МНОГОЗВЕННАЯ РЫЧАЖНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2016 года по МПК F03G3/08 F16H21/00 

Предлагаемое изобретение относится к механическим передачам, преобразующим вращательное движение в движение поступательное и может найти применение в ракето-, авиа-, судостроении и в других отраслях производства.

Из научно-технической литературы известен механизм преобразования равномерного вращения в медленное равномерное и быстрое на каждом полуобороте ведомого вала, в котором находящееся на ведущем валу зубчатое колесо закреплено эксцентрично, а второе - концентрично, при этом один оборот эксцентрикового колеса в зацеплении с эллиптическим сектором, соответствует одному полуобороту ведомого колеса (Кожевников С.Н., Есипенко Я.И., Раскин Я.М. «Механизмы». Справочник. Изд. 4-е. М., Машиностроение, 1976 г., стр. 515, рис. 8.60).

Представленный механизм преобразует равномерное вращение ведущего колеса в неравномерное вращение ведомого колеса, при этом оси ведущего и ведомого колес расположены в пространстве параллельно.

Этот же источник предлагает механизм неравномерного вращения ведомого колеса, ведущее колесо которого передает равномерное вращение свободно установленному на валу зубчатому колесу с прикрепленным к нему зубчатым сектором. На этом же валу закреплен неподвижно кривошип с пальцем, на котором установлены ролик и зубчатое колесо, находящееся в постоянном зацеплении с зубчатым сектором. При перекатывании ролика по участку профиля кулачка, соответствующего подъему, вал вращается ускоренно, а на участке, соответствующем опусканию, - замедленно (Кожевников С.Н., Есипенко Я.И., Раскин Я.М. «Механизмы». Справочник. Изд. 4-е. М., Машиностроение, 1976 г., стр. 515, рис. 8.60).

Данный механизм преобразует равномерное вращение ведущего колеса в неравномерное вращение ведомого колеса, при этом оси ведущего и ведомого колес расположены в пространстве перпендикулярно.

Оба представленных выше механизма объединяет один общий недостаток: крутящий момент передается от ведущего колеса к колесу ведомому через оси этих колес, которые, таким образом, испытывают периодические скручивающие напряжения и деформации, что неизбежно ведет к усталостному износу материала этих деталей.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому механизму преобразования вращательного движения в поступательное можно считать многозвенную рычажную систему, в которой система рычагов связана с движущим колесом, которое установлено с возможностью вращения на центральной оси, размещенной в центральном цилиндрическом отверстии. Движущее колесо имеет также первое периферийное цилиндрическое отверстие и второе периферийное цилиндрическое отверстие. Во втором отверстии установлена поперечная ось первой муфты, в продольной части которой с возможностью осевого перемещения установлен свободный конец Г-образной штанги. Поперечная часть Г-образной штанги установлена с возможностью вращения в отверстии, расположенном на периферии первого ведомого колеса. В первом отверстии установлена коленообразная штанга, свободный конец которой имеет возможность осевого перемещения относительно продольной части второй муфты. Поперечная ось второй муфты установлена с возможностью вращения в отверстии, осевая линия которого расположена на периферии второго ведомого колеса. Вращательное движение колеса приводит в движение коленообразную и Г-образную штанги, которые приводят во вращение ведомые колеса, вращательное движение которых приводит в движение стержни (RU №2517400, F16Н 21/00).

Данный механизм преобразует равномерное вращение ведущего колеса в ускоренно-замедленное вращение ведомых колес, при этом ни одна из деталей механизма не работает на кручение. Недостатком данного механизма является то, что он не способен преобразовать вращательное движение в движение поступательное.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в расширении технологических возможностей путем преобразования вращательного движения в движение поступательное.

Поставленная задача решается тем, что многозвенная рычажная система, содержащая привод вращения, установленный в основании, ведущее колесо, сопряженное с валом привода вращения и имеющее периферийные отверстия, оси которых параллельны центральной оси ведущего колеса, расположены в одной плоскости с разных ее сторон и на разном расстоянии, трехколенный вал, первым концом свободно установленный в центральном отверстии ведущего колеса соосно валу привода вращения, каждое из колен которого выполнено в виде вертикально размещенных щек, жестко соединенных горизонтальными расположенными с эксцентриситетом по отношению к центральной оси ведущего колеса гладкими цилиндрическими осями, два ведомых колеса, первое из которых выполнено с периферийным отверстием, находящимся в одной плоскости с периферийными отверстиями ведущего колеса и соосное периферийному отверстию, расположенному на дальнем расстоянии от центральной оси, и закреплено с возможностью вращения на гладкой цилиндрической оси, соединяющей щеки первого и второго колена трехколенного вала, второе ведомое колесо закреплено с возможностью вращения на гладкой цилиндрической оси, соединяющей щеку второго колена со щекой третьего от ведущего колеса колена трехколенного вала, и имеет периферийные отверстия, расположенные в одной плоскости с периферийными отверстиями ведущего колеса и соосные им, правую и левую муфты, в форме направляющих втулок с осями, перпендикулярными центральной оси ведущего колеса, и штырями, жестко закрепленными на направляющих втулках перпендикулярно их осям, причем штырь левой муфты размещен в периферийном отверстии ведущего колеса, ближнем к центральной его оси, а штырь правой муфты - в отверстии ведомого колеса, соосном отверстию ведущего колеса, ближнего к центральной его оси, коленообразную штангу, установленную с возможностью вращения и осевого перемещения на гладкой цилиндрической оси второго от ведущего колеса колена трехколенного вала, и закрепленную одним концом в направляющей втулке правой муфты с возможностью возвратно-поступательного перемещения, а другим - свободно установленной во втором периферийном отверстии ведущего колеса, которое расположено на дальнем расстоянии от его центральной оси, и имеющую сквозное отверстие, Г-образную штангу, установленную с возможностью вращения и осевого перемещения на гладкой цилиндрической оси первого от ведущего колеса колена трехколенного вала, одним концом, закрепленную с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направляющей втулке левой муфты, а другим - продетую через периферийное отверстие первого ведомого колеса, сквозное отверстие коленообразной штанги и отверстие во втором ведомом колесе, соосное периферийному отверстию в ведущем, расположенном на дальнем расстоянии от центральной его оси, снабжена установленным с возможностью вращения на втором конце трехколенного вала маховиком, имеющим смещенный центр масс, осевое и два периферийных овальных отверстия, соосных отверстиям ведущего колеса, симметричным относительно центральной оси ведущего колеса полым корпусом, жестко соединенным с основанием, второй конец трехколенного вала размещен в отверстии, выполненном в корпусе соосно оси вращения привода, и закреплен относительно этого корпуса, второй конец Г-образной штанги, продетый через периферийные отверстия первого и второго ведомых колес, и сквозное отверстие коленообразной штанги помещены в периферийное овальное отверстие маховика, соосное удаленному периферийному отверстию ведущего колеса, а штырь правой муфты размещен в периферийном овальном отверстии маховика, соосном ближнему периферийному отверстию ведущего колеса.

На чертеже изображена схема предлагаемой многозвенной рычажной системы.

Многозвенная рычажная система содержит установленный в основании 1 привод вращения 2, ведущее колесо 3, сопряженное с валом 4 привода вращения 2 и имеющее периферийные отверстия 5 и 6, оси которых параллельны центральной оси 7 ведущего колеса 3.

Периферийные отверстия 5 и 6 расположены в одной плоскости, но с разных сторон от центральной оси 7 и на разном расстоянии.

Многозвенная рычажная система имеет трехколенный вал 8, первым концом 9 свободно установленный в центральном отверстии 10 ведущего колеса 3 соосно валу 4 привода вращения 2.

Каждое из колен трехколенного вала 8 выполнено в виде вертикально размещенных щек 11, 12, 13, 14, 15, жестко соединенных горизонтальными расположенными с эксцентриситетом по отношению к центральной оси 7 ведущего колеса 3 гладкими цилиндрическими осями 16, 17, 18, 19.

Кроме того, многозвенная рычажная система содержит два ведомых колеса 20 и 21.

Ведомое колесо 20 выполнено с периферийным отверстием 22, находящимся в одной плоскости с периферийными отверстиями 5 и 6 ведущего колеса 3 и соосное периферийному отверстию 5, расположенному на дальнем расстоянии от центральной оси 7, и закреплено с возможностью вращения на гладкой цилиндрической оси 16, соединяющей щеки 12 и 13 трехколенного вала.

Ведомое колесо 21 закреплено с возможностью вращения на гладкой цилиндрической оси 19, соединяющей щеку 14 со щекой 15 трехколенного вала 8, и имеет периферийное отверстие 23 и паз 24, расположенные в одной плоскости с периферийными отверстиями 5 и 6 ведущего колеса 3 и соосные им.

В многозвенной рычажной системе имеется правая 25 и левая 26 муфты, которые выполнены в форме направляющих втулок с осями, перпендикулярными центральной оси 7 ведущего колеса 3, и штырями 27 и 28, жестко закрепленными на направляющих втулках.

Штырь 27 левой муфты 26 размещен в периферийном отверстии 5 ведущего колеса 3, ближнем к центральной его оси 7, а штырь 28 правой муфты 25 - в отверстии 23 ведомого колеса 21, соосном периферийному отверстию 23 ведущего колеса 3, ближнего к центральной его оси.

Многозвенная рычажная система также включает коленообразную штангу 29, установленную с возможностью вращения и осевого перемещения относительно гладкой цилиндрической оси 16 трехколенного вала 8 и закрепленную одним концом в направляющей втулке правой муфты 25 с возможностью возвратно-поступательного перемещения, а другим - свободно установленную в периферийном отверстии 5 ведущего колеса 3, расположенном на дальнем расстоянии от его центральной оси 7.

В коленообразной штанге 29 выполнено сквозное отверстие 30.

В многозвенной рычажной системе имеется Г-образная штанга 31, установленная с возможностью вращения и осевого перемещения относительно гладкой цилиндрической оси 16 первого колена трехколенного вала 8.

Г-образная штанга 31 одним концом установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направляющей втулке левой муфты 26, а другим - продета через периферийное отверстие 22 ведомого колеса 20, сквозное отверстие 30 в коленообразной штанге 29 и паз 24 во втором ведомом колесе 21, соосное периферийному отверстию 5 в ведущем колесе 3, расположенном на дальнем расстоянии от центральной его оси 7.

Система снабжена установленным с возможностью вращения на втором конце 32 трехколенного вала 8 маховиком 33, имеющим смещенный центр масс, осевое круглое отверстие и два периферийных овальных 34 и 35 отверстия, соосных периферийным отверстиям ведущего колеса 3, при этом второй конец 32 трехколенного вала 8 установлен в отверстии 36 полого корпуса 37, жестко соединенного с основанием 1. Малые оси овальных отверстий 34 и 35 равны диаметрам конца Г-образной штанги 31 и штыря 28 правой муфты 25, соответственно. Большие оси овальных отверстий 34 и 35 превышают малые оси этих овалов на удвоенную величину эксцентриситета относительно осевой линии второго конца 32 трехколенного вала 8 осевых линий осей 17 и 19 вращения первого 20 и второго 21 ведомых колес соответственно.

Второй конец Г-образной штанги 31, продетый через периферийное отверстие ведомого колеса 20, сквозное отверстие 30 в коленообразной штанге 29 и паз 24 помещены в периферийное отверстие 34 маховика 33, соосное удаленному периферийному отверстию 5 ведущего колеса 3, а штырь 28 правой муфты 25 размещен в периферийном овальном отверстии 35 маховика 33, соосном ближнему 6 периферийному отверстию ведущего колеса 3.

Представленная механическая система работает следующим образом.

Установленный в основании 1 привод вращения 2 через вал 4 приводит во вращение с постоянной угловой скоростью ведущее колесо 3. Находящиеся на колесе 3 периферийные отверстия 5 и 6, оси которых расположены в одной плоскости, проходящей через центральную ось 7 ведущего колеса 3, вращаются с постоянной скоростью вокруг этой оси.

Установленный в отверстии 5 ведущего колеса 3 конец коленообразной штанги 29, равномерно вращаясь вокруг оси 7, приводит эту штангу в движение вокруг оси 18 с одновременным возвратно-поступательным смещением штанги относительно оси 18. Другой конец штанги 29, установленный в направляющей втулке правой муфты 25, через штырь 28 приводит в ускоренно-замедленное вращение ведомое колесо 21 вокруг оси 19.

Одновременно с движением коленообразной штанги 29 вращение ведущего колеса 3 приводит в движение левую муфту 26, штырь 27 которой расположен в отверстии 6 ведущего колеса, при этом, через расположенный в направляющей втулке муфты 26 конец, Г-образная штанга 31 приходит во вращение вокруг оси 16 с одновременным возвратно-поступательным движением относительно этой оси. Другой конец Г-образной штанги 31, установленный в периферийном отверстии 22 первого ведомого колеса 20, приводит это колесо в ускоренно-замедленное вращение вокруг оси 17.

Таким образом, синхронно с равномерным вращением ведущего колеса 3 ускоренно-замедленно вращаются ведомые колеса 20 и 21, при этом их периферийные отверстия 22 и 23 вращаются, оставаясь в плоскости, вращающейся вокруг осевой линии второго конца 32 трехколенного вала 8.

При этом конец Г-образной штанги 31, установленный в периферийном отверстии 22 ведомого колеса 20 и продетый в периферийное овальное отверстие 35 маховика 33, и штырь 26 правой муфты 25, продетый в другое периферийное овальное отверстие 36 маховика 33, приводят маховик 33 в ускоренно-замедленное вращение. Причем в первый полупериод времени вращения маховик 33 вращается ускоренно (в точке максимума величина его угловой скорости увеличивается до двух угловых скоростей ведущего колеса 3), во второй полупериод времени вращения маховик 33 вращается замедленно (в точке минимума величина его угловой скорости уменьшается до половины угловой скорости ведущего колеса 3).

Поскольку маховик 33 имеет смещенный относительно своей оси вращения 32 центр масс, то в первый полупериод времени одного оборота вся система получает импульс силы за счет ускоренного переноса смещенного центра массы маховика из точки пространства, где он имеет минимальную скорость в точку пространства, где он имеет максимальную скорость, а во второй полупериод времени одного оборота система получает второй импульс силы, равный по величине и направлению импульсу первого полупериода, за счет замедленного переноса смещенного центра масс маховика из точки пространства, где он имеет максимальную скорость в точку пространства, где он имеет минимальную скорость.

Предлагаемая конструкция многозвенной рычажной системы позволяет за определенное количество оборотов в минуту привода получить удвоенное количество оборотов импульсов силы, что значительно расширяет ее технологические возможности.

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к механическим передачам, преобразующим вращательное движение в поступательное. В многозвенной рычажной системе синхронно с равномерным вращением ведущего колеса (3) ускоренно-замедленно вращаются ведомые колеса (20) и (21). Их периферийные отверстия (22) и (23) вращаются, оставаясь в плоскости, вращающейся вокруг осевой линии второго конца (32) трехколенного вала (8). Конец Г-образной штанги (31) приводит маховик (33) во вращение. Таким образом, маховик (33) вращается то ускоренно, то замедленно. Достигается расширение технологических возможностей. 1 ил.

Многозвенная рычажная система, содержащая привод вращения, установленный в основании, ведущее колесо, сопряженное с валом привода вращения и имеющее периферийные отверстия, оси которых параллельны центральной оси ведущего колеса, расположены в одной плоскости с разных ее сторон и на разном расстоянии, трехколенный вал, первым концом свободно установленный в центральном отверстии ведущего колеса соосно валу привода вращения, каждое из колен которого выполнено в виде вертикально размещенных щек, жестко соединенных горизонтальными расположенными с эксцентриситетом по отношению к центральной оси ведущего колеса гладкими цилиндрическими осями, два ведомых колеса, первое из которых выполнено с периферийным отверстием, находящимся в одной плоскости с периферийными отверстиями ведущего колеса и соосное периферийному отверстию, расположенному на дальнем расстоянии от центральной оси, и закреплено с возможностью вращения на гладкой цилиндрической оси, соединяющей щеки первого и второго колена трехколенного вала, второе ведомое колесо закреплено с возможностью вращения на гладкой цилиндрической оси, соединяющей щеку второго колена со щекой третьего от ведущего колеса колена трехколенного вала, и имеет периферийные отверстия, расположенные в одной плоскости с периферийными отверстиями ведущего колеса и соосные им, правую и левую муфты в форме направляющих втулок с осями, перпендикулярными центральной оси ведущего колеса, и штырями, жестко закрепленными на направляющих втулках перпендикулярно их осям, причем штырь левой муфты размещен в периферийном отверстии ведущего колеса, ближнем к центральной его оси, а штырь правой муфты - в отверстии ведомого колеса, соосном отверстию ведущего колеса, ближнего к центральной его оси, коленообразную штангу, установленную с возможностью вращения и осевого перемещения на гладкой цилиндрической оси второго от ведущего колеса колена трехколенного вала и закрепленную одним концом в направляющей втулке правой муфты с возможностью возвратно-поступательного перемещения, а другим - свободно установленнцю во втором периферийном отверстии ведущего колеса, которое расположено на дальнем расстоянии от его центральной оси, и имеющую сквозное отверстие, Г-образную штангу, установленную с возможностью вращения и осевого перемещения на гладкой цилиндрической оси первого от ведущего колеса колена трехколенного вала, одним концом закрепленную с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направляющей втулке левой муфты, а другим - продетую через периферийное отверстие первого ведомого колеса, сквозное отверстие коленообразной штанги и отверстие во втором ведомом колесе, соосное периферийному отверстию в ведущем, расположенном на дальнем расстоянии от центральной его оси, отличающаяся тем, что система снабжена установленным с возможностью вращения на втором конце трехколенного вала маховиком, имеющим смещенный центр масс, осевое и два периферийных овальных отверстия, соосных отверстиям ведущего колеса, симметричным относительно центральной оси ведущего колеса полым корпусом, жестко соединенным с основанием, второй конец трехколенного вала размещен в отверстии, выполненном в корпусе соосно оси вращения привода, и закреплен относительно этого корпуса, второй конец Г-образной штанги, продетый через периферийные отверстия первого и второго ведомых колес и сквозное отверстие коленообразной штанги помещен в периферийное овальное отверстие маховика, соосное удаленному периферийному отверстию ведущего колеса, а штырь правой муфты размещен в периферийном овальном отверстии маховика, соосном ближнему периферийному отверстию ведущего колеса.