Импульсный вращатель рабочего органа Российский патент 2019 года по МПК E21B3/03 E21B6/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в приводах вращающихся рабочих органов металлообрабатывающих, горных, строительных и др. машин. Например, в сверлильных, фрезерных станках, электродрелях, буровых станках, шнеках, осуществляющие крутильные колебания.

Наложение крутильных колебаний повышает производительность, снижает энергозатраты на единицу продукции, уменьшает изнашивание механизмов, улучшает качество обработки.

Уровень техники

Известны импульсные вращатели с динамическим возбуждением крутильных колебаний (патент РФ на изобретение № 2333306, кл. МПК Е01С19/23, В06В1/00, опубл. 10.09.2008, бюлл. № 25; а.с. СССР №1810914, кл. МПК Н01С17/24, опубл. 23.04.1993, бюлл. № 15; а.с. СССР №1465376, кл. МПК В65G23/24, опубл. 19.08.2008, бюлл. № 25; а.с. СССР №339474, кл. МПК В65G33/38, опубл. 24.05.1972, бюлл. № 17).

Недостатком этих конструкций являются дополнительные нагрузки в кинематических парах при сложении равномерного и периодического вращений и неиспользуемой работы отрицательного импульса.

Известны конструкции с кинематическим возбуждением крутильных колебаний (патент РФ на изобретение № 2413830, кл. МПК Е21В3/02, Е21В6/06, опубл. 10.03.2011, бюлл. № 7; патент РФ на изобретение №2341636, кл. МПК Е21В3/02, опубл. 20.12.2008, бюлл. № 35).

Недостатком этих конструкций является постоянная нагрузка в кинематических парах узла кулачка-толкателя при передаче импульсного и равномерного вращений. При передаче равномерного вращения рабочий участок одного кулачка-толкателя, или последовательного действия совокупности кулачков толкателей постоянно скользят по корпусу вращателя, что приводит к повышенному изнашиванию и нагреву рабочих поверхностей.

Известен так же импульсный вращатель рабочего органа машин (патент РФ на изобретение № 2413829, кл. МПК Е21В3/02, Е21В6/06, опубл. 10.03.2011, бюлл. № 7), выбранный в качестве прототипа, включающий две части вала рабочего органа, кулачок-толкатель, неподвижные кулачки на внутренней поверхности корпуса редуктора.

Недостатком этого устройства является: повышенные нагрузка на кулачок-толкатель при передаче равномерного вращении; износ рабочей поверхности кулачка при скольжении по внутренней поверхности корпуса редуктора; нагрев в этой кинематической паре при восприятии силы крутящего момента рабочего органа машины.

Раскрытие изобретения

В основу заявленного устройства поставлена задача повышения долговечности и надежности работы импульсного вращателя, исключения трения рабочей поверхности кулачка о внутреннюю поверхность корпуса редуктора, при передаче постоянного крутящего момента и нагрева этих поверхностей.

Поставленная задача решается путем применения специального кронштейна на ведущей части вала и размещение оси кулачка-толкателя в зоне упорной поверхности ведомой части вала на расстоянии меньшим радиуса упорной поверхности. В качестве рабочей поверхности передачи равномерного вращения используется поверхность кулачка-толкателя, воспринимающая усилие от крутящего момента, проходящая через центр оси вращения кулачка-толкателя. В этом случае рабочая поверхность кулачка-толкателя при равномерном вращении не касается внутренней рабочей поверхности корпуса редуктора, и в заявленном устройстве исключается кинематическая пара трения кулачка-толкателя о корпус редуктора, потери энергии на трение и нагрев устройства.

Указанный технический результат достигается за счет того, что импульсный вращатель рабочего органа содержит две части ведомого вала, неподвижные кулачки на внутренней поверхности корпуса, кулачок – толкатель, постоянно связанный с частями вала и внутренней поверхностью корпуса, причем согласно изобретения, ось вращения кулачка-толкателя выполнена с возможностью упора о поверхность ведомой части вала и передачи равномерного вращения, а плечо кулачка-толкателя при этом выполнено с зазором относительно корпуса.

Технические результаты, достигаемые в процессе реализации предлагаемого устройства, исключают кинематическую пару корпус – кулачок-толкатель, для передачи равномерного вращения и, следовательно, потери на трение нагрев и повышают долговечность и надежность работы устройства.

Указанный результат достигается тем, что сила крутящего момента не воспринимается плечами кулачка-толкателя, и они полностью разгружены, при равномерном вращении от усилия трения по поверхности корпуса. Сокращение изнашивания поверхности трения повышает экономичность работы устройства, надежность и долговечность, уменьшают потери на трение.

Кроме этого, исключение кинематической пары трения о корпус устраняет нагрев поверхности сопряженных деталей, а также появляется время восстановления режима температуры после контакта с неподвижными кулачками корпуса редуктора.

Таким образом, при кратковременном контакте кулачка-толкателя с неподвижным кулачком корпуса редуктора исключается возможность перегрева поверхностей трения за счет устранения контакта с поверхностью корпуса редуктора при передаче равномерного вращения. Равномерное вращение передается поверхностью кулачка-толкателя без относительного движения соприкасающихся поверхностей.

При вращении ведущей части вала ось рассматриваемого кулачка-толкателя через относительно неподвижный кулачок-толкатель передает момент вращения на рабочую поверхность ведомого вала. В случае ускорения движения ведомой части вала импульсом другого кулачка-толкателя в рассматриваемой кинематической паре (кулачок-толкатель и рабочая поверхность ведомого вала) появляется зазор. Импульсное воздействие рассматриваемого кулачка-толкателя образует зазор в остальных подобных кинематических парах.

Сравнительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство организации импульса при наложении крутильных колебаний отличается тем, что обеспечивает свободное (без нагрузки) перемещение кулачка-толкателя от одного неподвижного кулачка на корпусе редуктора до следующего, исключая кинематическую пару трения подвижной поверхности кулачка-толкателя и неподвижной поверхности корпуса редуктора.

Краткое описание чертежей

На чертеже изображена схема устройства импульсного вращателя с вырывом места установки одного кулачка-толкателя.

Осуществление изобретения

Устройство поясняется чертежом (см. фиг.) общего вида с вырывом места установки устройства создания импульса и содержит корпус 1, неподвижный кулачок 2, его рабочий участок 3, ведущая часть 4 вала, кулачок-толкатель 5, его внешний рабочий участок 6, кронштейн 7 ведущей части 4 вала, ось 8 кулачка-толкателя 5, внутренний рабочий участок 9 кулачка-толкателя 5, рабочий участок 10 ведомой части 11 вала.

Работает устройство следующим образом: корпус 1 с неподвижными кулачками 2 на внутренней поверхности остаются во время работы неподвижными. Ведущая часть 4 вала, при вращении переносит кулачок-толкатель 5 с рабочим участком 6 без касания внутренней поверхности корпуса на кронштейне 7 с осью вращения 8 кулачка- толкателя 5 через относительно неподвижную боковую поверхность которого равномерное вращение передается ведомой части 11 вала до касания рабочего участка 3 неподвижного кулачка 2 и внешнего рабочего участка 6 кулачка-толкателя 5, за счет чего он поворачивается на оси 8 кронштейна 7 при контакте с кулачком 2 и передает импульс движения внутреннему рабочему участку 9 кулачка-толкателя 5 и дополнительно вращает через рабочий участок 10 ведомую часть 11 вала. В этот момент на равномерное вращение ведомой части вала накладывает импульс вращения. После прохождения рабочего участка происходит равномерное вращение ведомой части вала до встречи кулачка-толкателя (разгруженного от изгибающего момента) со следующим неподвижным кулачком. Картина импульсного движения определяется кривизной поверхности сопряженных кинематических пар. После передачи импульса данный кулачок-толкатель 5 освобождается от нагрузки за счет расположения оси вращения 8 и касание ближе к центру вращения рабочего органа на рабочем участке, ведомой части 11 вала.

Количество импульсов каждым кулачком-толкателем определяется конструкцией устройства. За счет расположения оси вращения кулачков-толкателей в устройстве исключена кинематическая пара трения кулачка-толкателя по поверхности корпуса.

Данная конструкция позволяет исключить передачу усилия равномерного вращения через плечи кулачка-толкателя. Применение описанного устройства позволяет снизить энергозатраты на трение в кинематической паре (корпус – кулачок-толкатель), улучшить тепловой режим, повысить надежность и долговечность работы устройства при сокращении нагрузки на плечи кулачка- толкателя.

Сопоставительный анализ заявленного устройства показывает, что совокупность существенных признаков заявленного «Импульсного вращателя рабочего органа» неизвестна из уровня техники и, значит, соответствует условию патентоспособности «Новизна».

В уровне техники не было выявлено признаков, совпадающих с отличительными признаками заявленного изобретения и влияющих на достижение заявленного технического результата, поэтому заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «Изобретательский уровень».

Приведенные сведения подтверждают возможность применения заявленного «Импульсного вращателя рабочего органа» во вращающихся рабочих органах при сверлении, бурении, перемешивании и других технологических процессах и, поэтому соответствуют условию патентоспособности «Промышленная применимость».

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в приводах вращающихся рабочих органов металлообрабатывающих, горных, строительных и др. машин. Например, в сверлильных, фрезерных станках, электродрелях, буровых станках, шнеках, осуществляющих способ создания крутильных колебаний. Импульсный вращатель рабочего органа содержит две части вала: ведомую и ведущую, неподвижные кулачки на внутренней поверхности корпуса, кулачок-толкатель с осью вращения. Ось вращения кулачка-толкателя размещена в зоне упорной поверхности ведомой части вала на расстоянии, меньшем радиуса упорной поверхности, а плечо кулачка-толкателя при этом выполнено с зазором относительно корпуса. Обеспечивается снижение энергозатрат на трение в кинематической паре корпус – кулачок-толкатель, улучшение теплового режима, повышение надежности и долговечности работы устройства при сокращении нагрузки на плечи кулачка-толкателя. 1 ил.

Импульсный вращатель рабочего органа, содержащий две части вала: ведомую и ведущую, неподвижные кулачки на внутренней поверхности корпуса, кулачок-толкатель с осью вращения, причем ось вращения кулачка-толкателя размещена в зоне упорной поверхности ведомой части вала на расстоянии, меньшем радиуса упорной поверхности, а плечо кулачка-толкателя при этом выполнено с зазором относительно корпуса.