Зубчатый механизм с прерывистым движением выходного звена
GEAR MECHANISM WITH INTERRUPTED MOVEMENT OF OUTPUT LINK

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к механизмам преобразования вращательного движения входного звена в прерывистое движение выходного звена и предназначено для применения в металлообрабатывающих станках, робототехнике, машинах-автоматах, в механизмах технологических линий химических, нефтяных, пищевых и различных других производств.
Известен механизм с остановками (Патент на изобретение №RU 2354872 С1, кл. F16H 27/08), который состоит из ведущего колеса с зубьями на различных участках венца, количество и расположение которых определяет периоды движения и покоя ведомого колеса. Съемные зубья ведущего колеса представляют собой цилиндры, один из концов которых имеет сферическую поверхность, а сам зуб может свободно вставляться и выниматься из венца ведущего колеса. Зубья ведомого колеса жестко закреплены в нем и имеют форму скобы, профиль которой имеет тот же радиус, что и сфера зуба ведущего колеса, а ширина равна диаметру зуба ведущего колеса.
Прерывистое движение в рассмотренном механизме обеспечивается за счет разрыва и замыкания кинематической цепи, что приводит к ударам колес в начале и конце фазы движения и увеличивает их износ.
Известен зубчато-рычажный механизм с периодическими остановками В.И. Пожбелко (Патент на изобретение №RU 2252350 С1, кл. F16H 21/14), содержащий установленные на неподвижном основании ведущий и ведомый кривошипы, шарнирно соединенные с основным и дополнительными шатунами, и планетарную зубчатую передачу, при этом ведущий и ведомый кривошипы соединены между собой шарниром в одной точке неподвижного основания, основной шатун установлен противоположно ведомому кривошипу и выполнен одинаковой с ним длины, дополнительный шатун установлен противоположно ведущему кривошипу и выполнен одинаковой с ним длины, на концах ведущего кривошипа шарнирно установлены с зазором между собой два зубчатых колеса с одинаковым числом внешних зубьев, диаметр которых сделан меньше длины ведущего кривошипа, в зазор между зубчатыми колесами установлена шестерня, синхронизирующая вращение зубчатых колес в одну сторону, одно из зубчатых колес соединено с неподвижным основанием, другое зубчатое колесо сблокировано с основным шатуном, последний шарнирно соединен с ведомым кривошипом через дополнительный шатун, который дополнительно связан с ведомым кривошипом и с основным шатуном посредством упругих элементов, присоединенных с разных сторон к дополнительному шатуну и создающих реверсивный вращательный момент при переходе механизма через крайние положения.
Недостатком такой конструкции является применение рычажных механизмов, которые имеют большие габариты и невысокий коэффициент использования объема привода. Кроме этого, условия работы звеньев механизма зависят от положения их в связи с изменением углов давлений, что приводит к изменению реакций в шарнирах, сил трения и, следовательно, необходимых для движения приложенных внешних сил.
Известен механизм с остановками выходного звена (Prikhodko А.А., Smelyagin А.I., Tsybin A.D. Kinematics of planetary mechanisms with intermittent motion // Procedia Engineering. - 2017. - T. 206. - C. 380-385), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и содержащий корпус, входной вал, водило, центральное цилиндрическое неподвижное зубчатое колесо, сателлит, состоящий из цилиндрического зубчатого колеса, вала и эллиптического зубчатого колеса, и выходной вал с закрепленным на нем эллиптическим зубчатым колесом. При этом в рассматриваемом механизме оси вращения эллиптических зубчатых колес проходят через фокусы делительного эллипса.
Недостатком такой конструкции является сложность в уравновешивании, так как центры масс эллиптических колес лежат не на осях их вращения. Также, передача эллиптическими зубчатыми колесами с осями вращения в фокусах делительного эллипса обладает следующим недостатком: при увеличении эксцентриситетов эллиптических зубчатых колес увеличиваются габариты передачи и одновременно снижается их нагрузочная способность.
Таким образом, задачей изобретения является создание механизма с прерывистым движением выходного звена, более простого в уравновешивании и имеющего малые габариты.
Техническим результатом является компактность устройства при сохранении возможности передачи больших усилий, значительный ожидаемый ресурс работы, упрощение динамической балансировки.
1
2
а
а
Технический результат достигается тем, что зубчатый механизм с прерывистым движением выходного звена содержащит корпус, в котором соосно установлены входной и выходной валы, центральное неподвижное зубчатое колесо, жестко закрепленное на корпусе соосно входному валу, сателлит, состоящий из цилиндрического зубчатого колеса и эллиптического зубчатого колеса сателлита, расположенных на валу сателлита, водило, установленное на входном валу и соединенное через вращательную кинематическую пару с валом сателлита, эллиптическое зубчатое колесо, закрепленное на выходном валу, при этом эллиптические зубчатые колеса имеют одинаковые размеры и установлены на валах таким образом, что ось вращения каждого вала проходит через центр делительного эллипса эллиптического зубчатого колеса, кроме того, центральное неподвижное зубчатое колесо радиусом r= состоит в зацеплении с цилиндрическим зубчатым колесом сателлита радиусом r=b, где  и b - большая и малая полуоси эллиптических колес.
Технический результат достигается за счет использования передачи эллиптическими зубчатыми колесами с осями вращения в центре делительного эллипса. Данный вид передачи является более компактным при сохранении возможности передачи больших усилий, имеет значительный ожидаемый ресурс работы, более прост в уравновешивании по сравнению с передачей эллиптическими колесами с осями вращения в фокусе делительного эллипса.
На фиг. 1 показана структурная схема механизма, на фиг. 2 показан вид А без корпуса, на фиг. 3 показан вид Б без корпуса.
1
2
а
Зубчатый механизм с прерывистым движением выходного звена состоит из корпуса 1, в котором соосно установлены входной 2 и выходной 3 валы, центрального неподвижного зубчатого колеса 4, жестко закрепленного на корпусе соосно входному валу 2, сателлита, состоящего из цилиндрического зубчатого колеса 6 и эллиптического зубчатого колеса 7, расположенных на валу сателлита 8, водила 9, установленного на входном валу 2 и соединенного через вращательную кинематическую пару с валом сателлита 8, эллиптического зубчатого колеса 5, закрепленного на выходном валу 3. Эллиптические зубчатые колеса 5 и 7 имеют одинаковые размеры и установлены на валах таким образом, что ось вращения каждого вала проходит через центр делительного эллипса эллиптического зубчатого колеса. Центральное неподвижное зубчатое колесо 4 имеет радиус r= и состоит в зацеплении с цилиндрическим зубчатым колесом сателлита 6, которое имеет радиус r=b.
Механизм работает следующим образом.
Входному валу 2 сообщается вращательное движение, которое передается водилу 9, благодаря чему цилиндрическое зубчатое колесо 6 обкатывается вокруг неподвижного зубчатого колеса 4. Вращательное движение цилиндрического колеса 6 передается валу сателлита 8 и эллиптическому зубчатому колесу 7, которое приводит в движение эллиптическое зубчатое колесо 5 и соответственно выходной вал 3. В момент времени, когда передаточное отношение пары эллиптических колес равно передаточному отношению пары цилиндрических колес, выходной вал 3 останавливается. Далее, скорость выходного вала увеличивается до максимального значения, затем опять уменьшается до нуля. Таким образом обеспечивается прерывистое движение с остановками выходного звена.