Зубчатый механизм преобразования вращательного движения в неравномерное
GEAR MECHANISM FOR CONVERTING ROTATIONAL MOTION TO UNEVEN

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к преобразователям равномерного вращательного движения в неравномерное вращательное и наоборот, предназначено для применения в металлообрабатывающих станках, механизмах технологических линий химических, нефтяных, пищевых и других производств.
Известен механизм для преобразования движения (Патент на изобретение №RU 2374526), который содержит корпус, основной ведущий вал, кулачок, установленный на корпусе соосно ведущему валу, диск с направляющими, ромбический шарнирный четырехзвенник с пальцами, взаимодействующими с кулачком и направляющими, дополнительный ведущий вал, установленный соосно в основном ведущем валу, рычаги и ведомый вал. Ведущие валы шарнирно соединены рычагами с серединами противоположных сторон шарнирного четырехзвенника. Диск установлен с возможностью вращения и механически связан с ведомым валом. Пальцы расположены в вершинах шарнирного четырехзвенника. Направляющие расположены симметрично вдоль взаимно перпендикулярных осей симметрии на плоскости диска. Профиль кулачка описывается зависимостью полярного радиуса от полярного угла и длины стороны шарнирного четырехзвенника и представляет эквидистанту, отстоящую на величину радиуса пальца внутрь от базовой замкнутой кривой.
Недостатком данного устройства является сложность в изготовлении и обслуживании за счет использования сложных элементов, требующих высокой точности изготовления и сборки.
Известен механизм преобразования движения (Патент на изобретение №RU 2531854), содержащий корпус, ведущий вал, являющийся валом отбора мощности, полый вал, установленный соосно ведущему, и узел преобразования движения. Узел преобразования движения выполнен в виде установленного в корпусе соосно валам диска, в центре которого выполнена профилированная дорожка качения. Между валом и дорожкой качения размещено четное количество роликов, половина из которых вращаются вокруг собственной оси и попарно и крестообразно жестко связаны через кронштейны и с ведущим и полым валами. Остальные ролики свободно расположены между дорожкой качения и жестко связанными роликами.
Недостатком данного устройства является большие габариты и высокий износ элементов механизма за счет постоянного контакта роликов при работе.
Известен механизм с остановками выходного звена (Prikhodko А.А., Smelyagin A.I., Tsybin A.D. Kinematics of planetary mechanisms with intermittent motion // Procedia Engineering. - 2017. - T. 206. - C. 380-385), который является прототипом предлагаемого изобретения, 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.
Недостатками конструкции с использованием двух внешних зацеплений являются невысокая прочность и КПД механизма. В прототипе реализуется частный случай неравномерного движения - движение с остановками, но при этом не показывается возможность изменения коэффициента неравномерности движения выходного звена.
Таким образом, задачей изобретения является создание зубчатого механизма преобразования вращательного движения в неравномерное, характеризующегося высокими эксплуатационными характеристиками.
Техническим результатом является повышение прочности и КПД передачи, обеспечение возможности настройки коэффициента неравномерности вращения выходного звена.
Технический результат достигается тем, что зубчатый механизм преобразования вращательного движения в неравномерное содержит корпус, в котором соосно установлены входной и выходной валы, центральное неподвижное зубчатое колесо с внутренними зубьями, 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 точку, называемую фокусом делительного эллипса эллиптического зубчатого колеса, которая расположена на большой полуоси делительного эллипса на расстоянии с от центра делительного эллипса, определяемом по формуле:
где а и b - большая и малая полуоси делительного эллипса соответственно,
и таким образом достигается непрерывность их зацепления.
Технический результат достигается за счет использования планетарной передачи с парой цилиндрических зубчатых колес, одно из которых с внутренними зубьями, и парой эллиптических зубчатых колес, с осями вращения в фокусе делительного эллипса. Данный вид передачи является более прочным и имеет выше КПД по сравнению с передачей с двумя внешними зацеплениями, а также позволяет настраивать необходимую неравномерность вращения выходного звена путем подбора размеров цилиндрических и эллиптических зубчатых колес.
На фиг. 1 показана структурная схема механизма, на фиг. 2 показан разрез А-А, на фиг. 3 показан разрез Б-Б, на фиг. 4-6 показаны примеры механизмов с различными радиусами цилиндрических зубчатых колес, на фиг. 7 показаны графики зависимостей передаточного отношения механизма от угла поворота входного вала при различных радиусах цилиндрических зубчатых колес, на фиг. 8-10 показаны примеры механизмов с различными эксцентриситетами эллиптических зубчатых колес, на фиг. 11 показаны графики зависимостей передаточного отношения механизма от угла поворота входного вала при различных эксцентриситетах эллиптических зубчатых колес, на фиг. 12 показана зависимость коэффициента неравномерности вращения выходного вала от соотношения радиусов цилиндрических зубчатых колес для механизмов с различными эксцентриситетами эллиптических зубчатых колес.
Зубчатый механизм преобразования вращательного движения в неравномерное состоит из корпуса 1, в котором соосно установлены входной 2 и выходной 3 валы, центрального неподвижного зубчатого колеса с внутренними зубьями 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 точку, называемую фокусом делительного эллипса эллиптического зубчатого колеса, которая расположена на большой полуоси делительного эллипса на расстоянии с от центра делительного эллипса , где а и b - большая и малая полуоси делительного эллипса соответственно, и таким образом достигается непрерывность их зацепления.
Зубчатый механизм преобразования вращательного движения в неравномерное работает следующим образом.
Входному валу 2 сообщается вращательное движение, которое передается водилу 9, благодаря чему цилиндрическое зубчатое колесо 6 обкатывается по неподвижному зубчатому колесу с внутренними зубьями 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, который благодаря переменному передаточному отношению пары эллиптических зубчатых колес совершает неравномерное вращательное движение.
2
Коэффициент неравномерности вращения выходного вала механизма зависит от следующих параметров: радиусов цилиндрических зубчатых колес R1 и R, а также эксцентриситета е пары эллиптических зубчатых колес. Для изменения коэффициента неравномерности могут изготавливаться комплекты сменных цилиндрических зубчатых колес 4 и 6 различных радиусов и эллиптических зубчатых колес 5 и 7 с различными эксцентриситетами.
1
2
1
2
1
2
Зависимость коэффициента неравномерности вращения выходного вала от радиусов цилиндрических зубчатых колес 4 и 6 показана на трех примерах (фиг. 4-6). Эксцентриситеты пары эллиптических зубчатых колес 5 и 7 одинаковы для всех трех примеров (е=0.5). Радиусы цилиндрических зубчатых колес 4 и 6 варьируются и составляют R=60, R=10 (фиг. 4); R=70, R=20 (фиг. 5); R=80, R=30 (фиг. 6) для первого, второго и третьего механизмов соответственно. На фиг. 7 показаны графики зависимостей передаточных функций для трех механизмов.
1
2
Зависимость коэффициента неравномерности вращения выходного вала от эксцентриситета эллиптических зубчатых колес показана также на трех примерах (фиг. 8-10). Радиусы цилиндрических зубчатых колес 4 и 6 одинаковы для всех трех примеров (R=70, R=20). Эксцентриситет пары эллиптических зубчатых колес 5 и 7 варьируется и составляет е=0.28 (фиг. 8), е=0.475 (фиг. 9) и е=0.6 (фиг. 10) для первого, второго и третьего механизмов соответственно. На фиг. 11 показаны графики зависимостей передаточных функций для трех механизмов.
2
1
На фиг. 12 показана зависимость коэффициента неравномерности вращения δ выходного вала 3 от соотношения радиусов цилиндрических зубчатых колес R/R для механизмов с различными эксцентриситетами эллиптических зубчатых колес (е=0.28, 0.475 и 0.6). Таким образом, путем подбора размеров цилиндрических и эллиптических зубчатых колес, можно регулировать неравномерность вращения выходного вала механизма в широких пределах.