Гидропривод вращательного действия Советский патент 1992 года по МПК F15B15/06 F16H39/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к приводам машин, и может быть использовано в механизмах поворота промышленных роботов.

Известен привод вращательного действия, содержащий закрепленное на валу зубчатое колесо, с которым входят в зацепление две диаметрально противоположные шестерни, кинематически связанные через муфты одностороннего действия, управляемые вспомогательными цилиндрами с соответствующими ведомыми шестернями. Последние взаимодействуют с зубчатой рейкой, жестко соединенной со штоком пневмоцилиндра. При поочередной

подаче рабочей среды в камеры цилиндров шток с рейкой совершает возвратно-поступательное движение. При каждом реверсе шток производит одновременное переключение вспомогательных цилиндров муфт. В результате этого шестерни поочередно вводятся в зацепление с рейкой, что обеспечивает вращение вала в бдном направлении (см. заявку Японии № 60-56101, кл, F 01 В 9/04, заявлено 06.09.83; № 58-164866; опуб- лик. 01.04,85).

Недостатками данного привода являются:

- сложность конструкции и, кик следствие, низкая надежность устройства;

VJ

О1 Os

о а

ND

-невысокий КПД в результате потерь мощности в промежуточной зубчатой передаче;

-ограниченное быстродействие, так как s рабочий цикл входит время срабатывания муфт, управляемых цилиндрами.

Известен привод вращательного действия, содержащий корпус с установленным блоком цилиндров с плунжерами, которые снабжены зубчатыми рейками, взаимодействующими с зубчатым колесом, закрепленным на валу, и устройство для взаимного перемещения блока цилиндров и зубчатого колеса (см. а. с. СССР № 735821, кл. F 03 С 1/06, F 15 В 15/06).

По сравнению с предыдущим этот привод имеет более высокий КПД и быстродействие, что обеспечивается отсутствием промежуточных зубчатых передач и управляемых муфт.

Однако недостаток данного привода заключается в его сложности и громоздкости, связанной с применением двух цилиндров с плунжерами. Эта конструкция не позволяет гарантировать синхронную работу плунжерам. Рассогласование в их совместной работе влечет неравномерность вращения выходного вала и резкие перепады крутящего момента на выходе.

Известен также привод вращательного действия, содержащий основание, зубчатые рейки, связанные с поршнем силового цилиндра и расположенные по обе стороны зубчатого колеса с возможностью поочередного взаимодействия с ним, переключающий цилиндр, связанный с корпусом силового цилиндра, и вилку, шарнирно установленную на основании, в которой с возможностью продольного перемещения размещены зубчатые рейки. При этом поршень переключающего цилиндра жестко за- креплен на основании, а его корпус шарнирно соединен с корпусом силового цилиндра, который шарнирно установлен на основании (см. а. с. СССР № 1224471, кл. F 15 В 15/06).

Ось силового цилиндра под действием переключающего цилиндра осуществляет хачательное движение, тем самым поочередно вводя в зацепление с зубчатым колесом одну из реек, выполняя возвратно-поступательное движение, взаимодействующая с колесом рейка поворачивает его на определенный угол, предопределяемый ходом поршня.

К недостаткам данного устройства следует отнести:

-низкую работоспособность и долговечность, так как невозможно обеспечить

нормальное зацепление между зубьями колеса и консольно закрепленной рейки;

- невысокие динамические параметры работы устройства (точность воспроизведения заданного закона движения, быстроходность и т. д.) и малая нагрузочная способность.

Наиболее близким к заявляемому приводу по технической сущности и достигае0 мому эффекту при эксплуатации является гидропривод, устройство которого представлено в авторском свидетельстве СССР № 1513251, кл. F 16B 15/06.

Известное устройство содержит ци5 линдр с поршнем и штоком, подключенный к системе подачи и отвода рабочей среды; зубчатые рейки, закрепленные параллельно на подвижном элементе цилиндропоршне- вой группы; зубчатое колесо, установленное

0 на валу и расположенное между зубчатыми рейками с возможностью поочередного взаимодействия; переключающее устройство.

Известное устройство, так же как и заявленное, отличается от описанных анало5 гов простотой конструкции и лучшими динамическими характеристиками.

Вместе с тем недостатками этого устройства являются его малая долговечность и низкая надежность, обусловленные не0 прерывным изменением пятна контакта и зазоров в зубчатом зацеплении ввиду слож- носогласованного движения зубчатой рейки относительно колеса (поступательное перемещение и поворот относительно точки

5 шарнирного закрепления штока). Закрепление реек на корпусе цилиндра, находящегося в движении, влечет за собой увеличение подвижных масс, а следовательно, и сил инерции. Все это ухудшает условия работы

0 зубчатых передач, ведет к их быстрому износу и тем самым снижает долговечность привода в целом.

Более того, использование в переключающем устройстве ряда механически взаи5 модействующих элементов (стержня, упоров, лысок на зубчатых рейках), которые изнашиваются в процессе работы, приводит к рассогласованию рабочих движений и в конечном итоге также снижает эксплуата0 ционные характеристики привода

Подача рабочей среды к находящемуся в движении цилиндру требует специальных конструктивных решений устройств для ее подвода, дополнительно снижая надеж5 ность привода в целом.

Таким образом, проблема состоит в том, чтобы создать гидропривод вращения, который благодаря улучшению параметров зацепления зубчатая рейка - колесо, уменьшению сил инерции и отказа от механически взаимодействующих элементов управления имел бы большую надежность и долговечность Такой привод должен иметь возможность установки в узлах промышленных роботов и манипуляторов, т. е. быть довольно компактным и имеющим большой ресурс времени наработки на отказ.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение надежности гидропривода вращательного действия.

Использование заявляемого гидропривода вращательного действия благодаря совокупности существенных признаков, указанных в формуле изобретения, обеспечивает получение эффекта, являющегося целью изобретения, т е упрощение конструкции и повышение надежности.

Существенными признаками заявляемого технического решения, общими с существенными признаками устройства, принятого за прототип, являются подключенная к системе подачи и отвода рабочей среды цилиндропоршневая группа со штоком; зубчатые рейки параллельно закрепленные на подвижном элементе цилиндропоршневой группы, зубчатое колесо, расположенное между зубчатыми рейками и имеющее возможность поочередного взаимодействия с ними; подвижные упоры, снабженные приводами и установленные снаружи реек с возможностью силового взаимодействия с ними; в рабочих камерах цилиндров выполнены отверстия, подключенные к системе подачи и отвода рабочей среды

Новыми существенными признаками заявляемого технического решения являются: снабжение гидропривода направляющими; а штоке выполнены пазы; направляющие размещены в этих пазах и жестко связаны с зубчатыми рейками; поршень со штоком установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения совместно с рейками.

В устройстве, принятом за прототип, цилиндропоршневая группа закреплена шарнирно и одновременно совершает возвратно-поступательное и поворотное движения. Тем самым зубчатая рейка вводится и выводится в зацепление с колесом, при этом пятно контакта непрерывно изменяется. Последнее отрицательно влияет на надежность и долговечность механизма. Отрицательное значение имеют для надежности и долговечности также следующие, свойственные данному устройству, особен- ностия: закрепление зубчатых реек на подвижном корпусе цилиндра, что значительно увеличивает инерционные Ш- лы; подвод рабочей среды к цилиндру, который совершает движение по сложной траектории; переключающее устройство содержит значительное число механически контактирующих элементов, подверженных износу

Заявляемое техническое решение обладает новыми существенными признаками, благодаря которым упрощается конструкция гидропривода и повышается его надежность. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает положительный эффект за счет наличия у него свойств, которые не были присущи прототипу.

Поставленная цель достигается тем, что гидропривод вращательного действия, содержащий цилиндр, поршень со штоком, размещенный в цилиндре с образованием двух рабочих камер; систему подачи и отвода рабочей среды; зубчатые рейки, установленные параллельно с возможностью совместного перемещения вдоль оси цилиндра и перпендикулярно ей; зубчатое колесо, расположенное между рейками с возможностью поочередного взаимодействия с ними, и подвижные упоры, снабженные приводами, которые установлены снаружи реек с возможностью поочередного взаимодействия с ними, причем в рабочих камерах выполнены отверстия, подключенные к системе подачи и отвода рабочей среды, снабжен направляющими, в штоке выполнены пазы, направляющие размещены в этих пазах и жестко связаны с зубчатыми рейками, а поршень со штоком установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения совместно с рейками.

Выполнение устройства с совокупностью признаков, указанных в п. 1 формулы изобретения, позволяет за счет обеспечения лучших условий работы зубчатого зацепления (в частности, постоянства пятна контакта и уменьшения зазоров), снижения сил инерции, действующих на несущие конструктивные элементы, уменьшения числа механически взаимодействующих деталей, упростить конструкцию и повысить ее надежность.

Упомянутые в п. 1 формулы подвижные упоры предназначены для координированного введения в зацепление зубчатой рейки и колеса в соответствии с направлением движения поршня. Их привод может быть выполнен в виде какого-либо технического решения, обеспечивающего движение упора, перемещающего зубчатую рейку в направлении колеса, в момент достижения поршнем крайней мертвой точки.

Наиболее эффективным является использование для этой цели устройства, имеющего совокупность признаков, которые

указаны в п. 2 формулы. При этом в рабочих камерах цилиндра выполняются дополнительные отверстия, приводы упоров выполнены в виде цилиндров с мембранами, соединенными с упорами, причем подмемб- ранные полости этих цилиндров сообщены с рабочими камерами и с системой подачи и отвода рабочей среды посредством дополнительных отверстий, причем последние расположены на уровне нижних мертвых точек поршня, соответствующих максимальным объемам рабочих камер. Это техническое решение отличается простотой и минимальным количеством механически взаимодействующих элементов, что, в свою очередь, увеличивает надежность гидропривода вращательного действия в целом.

На чертеже изображено устройство гидропривода вращательного действия.

Гидропривод содержит цилиндр 1 с двумя рабочими камерами, в которых размещены поршни со штоком 2, В каждом из штоков выполнен паз, в котором с возможностью продольного перемещения размещена направляющая 3. Последние жестко связаны с параллельными зубчатыми рейками 4, Между рейками 4 с возможностью вращения установлено зубчатое колесо 5, закрепленное на выходном валу привода.

Расстояние между рейками 4 превышает наружный диаметр зубчатого колеса 5. Это предотвращает взаимодействие зубчатого колеса 5 с обемми рейками 4 одновременно.

Тыльной стороной каждая зубчатая рейка 4 взаимодействует с соответствующим подвижным упором 6, который закреплен на мембране 7. Положение мембраны регулируется подачей и отводом рабочей среды в подмембранные полости 8, которые связаны через дополнительные отверстия 9 в теле цилиндра и систему подачи и отвода рабочей среды 10 с рабочими камерами цилиндра 1. Рабочая среда подается к камерам цилиндра 1 через отверстие 11 посредством системы 10. Отверстия в цилиндре расположены следующим образом: отверстие 9 - на уровне нижней мертвой точки механизма; отверстие f 1 - в области верхней мертвой точки механизма.

Гидропривод вращательного дейстёия функционирует следующим образом.

Рабочая среда подается через отверстие 11 в одну из рабочих камер цилиндра и одновременно через отверстие 9 отводится и поступает в подмембранную полость 8, тем самым прогибая мембрану 7 и перемещая упор 6. Последний взаимодействует с одной из зубчатых реек 4, которая, перемещаясь совместно с направляющими 3 вдоль

пазов в штоках 2, входит в зацепление с зубчатым колесом 5. Одновременно обеспечивается зазор между зубчатым колесом 5 и другой зубчатой рейкой 4,гарантирующий

их бесконтактное движение. Под воздействием давления рабочей среды поршень совместно со штоком 2 перемещается поступательно и через направляющую 3 передает движение зубчатой рейке 4, которая

0 приводит во вращение зубчатое колесо 5 и выходной вал гидропривода, на котором оно жестко закреплено. По достижению поршнем нижней мертвой точки открывается отверстие 9, что обеспечивает передачу

5 давления (как управляющего фактора) к системе подачи и отвода рабочей среды 10. Эта система, выполненная по одной из известных на практике схем (например, на базе унифицированных функциональных

0 блоков типа БФ (ТУ 2-053-1739-85) или модульного гидроблока управления мод. Г-36- 54(ТУ2-05-1594-82) и т. д., осуществляет реверсивное движение поршня со штоком 2 и переключение подачи рабочей среды к

5 противоположным рабочей полости цилиндра 1 и подмембранной полости 8. В результате этого поршень со штоком 2 (соответственно и взаимосвязанная с ним зубчатая рейка 4) изменяет направление по0 ступательного движения на противоположное, а упор 6 вводит в зацепление с зубчатым колесом 5 другую рейку 4. Рейка 4, перемещаясь совместно с направляющей 3 вдоль паза, обеспечивает зазор между

5 зубчатым колесом 5 и находившейся ранее в зацеплении зубчатой рейкой 4 Под давлением рабочей среды поршень со штоком 2 движется в противоположные первоначальному направлении и, воздействуя через на0 прэвляющую 3 на зубчатую рейку 4, обеспечивает непрерывное вращение зубчатого колеса 5 Достигнув нижней мертвой точки данной рабочих камер цилиндра 1, происходит очередное соответствующее пе5 реключение подачи и отвода рабочей среды к противоположной рабочей камере цилиндра 1 и подмембранной полости 8. Цикл повторяется.

Необходимо отметить, что, варьируя

0 подключение рабочих камер цилиндра 1 и подмембранных полостей 8, вводящих в зацепление с колесом 5 соответствующую зубчатую рейку 4, можно обеспечить вращение выходного вала как по часовой, так и против

5 часовой стрелки. При подаче рабочей среды в левую рабочую камеру цилиндра 1 и нижнюю подмембранную полость 8 с последующим переключением на правую рабочую камеру цилиндра 1 и верхнюю подмембранную полость 8 достигается вращение выходного вала гидропривода против часовой стрелки. В случае, когда рабочая среда одновременно подается в левую рабочую камеру цилиндра 1 и верхнюю подмембранную полость 8 с последующим переключением на правую рабочую камеру цилиндра 1 и нижнюю подмембранную полость 8. зубчатое колесо 5, а следовательно, и выходной вал гидропривода вращается по часовой стрелке. Реверс вращения выходного вала осуществляется за счет ручного переключения системы подачи и отвода рабочей среды 10.

Формула изобретения 1. Гидропривод вращательного действия, содержащий цилиндр, поршень со штоком, размещенный в цилиндре с образованием двух рабочих камер, систему подачи и отвода рабочей среды, зубчатые рейки, установленные параллельно с возможностью совместного возвратно-поступательного перемещения вдоль оси цилиндра и перпендикулярно ей, зубчатое колесо, расположенное между рейками с возможностью поочередного взаимодействия с ними, и подвижные упоры, снабженные приводами и установленные снаружи реек с возможностью силового взаимодействия с ними, причем в рабочих камерах

выполнены отверстия, подключенные к системе подачи и отвода рабочей среды, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, гидропривод снабжен направляющими, в штоке выполнены пазы, направляющие размещены в этих пазах и жестко связаны с зубчатыми рейками, а поршень со штоком установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения совместно с

рейками.

2. Гидропривод по п. 1, о т л и ч а ю щ и- й с я тем, что в рабочих камерах выполнены дополнительные отверстия, приводы упоров выполнены в виде Цилиндров с мембранами, соединенными с упорами, причем эти цилиндры сообщены с рабочими камерами и с системой подачи и отвода рабочей среды посредством дополнительных отверстий, а последние расположены на уровне нижних

мертвых точек, соответствующих максимальным объемам рабочих камер.

Использование: в машиностроении, в приводах машин, в частности в механизмах поворота промышленных роботов. Сущность изобретения: гидропривод содержит цилиндр (Ц) 1, размещенный в нем с образованием двух рабочих камер поршень (П) 2, систему 10 подачи и отвода рабочей среды, зубчатые рейки (Р) 4, установленные с возможностью перемещения и поочередного взаимодействия с зубчатым колесом (К) 5, и подвижные упоры (У) 6. Гидропривод снабжен направляющими (Н) 3, размещенными в пазах штока Л 2 и жестко связанными с Р 4. П 2 установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения совместно с Р 4. В рабочих камерах выполнены отверстия 9,11, подключенные к системе 10. Причем отверстия 9 расположены на уровне нижних, а 11 - на уровне верхних мертвых точек. Приводы У 6 выполнены в виде цилиндров 8 с мембранами 7. соединенными с У б. Варьируя подключение рабочих камер и подмембранных полостей Ц 8, можно обеспечить вращение К 5 и связанного с ним вала отбора мощности как по часовой стрелке, так и против нее. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

/ f S J .

/// / /W /

(S7-r /