ПОВОРОТНОЕ УСТРОЙСТВО

Предполагаемая полезная модель относится к общему машиностроению и может найти применение в механизмах ориентации заготовок, загрузочных устройствах станков-автоматов и сборочных машин автоматизированных производств.
Известен механизм, содержащий корпус, установленное на нем ведущее звено, выполненное в виде штока пневмо-гидроцилиндра с отверстием на конце установочной оси для размещения зубчатого колеса, жестко связанного с диском и ведущей цевкой, ведомый мальтийский крест с радиальными пазами, фиксирующее устройство, зубчатую рейку, установленную в корпусе и взаимодействующую с зубчатым колесом и два упругих элемента различной жесткости, один из которых закреплен неподвижно в корпусе, а другой - на оси штока (см. Авторское свидетельство №1298462, SU, МПК F16H 27/06, 1987, Б.И. №11). Недостатками данного устройства является сложность конструкции, снижающая его надежность, а также высокая энергоемкость пневмо-гидропривода, связанная с подготовкой рабочей среды.
7
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является механизм, содержащий корпус, шток, установленную в нем ось, размещенное на последней зубчатое колесо, взаимодействующее с зубчатой рейкой, жестко связанный с осью диск с ведущим пальцем, ведомое звено, выполненное в виде одноплечевого рычага с радиальным пазом, причем на направляющей установлены пружины сжатия растяжения равной жесткости, связанные с кареткой и корпусом. В крайних положениях ведомое звено фиксируется с помощью фиксаторов, выполненных в виде электромагнитов. Для компенсации потерь в колебательном контуре данного устройства служат электромагниты, создающие поле притяжения для доводки ведущей каретки до крайнего положения, или электродвигатель (в вариантном исполнении), установленный на оси каретки (см. патент №2304242 Российская Федерация, МПК F16H 27/06, опубл. 10.08.2007, Б.И. №22). Недостатками данного устройства является необходимость подвода дополнительной электрической энергии для питания электромагнитов и управления фиксаторами каретки в крайних положениях исполнительного звена или электродвигателя дополнительной подкрутки зубчатого колеса в вариантном исполнении. Другой недостаток - сложность конструкции.
Технический результат предполагаемой полезной модели выражается в упрощение конструкции поворотного устройства и повышение его энергоэффективности и надежности.
Технический результат достигается тем, что в поворотном устройстве зубчатое колесо с диском установлены на оси подвижной каретки с возможностью поступательного перемещения относительно направляющей, закрепленной в корпусе, при этом на каретке размещены фиксирующие элементы, а на направляющей установлены пружины растяжения-сжатия равной жесткости, связанные с кареткой и корпусом, причем ведомое звено выполнено в виде рычага с двумя радиальными пазами, в одном из которых размещена цевка, а в другом - подвижный груз, кинематически связанный с пружиной, закрепленной на рычаге.
На фиг. 1 изображено поворотное устройство, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сверху.
Поворотное устройство содержит корпус 1, размещенные в нем зубчатую рейку 2, направляющие 3, 4, каретку 5, на оси 6 которой на подшипниках 7 установлено зубчатое колесо 8. К последнему жестко прикреплен диск 9 с цевкой 10. Колесо 8 постоянно находится в зацеплении с зубчатой рейкой 2. Ведомое звено 11 выполнено в виде одноплечевого рычага, имеющего два паза вдоль его продольной оси, соединенного с выходным валом 12, причем один паз рычага 11 кинематически связан с цевкой 10, а во втором пазу размещена пружина растяжения-сжатия 13, один конец которой закреплен неподвижно, а другой жестко связан с подвижным грузом 14, имеющим возможность перемещения вдоль оси паза рычага.
На основной направляющей 3 между корпусом 1 и подвижной кареткой 5 размещены винтовые пружины 15, 16 сжатия-растяжения равной жесткости, каждая из которых одним концом закреплена в корпусе 1, а вторым - связана с подвижной кареткой 5. Фиксаторы крайних положений каретки 5 и ведомого звена 11 выполнены в виде электромагнитов 17, 18, установленных в корпусе 1, на нижней части штока которых закреплены фиксирующие зубья, взаимодействующие с ответными зубьями 19, 20, размещенными на подвижной каретке 5.
Устройство работает следующим образом.
Подвижная каретка 5 с ведомым звеном 11 перемещается в одно из крайних положений, например, вправо рычагом (не показан) до фиксации фиксирующими зубьями 19 каретки и 17 фиксатора. Это соответствует исходному положению звеньев поворотного устройства.
Σ
По команде блока управления (также не показан) якорь электромагнита 17 с фиксирующим зубом опускается вниз, освобождая каретку 5. Под действием потенциальной энергии сжатой пружины 15, каретка 5 перемещается влево. Зубчатое колесо 8 с диском 9, вращаясь, также перемещаются влево. Установленная на диске цевка 10, перемещается по укороченной циклоиде (показана пунктиром) и, взаимодействуя с радиальным пазом ведомого звена 11, поворачивает его и ведомый вал 12 на требуемый угол поворота ψ, определяемый размерами механизма. Скорость и ускорение рычага 11 и исполнительного звена, укрепленного на ведомом валу 12, в моменты начала и конца движения равны нулю, так как направление их векторов в указанные моменты совпадают с осью радиального паза рычага 11. В процессе поворота рычага 11 груз 14 под действием центробежной силы перемещается по рычагу, тем самым увеличивая радиус и момент инерции груза и рычага 11 относительно оси вращения 12.
k
гр
гр
При переходе каретки 5 через среднее положение, соответствующее вертикальному положению рычага 11, начинается процесс ее торможения. На участке торможения векторы ускорения и сил инерции ведомого звена совпадают по направлению, причем за счет перемещения груза 14 возникает дополнительная кориолисова сила инерции F=2mωV, где m - масса груза, перемещаемого вдоль паза рычага, ω - угловая скорость рычага 11, V - линейная скорость перемещения груза 14 вдоль паза рычага 11. Вектор кориолисовой силы на участке торможения будет совпадать с вектором силы инерции, тем самым, увеличивая кинетическую энергию каретки 5 с ведомым звеном 11. Кинетическая энергия каретки 5 с ведомым звеном 11, обусловленная силами сжатия пружины 17 и суммарными силами инерции ведомых масс, приведенных к валу 12, переходит в потенциальную энергию сжатия пружины 16. После завершения соответствующего перемещения ведомого звена 11 в крайнее левое положение фиксирующий зуб электромагнита 18 входит в фиксирующий зуб 20 каретки 5. В момент выстоя ведомого звена 11 груз 14 под действием сил упругости пружины 13 возвращается в исходное положение, перемещаясь вдоль паза ближе к центру вращения рычага.
Σ
Перемещение ведомого звена в обратном направлении (по часовой стрелке) на угол ψ происходит аналогичным образом, как описывалось, с той лишь разницей, что управляющая команда подается на электромагнит 18.
Начало и конец движения выходного звена поворотного устройства характеризуется нулевой угловой скоростью и угловым ускорением, т.е. безударным законом движения, что является благоприятным фактором для увеличения долговечности и надежности механизма.
Отсутствие механизма подкрутки зубчатого колеса для компенсации потерь в колебательном контуре, а также подвода электроэнергии для питания электромагнитов для доводки каретки до одного из крайних положений ведомого звена, упрощает конструкцию поворотного устройства и дает возможность снизить его энергетические затраты.