ЭКСЦЕНТРИК КАЧЕНИЯ

Предложение относится к машиностроению и может быть использовано для преобразования вращательного движения ведущего звена в сложное движение ведомого звена в одной и более плоскостях в различных механизмах и машинах.
Известны эксцентриковые механизмы, состоящие из круглого эксцентрика и толкателя (см. С.Н. Кожевников, Я.И. Есипенко, Я.М. Раскин. Механизмы. Справочник, стр.279, рис.4.24). Основным элементом этого механизма является эксцентрик. Недостатком этого эксцентрика является наличие на его рабочей поверхности трения скольжения, что в сочетании с высокой скоростью скольжения трущихся поверхностей приводит к значительному износу деталей механизма и снижению коэффициента полезного действия.
Известен также подшипник качения (а.с. SU №1774088, МПК F16C 19/24, опубл. 07.11.1992 г.), содержит наружное и внутреннее кольца с дорожками качения, расположенные между ними тела качения различных диаметров и сепаратор, обеспечивающий симметрично-неравномерное расположение тел качения различных диаметров. Недостатками данного подшипника качения являются наличие сепаратора, который в сочетании с телами качения разного диаметра значительно усложняет конструкцию, так как пазы в сепараторе под тела качения имеют разные размеры и зазоры, что требует особой точности расчетов диаметров тел качения, которую не обеспечивает представленная формула. Кроме этого, наличие сепаратора значительно снижает жесткость подшипника, что не дает возможность применять его в точных машинах и механизмах.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному является эксцентриковый механизм качения (Серебренникова Ю.Г., Селин Д.Д., Мерко М.А., Меснянкин И.В. Анализ зависимости угла подъема эксцентрика эксцентрикового 8-я Всеросийская конференция «Молодежь и наука», 2012 г.), содержащий наружное и внутреннее кольца с дорожками качения и расположенные между ними тела качения различных диаметров.
Недостатками данного механизма качения является наличие неопределенных зазоров или натягов. Зазоры уменьшают жесткость механизма качения, что недопустимо в эксцентрике качения, а полное отсутствие зазоров приводит к заклиниванию механизма при малейшем его нагреве. Кроме того, тела качения различных диаметров должны быть выполнены строго по определенному закону, иметь различные предельные отклонения, что требует специальной методики и точности расчетов, которая не приведена в работе.
Задачей заявляемого технического решения является создание конструкции безсепараторного эксцентрика качения, обладающего повышенной жесткостью, точностью и передаточным отношением, и обеспечивающего плоское или пространственное движение ведомого звена.
2
1
Технический результат предложенного изобретения - создание эксцентрика качания без сепаратора с повышенной жесткостью и точностью исполнения заданного синусоидального плоского или пространственного закона движения ведомого звена при вращательном движении ведущего с передаточным отношением i=1+R2/R1 за счет заданного эксцентриситета и тел качения, размеры которых определены по формуле, являющейся математической моделью эксцентрика качения, где R и R - радиусы наружного и внутреннего колец соответственно.
Для решения технического результата в эксцентрике качения, содержащем внутреннее кольцо радиуса R1, наружное кольцо радиуса R2 и тела качения, размещенные между наружным и внутренним кольцами, согласно изобретению, тела качения выполнены в соответствии с заданным эксцентриситетом, передаточным отношением и местом расположения на окружности и установлены во избежание заклинивания с температурным зазором друг относительно друга без сепаратора, что повышает жесткость эксцентрика, точность исполнения синусоидального плоского или пространственного закона движения выходного звена, а тела качения выполнены с диаметрами, определенными по формуле
i
1
cosβ
d=R(u-1)+e
i
1
2
1
i
i
0
1
0
i
i
(i-1)
d - текущий диаметр тела качения; R - радиус внутренней дорожки качения; u=R/R - геометрическое передаточное отношение; β=∑α угол расположения текущего тела качения; e - эксцентриситет эксцентрика качения; α=2arcsin(r+r)/(ρ+ρ) - центральный угол расположения тел качения d и d
На фиг.1, 2, 3 изображен эксцентрик качения; на фиг.4 - его расчетная схема.
Эксцентрик качения состоит из наружного кольца с дорожкой качения 1, внутреннего кольца с дорожкой качения 2, тел качения 3, выполненных в соответствии с заданным эксцентриситетом и местом расположения на окружности по определенному закону и установленных между кольцами без сепаратора, что позволяет получить более высокую точность позиционирования толкателя и жесткость эксцентрика в целом. Ось вращения внутреннего ведущего кольца 2 может быть выполнена под углом β к плоскости эксцентрика или ось вращения наружного ведомого кольца 1 может быть выполнена под углом γ к плоскости эксцентрика.
Работает эксцентрик качения следующим образом.
При вращении ведущего звена (например звена 2) вокруг своей оси O1 тела качения, свободно перекатываясь, закатываются в клин, образованный наружным и внутренним кольцами и телами качения разных диаметров, при этом, их последовательное увеличение и образует клин с заданным углом подъема, вследствие чего ведомое звено 1 получает радиальное перемещение S на величину 2e при повороте ведущего звена на угол φ=πi, где i=1+R2/R1 - кинематическое передаточное отношение эксцентрика, имея возможность свободно вращаться относительно своей оси O2 или быть неподвижным. При этом если ось вращения ведущего звена расположена под углом к плоскости эксцентрика качения, ведомое звено получает сложное пространственное движение.
Таким образом, предлагаемый эксцентрик качения позволяет получать радиальное перемещение ведомого звена-кольца по плоскопространственному синусоидальному закону при вращательном движении ведущего звена, ведомое звено 1, при этом может находится в неподвижном или свободном вращательном состоянии за счет применения тел качения различных диаметров, определяемых по формуле:
i
1
cosβ
d=R(u-1)+e
i
i
i
0
i
0
i
i
(i-1)
где d -текущий диаметр тела качения; R1 - радиус внутренней дорожки качения; u=(R2/R1) - геометрическое передаточное отношение; e - эксцентриситет эксцентрика; β=∑α - угол расположения текущего тела качения; α=2arcsin(r+r)/(ρ+ρ) - центральный угол расположения тел качения d и d.
Следовательно, предложенный эксцентрик качения - это механизм, который преобразует вращательное движение ведущего звена в сложное плоско-пространственное движение ведомого звена с заданным передаточным отношением. Эксцентрик качения испытан в производственных условиях в радиально-поршневом насосе Н-403А и показал хорошие результаты.