате этого произойдет сдвиг по фазе углов выстоя φ_в1 и φ_в2 на величину γ и уменьшение общего угла выстоя всего привода до величины φ_в=φ_в1+φ_в2-γ=120°+120°-60°=180° (фиг.2). Реверсирование двигателя 22 приводит к уменьшению γ и увеличению φ_в.

Достигаемый в предлагаемом приводе положительный эффект заключается в следующем:

1. Расширяется диапазон регулирования предельной величины угла выстоя - в 5 раз по сравнению с аналогом (с φ_в=45° до φ_в=240°) и в 2,5 раза по сравнению с прототипом (φ_в=90° до φ_в=240°).

2. Снижается трудоемкость регулирования угла выстоя за счет простого углового разворота валов червячного механизма 1 и исключается необходимость разборки, переналадки и сборки зубчато-рычажного механизма.

3. Уменьшаются потери времени на переналадку зубчато-рычажного механизма и остановку для этого автоматической линии.

4. Появляется возможность регулирования продолжительности остановки выходного вала на ходу, т.е. без остановки автоматической линии.

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в переналаживаемых автоматических линиях и в робототехнике, где требуются регулируемые остановки ведомого вала без разрыва кинематической цепи привода. Привод содержит устройство регулирования угла выстоя, выполненное в виде червячного дифференциального механизма. Устройство регулирования угла выстоя установлено между двумя зубчато-рычажными механизмами с попарно установленными некруглыми зубчатыми колесами и выполнено с возможностью углового разворота этих механизмов относительно друг друга. В червячном дифференциальном механизме червяк снабжен реверсивным двигателем на подвижной поворотной опоре, сблокированной с выходным звеном одного из зубчато-рычажных механизмов, а червячное колесо сблокировано с ведущим звеном другого зубчато-рычажного механизма. Техническое решение позволяет расширить диапазон регулирования предельной величины угла выстоя и снизить трудоемкость регулирования угла выстоя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Регулируемый зубчато-рычажный привод периодического движения, содержащий устройство регулирования угла выстоя, отличающийся тем, что устройство регулирования угла выстоя выполнено в виде червячного дифференциального механизма, установленного между двумя зубчато-рычажными механизмами с попарно установленными некруглыми зубчатыми колесами и выполненного с возможностью углового разворота этих механизмов относительного друг друга и их последующей фиксации между собой, причем червяк снабжен реверсивным регулировочным двигателем и установлен на подвижной поворотной опоре, сблокированной с ведомым звеном одного из зубчато-рычажных механизмов, а червячное колесо сблокировано с ведущим звеном другого зубчато-рычажного механизма.

2. Регулируемый зубчато-рычажный привод по п.1, отличающийся тем, что каждый зубчато-рычажный механизм выполнен в виде совокупности рычажного кривошипно-коромыслового механизма и передаточного зубчатого механизма с двумя парами эллиптических зубчатых колес, оси вращения которых совмещены с шарнирами рычажного механизма, при этом длина кривошипа выполнена, равной 0,3 длины стойки, длина шатуна выполнена, равной 0,76 длины стойки, длина коромысла выполнена, равной 0,89 длины стойки, первая пара эллиптических колес выполнена с отношением фокусного расстояния к большей оси эллипса, равным 0,77, ведущее колесо первой пары сблокировано с кривошипом со смещением в крайнем положении большей оси эллипса относительно шатуна на угол 111°, ведущее колесо второй пары сблокировано с ведомым колесом первой пары со смещением большей оси эллипса относительно коромысла на угол 29°, а ось вращения ведомого колеса второй пары совмещена с осью поворота коромысла.