Механизм преобразования возвратно-поступательного движения в непрерывное вращательное
MECHANISM OF CONVERTING RECIPROCATING MOTION INTO CONTINUOUS ROTATION MOTION

Изобретение относится к общему машиностроению и может быть использовано в устройствах для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное.
Известен механизм для преобразования возвратно-поступательного движения в непрерывное вращательное по авторскому свидетельству СССР №1288406, кл. F16H 19/04, 1985 г., содержащий корпус с направляющими, ведомый вал, установленный в корпусе, зубчатые колеса, муфты свободного хода, наружные обоймы которых жестко связаны с зубчатыми колесами, а внутренние обоймы - с ведомым валом, зубчатую рейку, перемещающуюся в направляющих и взаимодействующую с зубчатыми колесами, привод рейки, дополнительный вал, установленный в корпусе параллельно основному, одно из зубчатых колес размещено на дополнительном валу, рейка выполнена двухсторонней, а валы кинематически связаны друг с другом.
Недостатком указанного механизма является большой габаритный размер в направлении хода рейки, который примерно равен двум длинновым размерам последней.
Известен механизм преобразования возвратно-поступательного движения в непрерывное вращательное по авторскому свидетельству СССР №1770645, кл. F16H 9/04, 19/02, 1992 г. Он содержит корпус с направляющими, установленные в корпусе ведомый и дополнительный валы, ведомые звездочки, жестко установленные на ведомом и дополнительном валах, охватывающую ведомые звездочки бесконечную цепь, приводной элемент, установленный в направляющих с возможностью возвратно-поступательного движения, два ведущих элемента, связанные с приводным элементом, две муфты свободного хода, наружные обоймы которых жестко связаны с ведущими элементами, приводной элемент выполнен в виде каретки, внутренние обоймы муфт свободного хода жестко установлены на каретке, ведущие элементы выполнены в виде звездочек и охвачены соответствующей ветвью бесконечной цепи.
Однако механизм, осуществляющий процесс преобразования возвратно-поступательного движения в непрерывное вращательное, представляет собой жесткую конструкцию, в которой ведущее звено выполнено в виде каретки, совершающей возвратно-поступательное движение в направляющих корпуса. Наличие направляющих и каретки определяет однозначное пространственное размещение данного механизма и явно ведет к потерям энергии при работе механизма. Кроме того, установленные в каретке отклоняющие звездочки, предназначенные для увеличения угла обхвата дополнительных звездочек, также ведут к потерям. Однако, как и «съем» вращательного движения с ведомого вала, который одновременно необходимо и вращать, и передавать с него вращение, - резко снижает передающее вращение. А процесс преобразования одного движения в другое из-за указанных потерь становится малоэффективным.
Известен механизм преобразования возвратно-поступательного движения в непрерывное вращательное по патенту Российской Федерации №2505722, кл. F16H 9/04, 21/50, 2014 г., принятый заявителем за прототип. Он содержит корпус, ведущее звено, ведомый и дополнительный ведомый валы с размещенными на них ведомыми элементами, ведущее звено выполнено в виде гибкой связи с возможностью приложения усилия возвратно-поступательного характера к точке, выбранной на любом прямолинейном участке гибкой связи, а гибкая связь выполнена в виде троса, ведомые элементы выполнены в виде шкивов, причем на ведомом валу установлен ведомый шкив, а на дополнительном ведомом валу установлен дополнительный ведомый шкив, обгонные муфты снабжены барабанами, причем гибкая связь охватывает ведомый и дополнительный ведомый шкивы и намотана на барабаны обгонных муфт, а обгонные муфты размещены на одном валу, который выполнен передающим и предназначен для передачи сообщенного ему вращательного движения от обгонных муфт внешним механизмам, передающий вал, на котором размещены обгонные муфты с барабанами, размещен перпендикулярно ведомому валу и дополнительному ведомому валу и снабжен маховиком.
Основной недостаток механизма заключается в том, что использование в качестве ведущего звена гибкой связи в виде троса, приводит к сбою в работе механизма из-за проскальзывания троса на барабанах обгонных муфт в случаях приложения чрезмерно высоких усилий.
Технической задачей изобретения является создание механизма преобразования возвратно-поступательного движения в непрерывное вращательное более эффективного с наименьшими потерями, исключающего проскальзывание ведущего звена за счет создания более простого и надежного устройства, осуществляющего этот процесс.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом решении один ведомый вал выполнен в виде левого ведомого вала, а другой ведомый вал выполнен в виде правого ведомого вала, ведомые валы установлены между собой параллельно, а ведомые элементы, размещенные на ведомых валах выполнены в виде звездочек, причем на каждом ведомом валу - левом и правом - установлена пара звездочек: основная ведомая звездочка на одном конце вала и дополнительная ведомая звездочка на другом конце вала, передающий вал установлен параллельно левому ведомому валу и правому ведомому валу, а обгонные муфты, размещенные на нем, снабжены звездочками: основной передающей звездочкой и дополнительной передающей звездочкой; ведущее звено выполнено в виде разомкнутой гибкой цепной связи, которая охватывает обе основные ведомые звездочки, установленные на одних концах ведомых валов, и основную передающую звездочку, а обе дополнительные ведомые звездочки, установленные на других концах ведомых валов, и дополнительная передающая звездочка охвачены замкнутой гибкой цепной связью.
Кроме того, передающий вал размещен в параллельной плоскости с плоскостью размещения левого ведомого вала и правого ведомого вала и установлен с возможностью вращения в одну сторону, причем центр вращения передающего вала лежит в плоскости, проходящей через касательные к делительным окружностям основных ведомых звездочек и дополнительных ведомых звездочек.
Кроме того, левый ведомый вал и правый ведомый вал размещены параллельно друг другу и установлены с возможностью вращения как по часовой стрелки, так и против часовой стрелки.
Технический результат от использования предлагаемого технического решения заключается в том, что получен эффективный с минимальными потерями механизм, благодаря использованию в качестве ведущего звена разомкнутой гибкой цепной связи и в качестве ведомых элементов звездочек, размещенных на ведомых валах, исключено проскальзывание гибкой связи, повысившее тем самым надежность работы механизма.
Получен механизм, который может работать от линейных возвратно-поступательных перемещений неограниченной амплитуды, а также от вращательно-качательных движений на любой угол без каких-либо настроек. Причем изменения направления результирующих сил в любой момент не влияет на работу механизма.
На фиг. 1 изображена пространственная схема механизма преобразования возвратно-поступательного движения в непрерывное вращательное;
на фиг. 2 изображена кинематическая схема механизма преобразования возвратно-поступательного движения в непрерывное вращательное.
Механизм преобразования возвратно-поступательного движения в непрерывное вращательное включает ведущее звено и три цельных вала, установленных в подшипниковых опорах параллельно друг другу. Два крайних вала являются ведомыми и несут на себе ведомые элементы, а третий вал - передающий вал с размещенными на нем обгонными муфтами.
Крайний левый вал представляет собой левый ведомый вал 1, а крайний правый вал представляет правый ведомый вал 2. Третий, средний, вал - это передающий вал 3. Все валы размещены в подшипниковых опорах 4. На ведомых валах 1 и 2 размещены ведомые элементы, которые выполнены в виде звездочек, причем на каждом ведомом валу - левом 1 и правом 2 - установлена пара звездочек: основная ведомая звездочка 5 на левом ведомом валу 1 и основная ведомая звездочка 6 на правом ведомом валу 2 на одном конце, дополнительная ведомая звездочка 7 на левом ведомом валу 1 и дополнительная ведомая звездочка 8 на правом ведомом валу 2 на другом конце.
Все звездочки 5, 6, 7 и 8, размещенные на ведомых валах 1 и 2, выполнены с одинаковым шагом между зубьями, причем пары звездочек 5, 7 и 6, 8, размещенные на соответствующих ведомых валах, имеют каждая свое, но одинаковое число зубьев.
Передающий вал 3 установлен параллельно левому ведомому валу 1 и правому ведомому валу 2, а обгонные муфты 9 и 10, размещенные на нем, снабжены звездочками: основной передающей звездочкой 11 и дополнительной передающей звездочкой 12 с одинаковым числом зубьев, которые установлены на наружных обоймах обгонных муфт 9 и 10.
Ведущее звено выполнено в виде разомкнутой гибкой цепной связи 13, которая охватывает обе основные ведомые звездочки 5 и 6, установленные на одних концах ведомых валов 1 и 2, и основную передающую звездочку 11, а обе дополнительные ведомые звездочки 7 и 8, установленные на других концах ведомых валов 1 и 2, и дополнительная передающая звездочка 12 охвачены замкнутой гибкой цепной связью 14.
Передающий вал 3 размещен в параллельной плоскости с плоскостью размещения левого ведомого вала 1 и правого ведомого вала 2 и установлен с возможностью вращения в одну сторону, причем центр вращения передающего вала 3 лежит в плоскости, проходящей через касательные к делительным окружностям основных ведомых звездочек 5 и 6 и дополнительных ведомых звездочек 7 и 8.
При этом левый ведомый вал 1 и правый ведомый вал 2 размещены параллельно друг другу и установлены с возможностью вращения каждого как по часовой стрелки, так и против часовой стрелки.
Этому способствует разомкнутая гибкая цепная связь 13 и замкнутая гибкая цепная связь 14, которые связывают синхронно ведомые валы 1 и 2 и передающий вал 3. А разные запасовки, когда одна цепь гибкой цепной связи проходит сверху, а другая - снизу от центра вращения основной передающей звездочки 11 или дополнительной передающей звездочки 12, обеспечивает поочередное включение обгонных муфт 9 и 10. А поскольку муфты 9 и 10 при включении вращают вал 3 в одном направлении, то можно наблюдать одностороннее постоянное вращение передающего вала 3.
Натяжение цепей разомкнутой гибкой цепной связи 13 и замкнутой гибкой цепной связи 14 осуществляют перемещением ведомых валов 1 и 2 относительно друг друга. Для компенсации неточности изготовления механизма предусмотрена регулировка передающего вала 3 вверх-вниз. Кроме того, учитывая шаговый характер цепной передачи, одна из четырех ведомых звездочек 5, 6, 7 или 8 может поворачиваться на угол между соседними зубьями и фиксироваться.
Механизм преобразования возвратно-поступательного движения в непрерывное вращательное работает следующим образом.
Посредством разомкнутой гибкой цепной связи 13, поскольку она является ведущим звеном, совершают возвратно-поступательное движение, для чего прикладывают усилие возвратно-поступательного характера то к левому разомкнутому концу гибкой цепной связи 13, то к правому. При этом ведомые элементы - основные ведомые звездочки 5 и 6, размещенные на левом ведомом валу 1 и правом ведомом валу 2, соответственно, совершают возвратные поворотно-колебательные движения, благодаря чему передающий вал 3 совершает непрерывное вращательное движение в одну сторону.
При повороте, например, левого ведомого вала 1 влево, синхронно с ним поворачивается и правый ведомый вал 2 в ту же сторону - влево. А вот основная передающая звездочка 11 и дополнительная передающая звездочка 12 поворачиваются в разные стороны и одна из них вовлекает во вращение передающий вал 3, поскольку одна обгонная муфта 9 или 10 входит в зацепление, а вторая имеет свободный ход. При изменении направления крутящего момента происходит поочередное переключение обгонных муфт 9 и 10 и продолжается вращение передающего вала 3 в заданном направлении.
При изменении направления движения разомкнутой гибкой цепной связи 13 и замкнутой гибкой цепной связи 14 обгонные муфты 9 и 10 переключаются автоматически, т.е. при любом вращении одна из обгонных муфт передает крутящий момент на передающий вал 3. Натяжение гибких цепных связей 13 и 14 с одинаковым числом звеньев достигается путем изменения расстояния между ведомыми валами 1 и 2. Неточности изготовления и монтажа деталей механизма компенсируются регулировкой положения передающего вала 3, так как ось вращения этого вала должна лежать в плоскости, проходящей через касательные к делительным окружностям основных ведомых звездочек 5 и 6 и дополнительных ведомых звездочек 7 и 8 и обеспечивать равномерное натяжение цепей.
Чем больше амплитуда колебаний, тем реже переключение обгонных муфт 9 и 10 и стабильнее передача крутящего момента. Чем больше диаметр основных ведомых звездочек, тем больше передаваемый крутящий момент.
Использование предлагаемого технического решения позволило создать механизм преобразования возвратно-поступательного движения в непрерывное вращательное с наименьшими потерями, исключающего проскальзывание ведущего звена, так как в предлагаемом механизме применены цепные передачи, исключающие это проскальзывание в зацеплениях. Наличие двух гибких цепных связей, перемещающихся синхронно, позволяет равномерно распределять нагрузку между ними. Кроме этого, стабильная работа механизма обеспечивается самовыключающимися обгонными муфтами без дополнительных механизмов и устройств.