Устройство ударного действия с гипоциклоидным вращателем Советский патент 1984 года по МПК E21B6/04 B25D16/00 

Изобретение относится к горному делу и может бытьиспользовано в строительстве в виде бурильных машин для бурения шпуров и скважин. Известен перфоратор с гипоциклоидным вращателем, который включает шестеренный пневматический двигатель с тремя шестернями и гипо циклоидный зубчатый редуктор. Боковые шестерни двигателя выполнены вместе с валиками, на концах которых насажены эксцентрики, сообщающие сложное шюскояараллельное движение обоймам редуктора. За время одного оборота эксцентриков обойма поворачивает находящуюся в зацеплении с ней буксу на два зуба, так как разность числа зубьев обоймы и буксы равна двум. Букса передает вращение хвостовику инструмента ij Однако в этом пневматическом дви гателе, используемом в качестве вра щателя устройства ударного действия повышение величины крутящего момент ограничивается тем, что необходимо увеличивать основные конструктивные параметры этого двигателя. Например, чтобы повысить крутящий момент необходимо увеличить диаметр начальных окружностей шестерен, модуль зацепления, ширину зуба щестерни. Кроме того, возникает необходимость снижения числа оборотов, т.е. появляется необходимость приме нения редукторов, что усложняет кон .струкцию,увеличивает габариты и маесу всего устройства. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство ударного действия с гипоциклоидным вращателем,, содержащим статор и рот связанные кинематически посредством зубчатого зацепления, щпиндель, втулку, переднюю и заднюю крьшки, образующие соответственно со шпинделем и втулкой кольцевые полости, сообщенные с сетью рабочего тела-, pj Недостатком такого устройства яв ляется невозможность повьшения крутящего момента вращателя,без увеличения его габаритных размеров. Величины диаметров отверстий задней крыщки и высоты винтовых канавок золотника ограничены тем, что зависят от эксцентриситета вращателя. Поэтому отверстия малого диаметра в задней крьщ1ке и винтовые канавки золотника оказывают- значительное 18 .2 сопротивление движению рабочего тела, т,е. являются дросселями, создающими перепад давления, Целью изобретения является новы- щение. крутящего момента за счет снижения сопротивления движению рабочего тела и упрощение конструкции. Указанная цель достигается тем, что устройство ударного действия с гипоциклоидным вращателем, содержащим статор и ротор, связанные кинематически посредством зубчатого зацепления, шпиндель, втулку, переднюю и заднюю крьшки, образующие соответственно со шпинделем и втулкой кольцевые полости, сообщенные с сетью рабочего тела, снабжено плоскими кольцами с полукольцевыни щелями и профильными осевыми отверстиями, на торцовых поверхностях ротора выполнены кольцевь1е выступы для взаимодействия с профильными отверстиями колец, в крышках выполне ны полукольцевые каналы, а на торце Кзлщой крышки со стороны статора кольцевая проточка, при этом камеры, образованные зубьями статора и Ротора, периодически сообщены через указанные щели, проточки и каналы, с кольцевыьо{ полостями, причем полукольцевые щели и профили отверстий плоских колец cиммetpичны относительно плоскости, проходящей через оси вращения ротора и статора. Такое выполнение вращателя позволяет резко увеличить расход рабочего тела в рабочие камеры, образованные зубьями статора и ротора. За счет этого повысится среднее индикаторное давление в рабочих к амерах, а значит и величина крутящего момента вращателя. Кроме того, распределение рабочего тела посредством плоских колец, установленных с торцовых сторон статора и ротора позволяет упростить конструкцию вращателя . На фкг., изображено устройство, продольный разрез на фиг.2 - разрез А-А на фиг.2, на фиг.З - разрез Б-Б на фиг. Г, на фиг.4 - разрез В-В на фиг. на фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.1. Устройство включает механизм рас- , пределения рабочего тела 1, втулку 2, цилиндр 3, поршень 4, головка которого делит цилиндр 3 на переднюю 5 и заднюю 6 камеры и гипоциклоидного 3.1 вращателя, который состоит из статора 7, ротора 8., связанных кинематически посредством зубчатого зацеп ления, передней 9 и задней 10 крышек, на каждой из которых выполнены отверстия II и 12, полукольцевые каналы 13 и 14, кольцевые проточки I5 и 16 шпинделя I7 и инструмента. 18, вставленного в шпиндель и кинематически связанного с ним. Крышки 9 и 10 соответственно со шпинделем 17 и втулкой 2 ударного узла образуют кольцевые полости 19 и 20. Шпиндель 17 кинематически свя зан с ротором 8. С торцовых сторон статора 7 и ро тора 8 установлены плоские кольца 21 и 22, на каждом из которых выпол нены полукольцевые щели 23 и 24 и профильные осевые отверстия 25 и 26, которые постоянно находятся во взаимодействии с кольцевыми выступа ми 27 и 28, которые выполнены на торцах ротора 8. Зубьев статора 7 на один больше, чем зубьев ротора 8 Устройство работает следующим образом. Поршень 4 под действием силы от давления рабочего тела (например сжатого газа), периодически поступающего из сети через механизм распределения 1 в переднюю 5 и заднюю 6 камеры цилиндра 3, совершает пери дически соответственно обратный и прямой ходы. Прямой (рабочий) ход поршня 4 заканчивается ударом по хвостовику инструмента 18. Пусть ротор 8, плоские кольца 2 и 22 находятся в положениях, показанном соответственно на фиг,4, 5 и 3, а рабочее тело поступает из сети через отверстие 12 задней крыш ки 10 в кольцевую полость 20. Из по лости 20 рабочее тело через-полукол цевые каналы 14 и кольцевые проточки 16 задней крьшки 10, полукольцевую щель 24 и плоского кольца 22, установленного с торца статора 7 и ротора,8, начинает поступать в рабочие камеры, образованные зубьями статора 7 и ротйра 8 (на фиг,4 рабочие камеры в правой части от вертикальной оси), а из выхлопных камер (на фиг,4 выхлопные камеры в левой части от вертикальной оси) образованных зубьями статора 7 и ротора 8, обработанное рабочее тело начинает выходить ерез кольце8 ..4 вую проточку 15 и полукольцевые каналы 13 передней крышки9 в кольцевую полость 19, образованную . кой 9 со шпинделем 17. Затем из полости 19 рабочее тело через отверстие 1I в передней крышке 9 выходит в атмосферу (фиг.1). Под действием давления рабочего тела в рабочих камерах (на. фиг.4 рабочие камеры в правой части от вертикальной оси) на зубья ротора 8, поскольку он установлен с -некото- рым эксцентриситетом в статор 7, ротор 8 начинает совершать сложное плоскопараллельное движение, обкатываясь по зубьям статора 7. Зубьй ротора 8 совершают движение по гипоциклоиде по часовой стрелке, а ось вращения ротора 8 движется вокруг продольной оси статора 7 по окружности (радиус окружности равен величине эксцентриситета вращателя) против часовой стрелки. Кольцевые выступы 27 и 28 ротора 8 при его сложном движении надавливают на профильные выступы 25 и 26 плоских колец 21 и 22 (фиг.5 и 3), установленных с торцовых сторон ротора 8 и статора 7, и кольца 21 w 22 совершают вращение против часовой стрелки поскольку кольцевые выступы 27 и 28 с профильными отверстиями 25; и 26 находятся в постоянном соприкосновении. Значит полукольцевые щели 23 и 24 плоских колец 21 и 22, перемещаясь, сообщают соответственно кольцевые полости 19 и 20 через полукольцевые каналы 13 и 14, кольцевые проточки 15 и 16с рабочими и выхлопными камерами, которые образуются меящу зубьями статора и ротора при относительном пере.мещении последнего. При вращении плоских колец 21 к 22 против чаевой стрелки положения их полукольцевых щелей 23 и 24 все время остаются симметричными относительно плоскости, проходящей через оси вращения ротора и статора (ось вращения ротора при его движении совершает перемещение вокруг продольной оси ст-атора по окружности против часовой стрелки). При этом кольцевая полость 19 передней крыщки 9 сообщена с атмосферой через отверстие 11, а кольцевая поость 20 задней крышки 10 через отверстие 12 с сетью рабочего тела. Ротор 8 кинематически связан со шпинделем 17 посредством зубчатого зацепления, а в шпиндель 17 вставлен шестигранный хвостовик инстумента 18. Поэтому сложйое движение ротора 8, кинематически связанного посредством зубчатого зацепления со шпинделем 17, преобразуется во вра.щатецьное. движение против часовой .(стрелки шпинделя 17, а значит и инструмента 18, Таким образом, сообщение вновь образующихся рабочих камер между зубья№1 статора и ротора при относительном движении ротора через щель 24, проточку 16, полукольцевые каналы. 14 с кольцевой полостью 20 и сообщение также вновь образующихся выхлопных камер между зубь ми статора и ротора через щель 23, проточку 15, полукольцевые каналы 1 с кольцевой полостью 19 происходит для любого другого положения ротора установленного с эксцентриситетом в статор вследствие того, что .плоские кольца 21 и 22 постоянно находятся соприкасании с ротором. Поэтому сложное движение ротора преобразует ся во вращательное движение против часовой стрелки плоских колец 21 к 22 н щели 23 и 24 на них всегда совпадают с образующимися выхлопными и рабочими камерами между зубь ми ротора и статора. Для изменения направления вращения инструмента I8 (по часовой стрелке) следует наоборот кольцевую полость 19 через отверстие 11 сообщить с сетью рабочего тела, тог да кольцевая полость 20. через отвер стие 12 сообщена с атмосферой При этом в рабочие камеры, образованные между зубьями статора и ротора (на фиг.4 в левой части от вер тикальной оси), дан любого другого положения ротора будет поступать ра бочее тело из полости 19 через кана лы 13, проточку 15, щель 23, а из выхлопных камер (на фиг.4 в правой части от вертикальной оси) отработа ное тело будет выходить через щель 24, проточку 16, каналы 14 в полост 20. Под действием давления рабочего тела в рабочих камерах на зубья ротора 8 последний совершает сложное движение. Зубья ротора 8 совершают движение по гипоциклоиде против часовой стрелки, а ось вращения ротора 8 движется вокруг продольной оси статора 7 по часовой стрелке. Значит шпиндель 17 и инстумент 18 совершают вращение по часовой стрелке. Сечение полукольцевых каналов, щелей достаточно значительны и не зависят от величины эксцентриситета вращателя, что позволяет резко снизить сопротивление движению рабочего тела. Это способствует уменьшению падения давления рабочего тела, поступающего из сети (например в полость 20) при его движении через полукольцевые каналы 14 и полукольцевую щель 24 в рабочие камеры. Значит среднее индикаторное давление рабочего тела в рабочих камерах будет очень высоким и близким к значению сетевого давления. В то же время отработанное рабочее тело из выхлопных камер, образованных- между зубьями статора и ротора, выходит через полукольцевую щель 23, проточку 15, полукольцевые каналы 13 в кольцевую полость 19 передней крышки 9 и затем из нее через отверстие I1 в атмосферу. Освобождение выхлопных камер от отработанного рабочего тела происходит очень быстро, поскольку полукольцевая щель 23 и полукольцейые каналы 13 в силу указанного не оказывают значительного сопротивления движению рабочего тела. Таким образом, установление плоских колец с торцов ротора и выполнение на каждом из них полукольцевой щели, а также выполнение полукольцевых каналов на крышках и постоянное соприкасание кольцевых выступов на роторе с профильными отверстиями на плоских кольцах позволяют повысить величину крутящего момента вращателя. Распределение рабочего тела поседством плоских колец, установленных с торцов ротора и статора, также озволяет упростить конструкцию враателя .

-А

W 2

В-В

17

Pul.f

22

-2

2S

УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ С гипоциклоидшда ВРАЩАТЕЛЕМ, содержащим статор и ротор, связанные кинематически посредством зубчатого зацепления, шпиндель, втулку, переднюю и заднюю крышки, образующие соответственно со шпинделем и втулкой кольцевые полости, сообщенные с сетью рабочего тела, отличающееся тем, что, с целью повышения крутящего момента за счет снижения сопротивления движению рабочего тела и упрощения конструкции, устройство снабжено плоскими кольцами с полукольцевыми п(елями и про- фильными осевыми отверстиями, на торцовых поверхностях ротора выполнены кольцевые выступы для взаимодействия с профильными отверстиями колец, в крышках выполнены полукольцевые каналы, а на торце каждой крышки со стороны статора - кольцевая проточка, при этом камеры, образованные зубьями статора и ротора, периодически сообщены через указанные щели, проточки и каналы с кольцевыми полостями, причем полуКольцевые щели и профили отверстий плоских колец симметричны относительно плоскости, проходящей через оси вращения ротора и статора.