Привод криволинейного перемещения
CURVILINEAR MOVEMENT DRIVE

Предлагаемое устройство относится к области машиностроения, роботостроения и может использоваться в пневматическом и гидравлическом оборудовании.
Наиболее эффективно применение устройства в качестве привода криволинейного перемещения подвижных звеньев промышленных роботов, а также устройствах коррекции положения сопрягаемых осесимметричных деталей типа втулка-втулка.
Известны пневматические приводы криволинейного перемещения, в которых для перемещения рабочих органов применяются два сильфона (см. пат. РФ МПК F15B 15/10 №23929 «Привод криволинейного перемещения», Васин В.А., опубл. 20.07.2002 г., Бюл. №20, пат. РФ МПК F15B 15/10 №2215199 «Привод криволинейного перемещения с кольцевым сильфоном», Васин В.А., опубл. 27.10.2003 г., Бюл. №30). Устройства содержат два сильфона, один из которых помещен внутри другого, а торцевые поверхности заглушены, образуя полость, выполненную с возможностью соединения со средством создания давления рабочей среды. Сильфоны установлены таким образом, что их оси не совпадают. Этим обеспечивается криволинейное перемещение за счет силового воздействия рабочей среды.
Данные устройства имеют сложное конструктивное исполнение, ограниченные функциональные возможности и область применения. Рабочий орган может перемещаться только по одной траектории, так как отсутствует управление направлением перемещения.
Известны пневматические приводы криволинейного перемещения, в которых для перемещения органов применяется один сильфон (см. пат. РФ МПК F15B 15/10 №2206011 «Смещенный щелевой затвор с криволинейной траекторией перемещения», Васин В.А., опубл. 10.06.2003 г., Бюл. №16; пат. РФ МПК F15B 15/10, №2206012 «Щелевой затвор с криволинейной траекторией перемещения», Васин В.А., опубл. 10.06.2003 г., Бюл. №16; пат. РФ МПК F15B 15/10, №2215224 «Бескорпусной затвор с криволинейной траекторией перемещения», Васин В.А., опубл. 27.10.2003 г., Бюл. №30). В данных устройствах сильфон выполнен не осесимметричным. У части гофр сильфона центры внешней и внутренней окружностей гофра не совпадают. Конструктивное исполнение сильфона позволяет реализовывать криволинейное перемещение рабочего органа под воздействием давления рабочей среды.
Использование одного сильфона упрощает конструкцию и повышает надежность работы устройств, но необходимость использования сильфона специфической формы усложняет их изготовление. Кроме этого, данные устройства также обладают ограниченными функциональными возможностями и областью применения, реализуя криволинейное перемещение только по одной траектории без изменения направления движения по ней.
Известны приводы криволинейного перемещения, которые имеют расширенную область применения за счет реализации требуемых направлений траекторий криволинейных перемещений. Данные устройства представляют собой механические рычажные приводы, передаточный механизм которых включает два рычага, шарнирно соединенных между собой (см. пат. РФ МПК F25J 15/06 №147155 «Захватный корректирующий модуль», Сысоев С.Н., Литвинов И.С., Юнцзе Цао, опубл. 27.10.2014 г., Бюл. №30; пат. РФ МПК F25J 15/06 №2622071 «Захватный корректирующий модуль», Сысоев С.Н., Литвинов И.С., Мольков А.А, опубл. 09.06.2017 г., Бюл. №16), или один рычаг (см. пат. РФ МПК F25J 15/06 №170165 «Захватный корректирующий модуль», Сысоев С.Н., Литвинов И.С., Овчинников В.А., опубл. 17.04.2017 г., Бюл. №11; пат. РФ МПК F25J 15/06 №128150 «Захватный корректирующий модуль», Сысоев С.Н., Столяров А.В., опубл. 20.05.2013 г., Бюл. №14).
В данных устройствах внешним силовым воздействием осуществляется перекос рычагов, взаимное расположение которых задает направление криволинейного перемещения. Устройства отличаются расширенными функциональными возможностями, однако область их применения ограничена необходимостью создания силового воздействия на рычаги со стороны рабочего органа.
Наиболее близким из известных по технической сущности является устройство (см. пат. РФ МПК F25J 15/06 №2722200 «Привод криволинейного перемещения», Сысоев С.Н., Овчинников В.А., Голубева Т.Н., опубл. 28.05.2019 г., Бюл. №16), включающее поворотный механизм, состоящий из кольцевого сильфона, по оси которого на торцах закреплены две заглушки, образующие герметичную полость, выполненную с возможностью соединения со средством давления, а в полости на заглушках по оси сильфона закреплена гибкая нерастяжимая тяга.
Устройство работает следующим образом. В исходном положении полость соединена через распределитель с атмосферой. Сильфон за счет упругости гофр занимает симметричное относительно оси положение. Заглушки располагаются параллельно друг другу. Внешним силовым воздействием, перекосом одной заглушки относительно другой задают направление криволинейного перемещения. Для осуществления движения приводом криволинейного перемещения создают в полости сильфона давление рабочей среды. Силовое воздействие от избыточного давления приводит к криволинейному перемещению рабочего органа в направлении заданного перекоса. Однако реализация криволинейного перемещения по заданной траектории только в одном направлении ограничивает область его применения.
При сборке осесимметричных деталей типа «втулка-втулка» с ограниченными торцевыми поверхностями существуют ситуации, когда направление перемещения коррекции положения сопрягаемой детали может совпадать с направлением перекоса детали и может быть противоположным (см. Сысоев С.Н. и др., Исследование граничных условий применения рычажных корректирующих устройств при сопряжении осесимметричных изделий, Журнал «Успехи современной науки», том. 1, №2, 2017, с. 124-128).
Известно определение требуемого направления перемещения сопрягаемой детали (см. Заявка на патент РФ МПК В23Р 11/00, В23Р 19/10, №2018135015 «Способ сборки деталей», Сысоев С.Н., Овчинников В.И., Гребняков П.М., опубл. 03.04.2020 г., Бюл. №10), в котором направление определяют по величине осевого силового взаимодействия сопрягаемых деталей. Однако отсутствуют устройства, реализующие в процессе сборки изменение направления корректирующего перемещения на противоположное направлению перекоса детали.
Данное устройство повышает эффективность работы привода путем увеличения силовых характеристик при сохранении его массогабаритных параметров, однако не позволяет управлять направлением криволинейного перемещения, включая изменение направления перемещения на противоположное.
Таким образом, в данном устройстве и всех известных, отсутствует возможность управления направлением криволинейного перемещения.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения управления направления криволинейного перемещения.
Поставленная задача достигается тем, что в приводе криволинейного перемещения, включающим кольцевой сильфон, по оси которого на торцах закреплены две заглушки, связанные между собой гибкой тягой, образующие герметичную полость, выполненную с возможностью соединения со средством давления рабочей среды, по оси сильфона установлен механизм управления направлением криволинейного перемещения, выполненный в виде рычага, установленного по оси сильфона в одной заглушке и шарнирно закрепленного в ней средней частью с возможностью перекоса относительно оси сильфона, а на конце рычага, расположенного в полости сильфона, закреплена гибкая тяга, соединенная по оси сильфона с центром другой заглушки.
Пример предлагаемого устройства представлен на чертежах, где показаны направления криволинейных перемещений (фиг. 1), этапы работы привода при сборке осесимметричных деталей с ограниченными торцевыми поверхностями (фиг. 2) и вид общий механизма (фиг. 3) с управлением направления криволинейного перемещения, соответственно: влево (фиг. 3, а); вправо (фиг. 3, б); вперед (фиг. 3, в); назад (фиг. 3, д).
пит
В приводе криволинейного перемещения (фиг. 1, а) торцевые поверхности сильфона 1 закрыты заглушками 2 и 3. На нижней заглушке закреплен рабочий орган 4, например, представляющий собой сопрягаемую деталь «крышка», предназначенная для установки в отверстие детали типа «втулка». В сильфоне образована герметичная полость А, выполненная с возможностью соединенная через распределитель 5 с давлением питания р воздуха.
В полости А закреплена гибкая нерастяжимая тяга 6, один конец которой закреплен по оси сильфона на заглушке 3. Другой конец закреплен на конце рычага 7, шарнирно установленного по оси сильфона в заглушке 2. Рычаг 7 выполнен с возможностью перекоса относительно оси сильфона, отводя точку крепления тяги от оси сильфона.
Устройство работает следующим образом.
В исходном положении (фиг. 1, а) полость А соединена через распределитель 5 с атмосферой. Сильфон 1 за счет упругости гофр занимает симметричное относительно оси положение. Заглушки располагаются параллельно друг другу.
Например, при необходимости осуществления криволинейного перемещения детали 4 в направлении против часовой стрелки, рычаг 7 также поворачивают против часовой стрелки на угол α управления. Тяга 6 перекашивается относительно оси сильфона и создаваемый крутящий момент поворачивает заглушку 3 в данном направлении.
пит
Включением распределителя 5 (фиг. 1, в) соединяют полость А с р воздуха. Создается крутящий момент на заглушку 2 в направлении смещения относительно оси сильфона крепления тяги 7, что приводит к криволинейному перемещению детали 4 против часовой стрелки на угол β. Чем больше величина давления в полости А, тем больше величина криволинейного перемещения.
пит
При необходимости осуществления криволинейного перемещения рабочего органа 1 в направлении по часовой стрелке, рычаг 7 поворачивают по часовой стрелке. Верхнее крепление тяги 6 смещается влево относительно оси сильфона (фиг. 1, г). Включением распределителя 5 (фиг. 1, д) соединяют полость А с р воздуха. Создается крутящий момент на заглушку 2 в направлении смещения относительно оси сильфона крепления тяги 6, что приводит к криволинейному перемещению детали 4.
При выключении распределителя 5 полость А соединяется с атмосферой, уменьшается величина избыточного давления до нуля и устройство занимает исходное положение.
В известных аналогичных устройствах направление криволинейного перемещения задается изменением положения сопрягаемой детали с использованием внешних силовых воздействий на нее. Однако в них отсутствует возможность управления, изменения направления криволинейного перемещения, например, на противоположное ранее заданному.
Пример работы предлагаемого устройства при сборке осесимметричных деталей с ограниченными торцевыми поверхностями показан на рис. 2.
В исходном положении (рис. 2, а) устройство расположено над втулкой, в отверстие которой необходимо установить крышку 4. При этом их оси сопрягаемых деталей смещены относительно друг друга на величину Δ.
Устройство перемещают в направлении втулки до соприкосновения сопрягаемых деталей торцевыми поверхностями (рис. 2, б). Дальнейшее перемещение приводит к перекосу крышки 4 в направлении требуемого ее корректирующего перемещения. Возникает перекос тяги 6 и поворот рычага 7 против часовой стрелки (рис. 2, в). Если соединить полость А с давлением рабочей среды, то будет выполняться криволинейное перемещение крышки 4 против часовой стрелки, то есть в противоположном направлении требуемому.
Для изменения направления криволинейного перемещения рычаг 7 поворачивают по часовой стреле ((рис. 2, г), изменяя геометрию сильфона и относительное положение заглушек.
Включение распределителя 5, создание давления рабочей среды в полости А приводит к перемещению крышки 4 влево (рис. 2, д). Данное перемещение крышки приводит к ее установке в отверстие втулки (рис. 2, е).
Таким образом, предлагаемое техническое решение расширяет функциональные возможности за счет обеспечения управлением направления криволинейного перемещения.
Макетирование, проведенные натурные исследования предлагаемого устройства подтвердили его работоспособность, эффективность и промышленную применимость.