Преобразующий зубчатый механизм Советский патент 1992 года по МПК F16H19/02 F16H37/16 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для преобразования вращательного движения входного звена в возвратно-вращательное выходного и может быть использовано преимущественно в машиностроении, а также в станкостроении, транспортирующих машинах и т.п.

Известны рычажные, кулисные или кулачковые механизмы, состоящие из кинематически связанных звеньев: ползуна, рычага, коромысла, шатуна, кулиеы, кулачка, зубчатого колеса и стойки. С помощью этих механизмов можно преобразовывать вращательное движение в возвратно-вращательное, но эти механизмы имеют ряд недостатков - большие габариты и инерционные нагрузки, малый угол размаха коромысла, а также не обеспечивают изменение положения оси вращения выходного звена на заданный угол,

Известно также устройство для перемещения исполнительного органа, содержащее корпус с размещенными в нем двумя планетарными механизмами, каждый из которых имеет водило, солнечное колесо, сателлит и паразитное колесо, расположенное между последними на оси водила. Водило второго планетарного механизма жестко соединено с сателлитом первого, а солнечное колесо первого планетарного механизма заторможено. Водила обоих планетарных механизмов выполнены одинаковой длины. При вращении первого водила второй сателлит совершает прямолинейное перемещение по диаметральной линии, проходящей через ось вращения первого водила.

Недостатками этого механизма являются большие габариты., ограниченный ход ис- полнительного органа, невозможность возвратно-вращательного движения выходного звена.

Известна зубчатая передача, содержащая корпус, размещенные в нем две ступени планетарных механизмов, каждая из которых включает ведущий вал с кривошипом, установленное на нем зубчатое колесо с внутренними зубьями и сателлит с наружными зубьями.

Зубчатое колесо установлено в этой передаче на кривошипе эксцентрично и ось колеса с внутренними зубьями также эксцентрична относительно оси ведущего вала, а эксцентриситеты обоих зубчатых колес равны по величине и однонаправлены. Ведущие валы соседних ступеней соединены между собой, кривошипы расположены диаметрально противоположно, а зубчатые колеса с внутренними зубьями соединены

между собой и имеют одинаковые числа - зубьев.

При вращении ведущего вала первой ступени первый сателлит совершает круговое поступательное движение совместно с кривошипом и приводит во вращение ведомое колесо с внутренними зубьями, За один оборот ведущего вала ведомое колесо поворачивается на угол, определяемый отношением числа зубьев ведомого колеса и сателлита. Вторая ступень в этой передаче работает аналогично.

Недостатком этой зубчатой передачи является невозможность в.процессе наладки или работы механизма изменять взаимное расположение осей входного и

выходного звеньев в пространстве и поворачивать выходное звено за один оборот входного на любой заданный угол, что ограничивает его функциональные возможности, в частности этот механизм неприменим для получения возвратно-вращательного движения выходного звена.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей передачи.

Указанная цель достигается тем, что в преобразующем зубчатом механизме, содержащем корпус, размещенные в нем две

планетарные ступени, каждая из которых имеет неподвижные центральные колеса с внутренними зубьями, входное и выходное водила с сателлитами, сателлиты по началь- ным окружностям кинематически соединены между собой, а отношение чисел зубьев .центральных колес и сателлитов равно двум.

Возможно вместо вращательной кинематической пары применять сферическую

пару, элементы которой закреплены на начальных окружностях сателлитов. В предла- гаемом преобразующем механизме сателлиты могут быть соединены кинематической цепью из двух подвижных звеньев и

трех кинематических пар.

При соединении сателлитов одной вращательной парой обеспечивается возможность преобразования вращательного

движения входного звена в возвратно-вращательное выходного с регулируемым углом размаха. Соединив выходное звено с известными устройствами регулировки угловой скорости (вариатор, коробка передач), можно получить механизм, в котором за один оборот входного звена выходное будет совершать несколько оборотов в одном направлении, а затем столько же оборотов в обратном и потому механизм может найти применение в различных технических

устройствах от инвалидных колясок до прессов.

При соединении сателлитов сферической парой гарантируется поворот оси входного и выходного звеньев вокруг оси X в пределах угла, допускаемого сферическим соединением.

На фиг.1 схематически показан внешний вид механизма; на фиг.2 - вариант выполнения механизма с сателлитами, соединенными кинематической цепью.

Преобразующий зубчатый механизм содержит две входную и выходную планетарные ступени 1 и 2, размещенные в корпусе 3. Каждая имеет водила 4 и 5, невращающи- еся центральные зубчатые колеса 6 и 7 с внутренними зубья ми (зубчатое колесо 7 является пассивным звеном, используемым для получения лучших условий передачи сил) и зацепляющиеся с ними сателлиты 8 и 9.

Сателлиты по начальным окружностям кинематически соединены между собой по меньшей мере одной вращательной парой, а отношение чисел зубьев центральных ко- лес и сателлитов равно двум. При этом обеспечивается возможность преобразовывать вращательное движение входного звена в возвратно-вращательное движение выходного с регулируемым углом размаха и изме- нение в процессе наладки или работы механизма взаимного расположения входного и выходного звеньев по оси X, отпадают требования к соосности входного и выходного звеньев, которые в этом случае могут соединяться с другими элементами приводов жесткими муфтами, и снижаются требования к точности обработки рамы, на которой крепят элементы привода, удешевляется их изготовление. В предлагаемом зубчатом механизме сателлиты могут быть связаны сферической парой 10. которая представляет собой, например, сферический шарнир, элементы которого закреплены на начальных окружностях сателлитов 8 и 9. При таком выполнении механизма появляется возможность поворачивать оси входного и выходного звеньев вокруг оси X в пределах угла, допускаемого сферическим соединением.

Кроме того, в механизме сателлиты можно соединить кинематической связью, включающей подвижное звено 11, три вращательные кинематические пары 12, 13, 14 и подвижное звено 15. Это позволит оси входного и выходного звеньев поворачивать вокруг оси X на любой угол. Изменяя длину звеньев 11 или 15, соединяющих сателлиты, можно передавать движение на

любое практически необходимое расстояние.

Числа зубьев колес в предложенном механизме выбираются с соблюдением требований, предъявляемых при проектировании сателлитных механизмов, но с обязательным выполнением дополнительных условий: , где Z - число зубьев соответствующего зубчатого колеса или сателлита.

Угловые скорости водил 4 и 5 при этом получают значения, которые связаны зависимостью:

0)5 ЙМ

Гуу8 31ПО4 rwg Sin «5

где со - угловая скорость звена;

а - угол поворота соответствующего водила от начального положения;

rw - радиус начальной окружности соответствующего сателлита.

Очевидно, что при rwe rwg; (аа, - , т.е. водило 5 будет совершать полный оборот за один оборот водила 4. Оси входной и выходной ступени 1 и 2 размещены с эксцентриситетом АХ ±2(rwg- TWB). где АХ - расстояние между осями водил 4 и 5 по оси X; rw - радиус начальной окружности соответствующего сателлита.

Преобразующий зубчатый механизм работает следующим образом.

При вращении водила 4 движение передается на сателлит 8, у которого точки, расположенные на его начальной окружности, будут двигаться по прямым, проходящим через геометрический центр центрального колеса 6. Так как сателлиты соединены в точках, лежащих на их начальных окружностях, то при прямолинейном возвратно-поступательном перемещении сферической пары 10 по оси X это движение преобразуется в планетарной передаче в сложное вращательное движение сателлита 9 и возвратно-вращательное водила 5,

Числа зубьев колес, выбраны из условия и , где Z - число зубьев соответствующего зубчатого колеса или сателлита, что позволяет обеспечить преобразование вращательного движения входной ступени в возвратно-вращательное выходной,

Предлагаемое соединение колес обеспечивает максимальный угол размаха водила 5, который определяется соотношением

2г«8+ДХ.

а-л-arccQS

2 rwg

- arccos

2 rwe-AX 2 rwg

где rw - радиус начальной окружности соответствующего сателлита;

а - угол размаха водила 5;

АХ - расстояние между осями водил 4 и 5 по оси X.

Из приведенных формул видно, что угол размаха водила 5 можно не только задавать в стадии проектирования, выбирая rwg и rwg, но и изменять в процессе эксплуатации механизма, варьируя значениями ЛХ в заданных пределах. Очевидно, что при этом будет меняться и закон изменения угловых скоростей водила.

Кроме того, в пределах, допускаемых сферической парой 10, в процессе наладки или даже во время работы планетарные ступени 1 и 2 могут быть повернуты относительно друг друга вокруг оси X.

Предлагаемый малогабаритный преобразующий механизм обеспечит при его применении в приводах, например- строгальных станков, механических прессов, качающихся конвейеров увеличение КПД с 16 до 94%; уменьшение габаритов приводов; уменьшение металлоемкости конструкций; снижение энергетических затрат в 5-6 раз, а также требований к точности изготовления элементов приводов; уменьшение затрат на изготовление, монтаж и наладку;

уменьшение инерционных нагрузок в приводах, повышение долговечности и надежности их работы, увеличение межремонтных сроков, повышение производительности машин в среднем в 4 раза.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1.Преобразующий зубчатый механизм, содержащий корпус, размещенные в нем две планетарные ступени, каждая из которых имеет неподвижные центральные колеса с внутренними зубьями, входное и выходное водила с сателлитами, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, сателлиты

по начальным окружностям кинематически соединены между собой, а отношение чисел зубьев центральных колес и сателлитов равно двум.

2.Механизм по п. 1 /отличающий-. с я тем, что кинематическая связь представляет собой по меньшей мере одну вращательную кинематическую пару.

3.Механизм по п.2, отличающийся тем, что вращательная кинематическая

пара выполнена сферической.

4.Механизм по п.1, о т л и ч а ю щ и и - с я тем, что кинематическая связь выполнена из двух подвижных звеньев и трех кинематических пар.

Изобретение м.б. использовано в машиностроении. Цель -расширение функциональных возможностей. Преобразующий зубчатый механизм содержит корпус 3, две планетарные ступени 1 и 2. Каждая ступень имеет центральные колеса б и 7, входное и выходное водила 4 и 5 с сателлитами 8 и 9, кинематически соединенными между собой по начальным окружностям. Отношение чисел зубьев центральных колес и сателлитов равно двум. Сателлиты могут быть соединены кинематической связью в виде вращательной пары, сферической пары или двух подвижных звеньев и трех вращательных кинематических пар. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.