СПОСОБ СТОПОРЕНИЯ ВАЛА, ОСТАНОВЛЕННОГО В ПРОИЗВОЛЬНОМ ПОЛОЖЕНИИ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR ARREST OF SHAFT STOPPED IN ARBITRARY POSITION, AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в машинах и механизмах для стопорения вала, остановленного в произвольном позиционном положении.
При функционировании машин часто требуется фиксация вала после его остановки в произвольном, но обусловленном технологическими требованиями, положении. Известно несколько способов реализации такого стопорения.
Первый способ - механический, основанный на образовании в момент стопорения зацепления между элементами вала и стойки. В этом случае элементы, образующие зацепление, располагаются с определенным шагом на рабочих поверхностях вала и стойки (пат. RU 2055242 С1, МПК F16B 1/00), (А.Ф.Крайнев. Словарь-справочник по механизмам. М.: Машиностроение, 1981, с.343, 389).
Положительными качествами такого способа является стабильность положения фиксируемого вала после стопорения, отсутствие дополнительных внешних сил для удержания вала в положении стопорения и простота технической реализации.
Недостатки способа заключаются в ступенчатости позиционирования и погрешности позиционирования вследствие неизбежности зазоров между элементами механизма стопорения. Если используются дополнительные детали для выборки зазоров, то требуется прикладывать силы для выведения таких деталей из зацепления.
Второй способ - механический, основанный на создании в момент стопорения сил трения между валом и стойкой (А.Ф.Крайнев. Словарь-справочник по механизмам. М.: Машиностроение, 1981, с.359), (а.с. СССР 164420, МПК B66D 5/32).
Положительным качеством этого способа является бесступенчатость позиционирования вала.
Недостатки способа проявляются в необходимости приложения значительных внешних сил для создания сил трения, что негативно сказывается на эксплуатационных свойствах конструкции. Нестабильность сил трения ведет к нестабильности позиционирования вала.
Третий способ - гидравлический, основывается на создании в момент стопорения сопротивления для потока жидкости, перемещающегося вместе с валом (пат. RU 2211797 С2, МПК B66D 5/32), (пат. RU 2001113324 А, МПК B66D 5/32), (бесступенчатый стопор дверей автомобиля BMW 745i).
Достоинствами гидравлического способа являются бесступенчатость позиционирования вала и быстрота процесса стопорения.
К недостаткам способа можно отнести необходимость принятия специальных мер для стабилизации положения вала, компенсации утечек жидкости, высокие требования к технологии реализации.
Главным принципом всех приведенных способов стопорения вала является изменение условий его движения при включении механизма стопорения. Различные способы по-разному реализуют этот принцип изменения условий движения.
По совокупности реализуемых признаков работы в качестве прототипа следует принять третий способ в силу того, что предлагаемый способ также обеспечивает бесступенчатость стопорения и не требует приложения дополнительных внешних сил для обеспечения стопорения вала.
Для обеспечения бесступенчатого стопорения вала и стабильного его положения без приложения к нему дополнительных внешних сил к валу параллельно друг другу присоединяются два передаточных механизма, имеющих одно общее выходное звено. Механизмы обладают одинаковыми передаточными функциями при свободном вращении вала. Один из передаточных механизмов является управляемым и может менять свою передаточную функцию в момент стопорения вала. Таким образом, при различных передаточных функциях выходное звено механизмов двигаться не может и остается неподвижным. Движение звеньев передаточных механизмов, а значит и вала, также становится невозможным, т.е. вал стопорится в том положении, в котором был остановлен.
Аналогов устройства для осуществления предлагаемого способа стопорения вала не выявлено.
На фиг.1 изображена блок-схема, поясняющая предлагаемый способ стопорения вала.
На фиг.2 изображена структурная схема механизма, реализующего предлагаемый способ.
На фиг.3 изображена на виде сбоку структурная схема механизма, реализующего предлагаемый способ, в режиме свободного вращения вала.
На фиг.4 изображена на виде сбоку структурная схема механизма, реализующего предлагаемый способ, в режиме стопорения вала.
На фиг.1 к валу 1 присоединяются входные звенья 2 и 6 передаточных механизмов. От них через кинематические цепи механизмов 3 и 7 движение передается на выходное звено 8, на котором реализуются передаточные функции механизмов в сочетании F1=F1 или F2≠F1 в зависимости от состояния устройства управления 4. Выходное звено либо свободно движется, если реализуется сочетание передаточных функций F1=F1, либо остается неподвижным, если реализуется сочетание функций F2≠F1. В последнем случае вал 1 стопорится.
Устройство, реализующее предлагаемый способ стопорения вала (фиг.2), содержит следующие звенья. Вал 1, подлежащий стопорению. Эксцентрик 2, жестко установленный на валу 1. Вал 3, образующий с эксцентриком 2 кулачковый механизм. На валу 3 жестко установлены параллельно друг другу три коромысла одинаковой длины 4, 5, 6. Коромысло 5 образует кулисный механизм с кулисой 8 и вращающимся кулисным камнем 10. Коромысло 4 образует шарнирный параллелограмм с шатуном 7 и коромыслом 11, которое образует вращательную кинематическую пару с кулисным камнем. Коромысло 6 образует шарнирный параллелограмм с шатуном 9 и коромыслом 12. Шатун 9 образует с коромыслом 6 сферическую кинематическую пару, а с коромыслом 12 - вращательную кинематическую пару. Ось вращения коромысла 12 расположена на одной линии с осями вращения звеньев 10 и 11. Коромысло 11 образует коромыслово-ползунный механизм с шатуном 13 и ползуном 15. Ползун 15 образует поступательную кинематическую пару с кулисой 8. Коромысло 12 образует коромыслово-ползунный механизм с шатуном 14 и звеном 16, которое является составной частью ползуна 15 и образует с ним вращательную кинематическую пару. При помощи рукоятки 17 звено 16 вместе с шатуном 14, коромыслом 12 и шатуном 9 могут поворачиваться вокруг оси, положение которой определяется положением кулисы 8. При повороте рукоятки 17 положение всех других звеньев устройства не изменяется.
Устройство, реализующее предлагаемый способ стопорения вала, работает следующим образом.
В режиме свободного вращения вала 1 (фиг.3) коромысла 4, 5, 6 совершают вращательно-колебательное движение с определенной амплитудой. Шарнирный параллелограмм от коромысла 4 передает движение по кинематической цепи звеньев 7, 11, 13 на выходное звено - ползун 15, линия движения которого задается положением кулисы 8. Идентичный шарнирный параллелограмм от коромысла 6 передает движение по кинематической цепи звеньев 9, 12, 14 на выходное звено - ползун 15. Обе кинематические цепи имеют одинаковые передаточные функции, поэтому ползун 15 свободно перемещается по кулисе 8.
В режиме стопорения вала 1 (фиг.4) при его остановке рукоятку управления 17 поворачивают на 180° вокруг оси, положение которой определяется положением кулисы 8. Вместе с рукояткой 17 вокруг этой же оси поворачиваются шатун 14, коромысло 12 и шатун 9, а шарнирный параллелограмм трансформируется в антипараллелограмм, у которого передаточная функция отличается от передаточной функции параллелограмма. В этом случае выходное звено - ползун 15 перемещаться не может, и вал 1 стопорится в том положении, в котором произведена трансформация кинематической цепи.