Механическая передача синхронного поворота в противофазе Российский патент 2021 года по МПК F16H27/02 

Изобретение относится к механическим передачам, обеспечивающим поворот ведомого элемента на одинаковый угол с ведущим элементом, но в противоположном направлении, и может быть использовано в механизме газораспределения поршневого двигателя внутреннего сгорания с золотником, совершающим колебательное движение синхронно с частотой вращения коленчатого вала.

Известно устройство для передачи вращения во встречном направлении (патент РФ №1556214, публ. 27.04.1997, МПК F16H 27/06), содержащее ведущий элемент, выполненный в виде ведущего диска с пазами в виде замкнутых многоугольников основного и дополнительного, установленный на ведущем валу, неподвижный диск с пазами в радиальном направлении, установленный соосно валам, ведомый элемент, выполненный в виде ведомого диска с пазами в виде замкнутых многоугольников основного и дополнительного, установленный на ведомом валу, и звенья по числу пазов неподвижного диска, выполненные в виде осей (штифтов) с возможностью установки на них трех роликов. Звенья кинематически связаны с пазами ведущего диска, ведомого диска и неподвижного диска. Вращение ведомого диска в противоположном направлении от направления вращения ведущего диска достигается за счет того, что вершины пазов основного замкнутого многоугольника совпадают с вершинами дополнительного замкнутого многоугольника и совпадают с вершинами дополнительного замкнутого многоугольника ведомого диска, а вершины основного замкнутого многоугольника ведомого диска сдвинуты на угол

где n - число сторон многоугольного паза, а на неподвижном диске угол между основным и дополнительным пазами кратен углу

где m - любое целое число.

Недостатками данного технического решения являются ненадежность и недолговечность конструкции вследствие того, что угол давления, возникающий между направлением реакции, в точках контакта осей (штифтов) с поверхностью пазов и нормалью к опорной поверхности этих пазов, приближается к углу трения, что может привести к заклиниванию механизма в эксплуатации при плохой смазке в звеньях устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является шариковая передача вращения (авторское свидетельство SU №1825920, публ. 07.07.1993, МПК F16H 9/00), содержащая корпус с канавками, установленные в нем ведущий и ведомый валы, размещенные на них ведущий и ведомый приводные элементы, взаимодействующие с последними, шарики, размещенные в канавках, выполненные в корпусе ведущий и ведомые каналы, соединяющие ведущий и ведомый приводные элементы, ведомые элементы выполнены в виде звездочек, ведущие элементы выполнены в виде звездочек или барабанов с винтовой нарезкой, каждая из звездочек имеет на рабочей поверхности сферические углубления, выполненные с шагом, равным диаметру шариков, и радиальную проточку, выполненную по середине рабочей поверхности звездочки. С целью повышения надежности передачи, она снабжена жестко установленными в радиальных проточках звездочек направляющими для взаимодействия с шариками, а часть ведомого канала выполнена в виде предварительно напряженной пружины для компенсации люфта.

Недостатком данного технического решения является низкая надежность, сложность и высокие массогабаритные показатели конструкции вследствие того, что ведущий и ведомый элементы расположены на разных осях удаленно друг от друга.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание передаточного механизма с ведущим и ведомым элементами, расположенными в непосредственной близости друг от друга на одной оси с возможностью синхронного поворота в противофазе.

Технический результат заключается в повышении надежности и технологичности, а также в уменьшении массогабаритных показателей механической передачи.

Это достигается тем, что известная механическая передача синхронного поворота в противофазе, содержащая корпус, ведущий и ведомый элементы, первый и второй каналы, заполненные шариками, снабжена неподвижным кольцом, первым и вторым ведущими шариконакопителями, первым и вторым ведомыми шариконакопителями, при этом ведущий и ведомый элементы выполнены кольцеобразной формы и установлены соосно на неподвижном кольце, на внешней поверхности неподвижного кольца расположен трек, выполненный в виде кольцевого сектора, ограниченного углом А, величина которого выбрана из условий необходимой жесткости выступа и удовлетворяет условию: A>180H/πR, где Н - толщина неподвижного кольца, R - радиус неподвижного кольца, боковые стороны трека выполнены в виде вогнутой цилиндрической поверхности с диаметром, равным толщине неподвижного кольца, ведущий элемент выполнен с возможностью поворота на угол В против часовой стрелки и на угол С по часовой стрелке, величина углов В и С выбрана исходя из необходимого угла поворота механизма, и удовлетворяет условию: (В+С)<(360-А), на внешней поверхности ведущего элемента расположен внешний выступ ведущего элемента, выполненный с возможностью осуществления кинематической связи с приводом исполнительного механизма газораспределения, на внутренней поверхности ведущего элемента расположен внутренний выступ ведущего элемента, выполненный в виде кольцевого сектора, ограниченного углом D, при этом значение угла D определено по формуле: D=360 - (А+В+С), ведомый элемент выполнен с возможностью поворота на угол Е по часовой стрелке и на угол F против часовой стрелки, причем угол Е равен углу В, а угол F равен углу С, на внешней поверхности ведомого кольца расположен внешний выступ ведомого элемента, выполненный с возможностью осуществления связи с пружиной механизма газораспределения, на внутренней поверхности ведомого элемента расположен внутренний выступ ведомого элемента, выполненный в виде кольцевого сектора, ограниченного углом D, корпус выполнен в виде сепаратора, установленного между ведущим и ведомым элементами и закрепленного на неподвижном кольце, втулки, расположенной на внутренней поверхности неподвижного кольца, опорного диска и запорного диска, закрепленных на торцевых поверхностях втулки со стороны ведущего элемента и со стороны ведомого элемента соответственно, первый и второй каналы выполнены U-образной формы квадратного сечения и образованы боковыми сторонами трека, наружной поверхностью неподвижного кольца и поверхностями сепаратора, выполненными эквидистантно боковой стороне трека и наружной поверхности неподвижного кольца, в плоскости ведущего элемента первый канал сопряжен с первым ведущим шариконакопителем, а второй канал сопряжен с вторым ведущим шариконакопителем, при этом первый и второй ведущие шариконакопители выполнены идентично квадратного сечения и каждый из них образован наружной поверхностью неподвижного кольца, внутренней поверхностью ведущего элемента, внутренним торцом опорного диска и боковой поверхностью сепаратора, в плоскости ведомого элемента первый канал сопряжен с первым ведомым шариконакопителем, а второй канал сопряжен с вторым ведомым шариконакопителем, при этом первый и второй ведомые шариконакопители выполнены идентично квадратного сечения и каждый из них образован наружной поверхностью неподвижного кольца, внутренней поверхностью ведомого элемента, внутренним торцом запорного диска и другой боковой поверхностью сепаратора, пространство первого и второго ведущих шариконакопителей, первого и второго ведомых шариконакопителей заполнено шариками, идентичными шарикам внутри первого и второго каналов, которые выполнены с возможностью перемещения по ним при взаимодействии с внутренним выступом ведущего элемента и внутренним выступом ведомого элемента.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена механическая передача синхронного поворота в противофазе в разрезе, на фиг. 2 представлено сечение механической передачи синхронного поворота в противофазе в плоскости ведущего кольца, на фиг. 3 показано сечение механической передачи синхронного поворота в противофазе в плоскости ведомого кольца, на фиг. 4 изображено сечение неподвижного кольца с каналами для передачи движения посредством шариков в виде развертки на плоскость.

Механическая передача синхронного поворота в противофазе для золотникового газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания содержит ведущий 1 и ведомый 2 элементы кольцеобразной формы, установленные соосно на неподвижном кольце 3. На внешней поверхности неподвижного кольца 3 расположен трек 4, выполненный в виде кольцевого сектора, ограниченного углом А, величина которого выбрана из условий необходимой жесткости выступа и удовлетворяет условию: A>180H/πR, где Н - толщина неподвижного кольца 3, R - радиус неподвижного кольца 3. Боковые стороны трека 4 выполнены в виде вогнутой цилиндрической поверхности с диаметром, равным толщине неподвижного кольца 3.

Ведущий элемент 1 выполнен с возможностью поворота на угол В против часовой стрелки и на угол С по часовой стрелке. Величина углов В и С выбрана исходя из необходимого угла поворота механизма, и удовлетворяет условию: (В+С)<(360-А).

На внешней поверхности ведущего элемента 1 расположен внешний выступ 5 ведущего элемента 1, выполненный с возможностью осуществления кинематической связи с приводом исполнительного механизма газораспределения. На внутренней поверхности ведущего элемента 1 расположен внутренний выступ 6 ведущего элемента 1, выполненный в виде кольцевого сектора, ограниченного углом D. При этом значение угла D определено по формуле: D=360 - (А+В+С).

Ведомый элемент 2 выполнен с возможностью поворота на угол Е по часовой стрелке и на угол F против часовой стрелки, причем угол Е равен углу В, а угол F равен углу С.

На внешней поверхности ведомого элемента 2 расположен внешний выступ 7 ведомого элемента 2, выполненный с возможностью осуществления связи с пружиной механизма газораспределения. На внутренней поверхности ведомого элемента 2 расположен внутренний выступ 8 ведомого элемента 2, выполненный в виде кольцевого сектора, ограниченного углом D.

Между ведущим 1 и ведомым 2 элементами установлен сепаратор 9, который закреплен на неподвижном кольце 3. На внутренней поверхности неподвижного кольца 3 расположена втулка 10, на торцевых поверхностях которой закреплен опорный диск 11 со стороны ведущего элемента 1 и запорный диск 12 со стороны ведомого элемента 2. При этом опорный 11 и запорный 12 диски стянуты крепежными элементами 13. Таким образом, корпус механической передачи синхронного поворота в противофазе образован неподвижным кольцом 3, сепаратором 9, втулкой 10, опорным 11 и запорным 12 дисками.

Устройство содержит первый 14 и второй 15 каналы U-образной формы квадратного сечения, образованные боковыми сторонами трека 4, наружной поверхностью неподвижного кольца 3 и поверхностями сепаратора 9, выполненными эквидистантно боковой стороне трека 4 и наружной поверхности неподвижного кольца 3.

В плоскости ведущего элемента 1 первый канал 14 сопряжен с первым ведущим шариконакопителем 16, а второй канал 15 сопряжен со вторым ведущим шариконакопителем 17. При этом первый 16 и второй 17 ведущие шариконакопители выполнены идентично квадратного сечения и каждый из них образован наружной поверхностью неподвижного кольца 3, внутренней поверхностью ведущего элемента 1, внутренним торцом опорного диска 11 и боковой поверхностью сепаратора 9.

В плоскости ведомого элемента 2 первый канал 14 сопряжен с первым ведомым шариконакопителем 18, а второй канал 15 сопряжен со вторым ведомым шариконакопителем 19. При этом первый 18 и второй 19 ведомые шариконакопители выполнены идентично квадратного сечения и каждый из них образован наружной поверхностью неподвижного кольца 3, внутренней поверхностью ведомого элемента 2, внутренним торцом запорного диска 12 и другой боковой поверхностью сепаратора 9.

Пространство первого 14 и второго 15 каналов, а также первого 16 и второго 17 ведущих шариконакопителей, первого 18 и второго 19 ведомых шариконакопителей заполнено идентичными шариками 20, которые выполнены с возможностью перемещения по ним при взаимодействии с внутренним выступом 6 ведущего элемента 1 и внутренним выступом 8 ведомого элемента 2.

Механическая передача синхронного поворота в противофазе работает следующим образом.

При повороте привода исполнительного механизма газораспределения по часовой стрелке, он посредством внешнего выступа 5 ведущего элемента 1 поворачивает ведущий элемент 1 и внутренний выступ 6 ведущего элемента 1 также по часовой стрелке. При этом шарики 20 из второго ведущего шариконакопителя 17 перемещаются во второй канал 15, замещая находящиеся там шарики 20. Шарики 20 из второго канала 15 перемещаются во второй ведомый шариконакопитель 19, дополняя находящиеся там шарики 20. Поэтому ведомый элемент 2 вместе с внутренним выступом 8 ведомого элемента 2 поворачивается на угол, равный углу поворота ведущего элемента 1, но в противоположную сторону, т.е. против часовой стрелки. При этом шарики 20 из первого ведомого шариконакопителя 18 перемещаются в первый канал 14, замещая находящиеся там шарики 20. Шарики 20 из первого канала 14 перемещаются в первый ведущий шариконакопитель 16, занимая освободившееся там место и дополняя находящиеся там шарики 20.

При повороте привода исполнительного механизма газораспределения против часовой стрелки ведущий элемент 1 с внутренним выступом 6 ведущего элемента 1 также поворачивается против часовой стрелки. При этом шарики 20 из первого ведущего шариконакопителя 16 перемещаются в первый канал 14, замещая находящиеся там шарики 20. Шарики из первого канала 14 перемещаются в первый ведомый шариконакопитель 18, дополняя находящиеся там шарики 20. Поэтому ведомый элемент 2 вместе с внутренним выступом 8 ведомого элемента 2 поворачивается на угол, равный углу поворота ведущего элемента 1, но в противоположную сторону, т.е. по часовой стрелке. При этом шарики 20 из второго ведомого шариконакопителя 19 перемещаются во второй канал 15, замещая находящиеся там шарики 20. Шарики 20 из второго канала 15 перемещаются во второй ведущий шариконакопитель 17, занимая освободившееся там место и дополняя находящиеся там шарики 20.

За счет того, что передача усилия от ведущего элемента 1 к шарикам 20 осуществляется через внутренний выступ 6 ведущего элемента 1, высота которого равна диаметру шариков 20, достигается повышение надежности работы механизма. Отсутствие направляющих, острых выступов и сферических углублений, которые в условиях длительной работы могут привести к заклиниванию в результате износа, позволяют механизму синхронного поворота в противофазе работать длительное время в тяжелых условиях, которые имеют место в газораспределительных механизмах поршневых двигателей внутреннего сгорания. В конструкции предлагаемого изобретения отсутствуют сложные детали, требующие одновременно высокой точности изготовления и износостойкости, что повышает технологичность устройства. Ведущий 1 и ведомый 2 элементы предложенного механизма синхронного поворота в противофазе расположены в непосредственной близости, что позволяет значительно снизить массогабаритные характеристики механизма.

Использование изобретения позволяет повысить надежность и технологичность, а также уменьшить массогабаритные показатели механической передачи.

Изобретение относится к передачам. Механическая передача содержит корпус, ведущий и ведомый элементы, первый и второй каналы, заполненные шариками, снабжена неподвижным кольцом, первым и вторым ведущими, а также первым и вторым ведомыми шариконакопителями. Ведущий и ведомый элементы выполнены кольцеобразной формы и установлены соосно на неподвижном кольце, на внешней поверхности неподвижного кольца расположен трек, выполненный в виде кольцевого сектора. Боковые стороны трека выполнены в виде вогнутой цилиндрической поверхности. На внутренних поверхностях элементов расположены выступы, выполненные в виде кольцевого сектора. Корпус выполнен в виде сепаратора, установленного между элементами и закрепленного на неподвижном кольце, втулки, расположенной на внутренней поверхности неподвижного кольца, опорного диска и запорного диска, закрепленных на торцевых поверхностях втулки со стороны ведущего элемента и со стороны ведомого элемента соответственно. Каналы выполнены U-образной формы квадратного сечения. В плоскости ведущего и ведомого элементов первый канал сопряжен с первыми ведущим и ведомым шариконакопителями, а второй канал сопряжен со вторыми ведущим и ведомым шариконакопителями, при этом шариконакопители выполнены идентичного квадратного сечения. Обеспечивается повышение надежности и уменьшение массогабаритных показателей передачи. 4 ил.

Механическая передача синхронного поворота в противофазе, содержащая корпус, ведущий и ведомый элементы, первый и второй каналы, заполненные шариками, отличающаяся тем, что она снабжена неподвижным кольцом, первым и вторым ведущими шариконакопителями, первым и вторым ведомыми шариконакопителями, при этом ведущий и ведомый элементы выполнены кольцеобразной формы и установлены соосно на неподвижном кольце, на внешней поверхности неподвижного кольца расположен трек, выполненный в виде кольцевого сектора, ограниченного углом А, величина которого выбрана из условий необходимой жесткости выступа и удовлетворяет условию: А>180НπR, где Н - толщина неподвижного кольца, R - радиус неподвижного кольца, боковые стороны трека выполнены в виде вогнутой цилиндрической поверхности с диаметром, равным толщине неподвижного кольца, ведущий элемент выполнен с возможностью поворота на угол В против часовой стрелки и на угол С по часовой стрелке, величина углов В и С выбрана исходя из необходимого угла поворота механизма и удовлетворяет условию (В+С)<(360-А), на внешней поверхности ведущего элемента расположен внешний выступ ведущего элемента, выполненный с возможностью осуществления кинематической связи с приводом исполнительного механизма газораспределения, на внутренней поверхности ведущего элемента расположен внутренний выступ ведущего элемента, выполненный в виде кольцевого сектора, ограниченного углом D, при этом значение угла D определено по формуле: D=360 - (A+B+С), ведомый элемент выполнен с возможностью поворота на угол Е по часовой стрелке и на угол F против часовой стрелки, причем угол Е равен углу В, а угол F равен углу С, на внешней поверхности ведомого кольца расположен внешний выступ ведомого элемента, выполненный с возможностью осуществления связи с пружиной механизма газораспределения, на внутренней поверхности ведомого элемента расположен внутренний выступ ведомого элемента, выполненный в виде кольцевого сектора, ограниченного углом D, корпус выполнен в виде сепаратора, установленного между ведущим и ведомым элементами и закрепленного на неподвижном кольце, втулки, расположенной на внутренней поверхности неподвижного кольца, опорного диска и запорного диска, закрепленных на торцевых поверхностях втулки со стороны ведущего элемента и со стороны ведомого элемента соответственно, первый и второй каналы выполнены U-образной формы квадратного сечения и образованы боковыми сторонами трека, наружной поверхностью неподвижного кольца и поверхностями сепаратора, выполненными эквидистантно боковой стороне трека и наружной поверхности неподвижного кольца, в плоскости ведущего элемента первый канал сопряжен с первым ведущим шариконакопителем, а второй канал сопряжен с вторым ведущим шариконакопителем, при этом первый и второй ведущие шариконакопители выполнены идентично квадратного сечения и каждый из них образован наружной поверхностью неподвижного кольца, внутренней поверхностью ведущего элемента, внутренним торцом опорного диска и боковой поверхностью сепаратора, в плоскости ведомого элемента первый канал сопряжен с первым ведомым шариконакопителем, а второй канал сопряжен с вторым ведомым шариконакопителем, при этом первый и второй ведомые шариконакопители выполнены идентично квадратного сечения и каждый из них образован наружной поверхностью неподвижного кольца, внутренней поверхностью ведомого элемента, внутренним торцом запорного диска и другой боковой поверхностью сепаратора, пространство первого и второго ведущих шариконакопителей, первого и второго ведомых шариконакопителей заполнено шариками, идентичными шарикам внутри первого и второго каналов, которые выполнены с возможностью перемещения по ним при взаимодействии с внутренним выступом ведущего элемента и внутренним выступом ведомого элемента.