КУЛАЧКОВЫЙ ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МЕХАНИЗМ
CAM SPATIAL MECHANISM

Изобретение относится к области общего машиностроения и может быть использовано в передаточных механизмах для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и вращательное с заданными законами движения.
Известен кулачковый пространственный механизм, превращающий вращательное движение в возвратно-поступательное с заданным законом движения (см. механизм №2878 И.И.Артоболевский «Механизмы в современной технике», том 5, стр.54, Москва, «Наука», 1981 г.).
В этом механизме вращательное движение звена превращается в возвратно-поступательное движение толкателя в неподвижных направляющих, при этом толкатель совершает также вращательное движение вокруг неподвижной оси кулачка. Организовать вращение толкателя вокруг своей продольной оси в таком механизме невозможно.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является кулачковый пространственный механизм с неподвижным кулачком (см. патент РФ №2295664, МПК F16H 25/12). Механизм состоит из цилиндрического (гиперболоидного, конического) кулачка, толкателя с роликом и вращающегося звена. На кулачке установлено зубчатое колесо (сектор), а на вращающемся звене - неподвижная штанга и шестерня, входящая в зацепление с зубчатым колесом (сектором). Толкатель соединен с шестерней с помощью подвижного соединения, а с роликом - через установленный на штанге (штангах) ползун. Цилиндрический кулачок, имеющий паз - неподвижен. При вращении вращающегося звена толкатель совершает сложное движение, состоящее из вращательного движения вокруг неподвижной оси цилиндрического кулачка, возвратно-поступательного движения вдоль направляющей вращающегося звена параллельно образующей кулачка и вращательное движение вокруг своей продольной оси.
Недостатком этого механизма является то, что количество оборотов толкателя вокруг своей продольной оси при использовании зубчатого сектора (когда необходимо получить вращение толкателя на участке меньшем 360° с необходимым центральным углом) ограничено и составляет в заданных габаритах величину, пропорциональную отношению делительных диаметров зубчатого сектора и шестерни.
Задачей настоящего изобретения является увеличение количества оборотов толкателя вокруг своей продольной оси в заданных габаритах механизма.
Решение технической задачи достигается тем, что в кулачковом пространственном механизме, содержащем неподвижный цилиндрический (гиперболоидный, конический) кулачок, вращающееся звено с неподвижной штангой и звездочкой, и толкатель с роликом, соединенный со звездочкой с помощью подвижного соединения, а с роликом с помощью установленного на штанге ползуна, неподвижный кулачок оснащен сектором-направляющей и двумя натяжными звездочками, охватываемыми бесконечной втулочно-роликовой цепью, а на вращающемся звене дополнительно установлена большая звездочка, входящая в зацепление с бесконечной втулочно-роликовой цепью.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом механизме звездочка, установленная во вращающемся звене, обкатывается по удерживаемой сектором-направляющей и натяжными звездочками бесконечной втулочно-роликовой цепи, которая получает дополнительное движение, противоположенное вращению вращающегося звена, от большой звездочки, что увеличивает количество оборотов толкателя вокруг своей оси за время обкатывания звездочки по сектору-направляющей.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый механизм отличается типом передачи (цепная вместо зубчатой) конструктивным исполнением звездочки, вращающегося звена, сектора-направляющей и дополнительно оснащен двумя натяжными звездочками, охватываемыми вместе с сектором-направляющей бесконечной втулочно-роликовой цепью, и большой звездочкой, что позволяет придать толкателю дополнительное количество оборотов вокруг его продольной оси за время обкатывания сектора-направляющей. Таким образом, заявляемый механизм соответствует критерию «новизна».
Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями не выявило в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «существенные отличия».
Техническое решение поясняется чертежом.
На фиг.1 изображен общий вид механизма.
На фиг.2 изображен разрез Ж-Ж.
На фиг.3 изображен общий вид механизма с коническим кулачком.
На оси А-А кулачка 1 установлено вращающееся звено 2, на котором смонтированы звездочка 3 и штанга 4. Штанга 4 установлена на звене 2 неподвижно, а звездочка 3 с возможностью вращения во втулке 5 звена 2. Толкатель 6 проходит звездочку 3 и закреплен в ползуне 7 с помощью кольца 8 и штифта 9. Соединение толкателя 6 со звездочкой 3 подвижное шпоночное (шлицевое или профильное), а с ползуном 7 - с возможностью вращения вокруг оси С-С во втулке 10. С ползуном 7 жестко соединена ось 11 ролика 12. Сам ползун 7 с помощью шпоночного (шлицевого, профильного) соединения смонтирован на штанге 4.
На вращающемся звене 2 закреплена большая звездочка 13.
На кулачке 1 установлены сектор-направляющая 14 и две натяжные звездочки 15, которые охвачены бесконечной втулочно-роликовой цепью 16, зацепляющейся со звездочкой 3 с одной стороны и с большой звездочкой 13 с другой стороны.
При вращении звена 2 по направлению Б вокруг оси А-А кулачка 1 толкатель 6 вращается вместе с ним, при этом ролик 12, взаимодействуя с пазом «а» кулачка 1, придает ползуну 7, а следовательно, и соединенному с ним толкателю 6 возвратно-поступательное движение по направлению «Д» параллельному образующей цилиндрического (конического, гиперболоидного) кулачка 1.
При этом толкатель 6 перемещается в звездочке 3 звена 2, а ползун 7 по штанге 4. Т.к. звездочка 3 находится в зацеплении с втулочно-роликовой цепью 16, то она, обкатываясь вокруг сектора-направляющей 15, начинает вращаться вокруг оси С-С толкателя 6 по направлению В во втулке 5 звена 2. Поскольку толкатель 6 соединен со звездочкой 3 с помощью подвижного шпоночного (шлицевого, профильного) соединения, то толкатель 6 не только перемещается по направлению Д, но также и вращается по направлению В, во втулке 10 ползуна 7.
Так как вместе с вращением звена 2 вращается большая звездочка 13, то она перемещает втулочно-роликовую цепь 16 по направлению Е (навстречу движению звездочки 3), увеличивая тем самым количество оборотов звездочки 3 по сравнению с механизмом, имеющим неподвижный зубчатый сектор.
Если в прототипе, как указывалось выше, количество оборотов шестерни пропорционально отношению делительных диаметров зубчатого сектора и шестерни, то в предлагаемом механизме количество оборотов толкателя 6 увеличится на величину пропорциональную отношению делительных диаметров большой звездочки 13 и звездочки 3. Коэффициент пропорциональности в обоих случаях равен отношению угла поворота звена 2 за время обкатывания звездочки 3 по сектору-направляющей 15 к полному обороту звена 2.
Таким образом, в заданных габаритных размерах предлагаемый механизм обеспечивает большее количество оборотов толкателя 6 за время обкатывания звездочки 3 по сектору-направляющей 14.
При использовании конического кулачка ось вращения звездочки 3 находится под некоторым углом к вертикали параллельно образующей конической поверхности кулачка 1 (см. фиг.3). Этот угол зависит от зазора между зубом звездочки 13 и внутренними пластинами звена втулочно-роликовой цепи 16. Например, для шага 12.7 мм нормальное зацепление звездочки 3 с втулочно-роликовой цепью 16 обеспечивается при величине угла наклона образующей конического кулачка 1 к вертикали не превышающей 7.5 градусов.