ЗУБЧАТЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ В ВОЗВРАТНО-ВРАЩАТЕЛЬНОЕ
TOOTHED CONVERTER OF ROTATION MOTION TO ROTATION AND RECIPROCATING MOTION

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к механизмам преобразования вращательного движения в возвратно-вращательное и наоборот.
Существует достаточно большое количество механизмов преобразования вращательного движения во возвратно-вращательное, к аналогам можно отнести следующие механизмы.
Широко известный шарнирный четырехзвенник, состоящий из кривошипа, соединенного вращательной кинематической парой с шатуном, который в свою очередь с помощью вращательной кинематической пары соединяется с коромыслом (Смелягин А.И. Структура механизмов и машин: Учебное пособие. - М.: Выш. шк., 2006. - 304 с., стр.89, рис.2.31).
Основными недостатками шарнирного четырехзвенника, при его относительной простоте, являются сравнительно большие габариты и невысокий коэффициент использования объема.
Широко известный кулисный механизм, состоящий из кривошипа, с закрепленным на нем во вращательной кинематической паре камне (ползуне) и кулисы соединяющейся через вращательную кинематическую пару с корпусом и через поступательную кинематическую пару с камнем (Смелягин А.И. Структура механизмов и машин: Учебное пособие. - М.: Выш. шк., 2006. - 304 с., стр.89, рис.2.32).
Данная конструкция также имеет ряд недостатков, она отличается, сравнительно большими габаритами и невысоким коэффициентом использования объема, а также наличием поступательной кинематической пары, передающей значительную нагрузку, которая имеет тенденцию быстро изнашиваться, что резко снижает ресурс механизма.
Известный механизм передачи движения, включающий в себя корпус, входной вал на упорных подшипниках, преобразователь качательного движения входного вала во вращательное движение выходного вала, выходной вал на упорных подшипниках и снабженный маховиком, отличающийся тем, что механизм передачи движения выполнен двухступенчатым, причем первая ступень включает в себя шестерню входного вала и находящиеся с ней в зацеплении две одинаковые шестерни, снабженные кривошипными пальцами и расположенные симметрично относительно вертикальной оси вращения входного вала, а вторая ступень включает в себя шестерню выходного вала и находящиеся с ней в зацеплении две одинаковые шестерни, снабженные кривошипными пальцами и расположенные симметрично относительно вертикальной оси вращения выходного вала, причем кривошипные пальцы первой и второй ступеней попарно соединены коромыслами (патент РФ №2239739 F16H 21/40, F01C 9/00).
Конструкция данного механизма передачи движения позволяет использовать его также и для преобразования вращательного движения в возвратно-вращательное. Однако исследование его структуры показывает, что он основан на 2-х параллельно установленных шарнирных четырехзвенниках (меньшие шестерни с пальцами - кривошипы, коромысла - шатуны, большие шестерни с пальцами - коромысла), к которым присоединены дополнительные звенья, при этом возвратно-вращательное движение в данном механизме обеспечивается именно за счет шарнирного четырехзвенника, недостатками которого, как было сказано выше, являются сравнительно большие габариты и невысокий коэффициент использования объема.
Известный кулисно-рычажный механизм, включающий ведущее звено, содержащее кривошип, выполненный в форме диска, установленного с возможностью вращения вокруг оси с эксцентрично установленным пальцем, ведомое звено, включающее две параллельные направляющие, образующие кулису, установленную между двумя опорами с возможностью взаимодействия с пальцем, отличающийся тем, что направляющие кулисы выполнены цилиндрическими одинакового диаметра и связаны с опорами соединительным элементом, ось которого параллельна осям направляющих, кулиса установлена с возможностью поворота вокруг оси соединительного элемента, а контур поперечного сечения пальца задан уравнениями
,
,
max
где φ - максимальный угол поворота кулисы вокруг соединительного элемента;
l - расстояние между осями направляющих кулисы;
r - радиус направляющей кулисы;
Н - радиус качания кулисы;
L - радиус вращения пальца;
х - ось абсцисс для функции, определяющей контур поперечного сечения пальца;
у - ось ординат для функции, определяющей контур поперечного сечения пальца;
р - параметр функции, причем ру'(х),
а - ширина паза кулисы равна максимальному диаметру пальца (патент РФ №2091641, F16H 21/40).
В кулисно-рычажном механизме присутствует высшая кинематическая пара с точечным касанием между пальцем и направляющими, которое делает невозможным применение данного механизма для передачи средних и значительных усилий из-за чрезвычайно высоких контактных напряжений и как следствие быстрого износа такой кинематической пары.
Таким образом, задачей является создание преобразователя вращательного движения во возвратно-вращательное на принципиально ином принципе получения возвратно-вращательного движения.
Техническим результатом является компактность и при сохранении возможности передачи значительных усилий и значительный ожидаемый ресурс работы, а также возможностью относительно простой динамической балансировки.
Технический результат решается устройством, содержащим корпус, в котором соосно установлены входной и выходной валы, центральное неподвижное зубчатое колесо, жестко закрепленное на корпусе соосно входному валу, эллиптическое зубчатое колесо, установленное на выходном валу, сателлит, состоящий из цилиндрической шестерни и эллиптической шестерни, соединенных валом, водило, установленное на входном валу и соединенное другим концом через вращательную кинематическую пару с валом сателлита, причем, центральное неподвижное зубчатое колесо состоит в зубчатом зацеплении с цилиндрической шестерней сателлита одного с ней размера, а эллиптическая шестерня сателлита состоит в зубчатом зацеплении с эллиптическим зубчатым колесом одного с ней размера, кроме того, эллиптическая шестерня и эллиптическое зубчатое колесо установлены на своих валах таким образом, что ось вращения вала проходит через точку, называемую фокусом делительного эллипса эллиптического зубчатого колеса или эллиптической шестерни сателлита, которая расположена на большой полуоси делительного эллипса на расстоянии с от центра делительного эллипса
где а и b - большая и малая полуось делительного эллипса соответственно, и таким образом, достигается непрерывность их зацепления.
Технический результат достигается за счет того, что в механизме используется только зубчатое зацепление и вращательные кинематические пары, отличающиеся большим ресурсом работы, широким диапазоном передаваемых усилий и высокой компактностью, также тем, что в данном механизме все звенья, кроме выходного, вращаются с постоянной скоростью, в результате чего они могут быть легко сбалансированы.
Сущность изобретения показана на рисунках
Фиг.1. Структурная схема зубчатого преобразователя вращательного движения в возвратно-вращательное.
Фиг.2. Вид А без корпуса.
Фиг.3. Вид Б без корпуса.
Зубчатый преобразователь вращательного движения в возвратно-вращательное состоит из корпуса 1, в котором соосно установлены входной 2 и выходной 3 валы, центрального неподвижного зубчатого колеса 4, жестко закрепленного на корпусе соосно входному валу 2, эллиптического зубчатого колеса 5, установленного на выходном валу 3, сателлита, состоящего из цилиндрической шестерни 6 и эллиптической шестерни 7, соединенных валом 8, водила 9, установленного на входном валу 2 соединенное другим концом через вращательную кинематическую пару с валом сателлита. Центральное неподвижное зубчатое колесо 4 состоит в зубчатом зацеплении с цилиндрической шестерней 6 сателлита, а эллиптическая шестерня 7 сателлита состоит в зацеплении с эллиптическим зубчатым колесом 5. Центральное неподвижное зубчатое колесо 4 состоит в зубчатом зацеплении с цилиндрической шестерней 6 сателлита одного с ней размера, эллиптическая шестерня 7 сателлита состоит в зубчатом зацеплении с эллиптическим зубчатым колесом 5 одного с ней размера, причем эллиптическая шестерня 7 сателлита и эллиптическое зубчатое колесо 5 установлены на своих валах таким образом, что ось вращения вала проходит через точку, называемую фокусом делительного эллипса эллиптического зубчатого колеса 5 или эллиптической шестерни 7 сателлита, которая расположена на большой полуоси делительного эллипса на расстоянии от центра делительного эллипса
где а и b - большая и малая полуось делительного эллипса соответственно, и таким образом, достигается непрерывность их зацепления.
Механизм работает следующим образом
Входному валу 2 сообщается вращательное движение, которое передается водилу 9, благодаря этому цилиндрическая шестерня 6 обкатывается по неподвижному центральному неподвижному зубчатому колесу 4, вращательное движение цилиндрической шестерни сателлита 6 через вал 8 и эллиптическую шестерню 7 передается эллиптическому зубчатому колесу 5 и выходному валу 3, при заданном отношении размеров зубчатых колес и шестерней выходной вал 3 через полный оборот входного вала 2 оказывается в том же положении, однако благодаря переменному передаточному отношению эллиптического зубчатого колеса 5 и эллиптической шестерни 7 совершает возвратно-вращательные движения.
Заявляемый механизм преобразования движения может быть использован в различных устройствах, где требуется преобразование вращательного движения в возвратно-вращательное, в частности в возвратно-вращательных перемешивающих устройствах.