ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ РУЧНАЯ МАШИНА
ELECTRICALLY DRIVEN HAND MACHINE

Настоящее изобретение относится к электрической ручной машине с по меньшей мере одной ведомой вращающейся частью, установленной на по меньшей мере одном подшипнике.
Подобная электрическая ручная машина известна из уровня техники. Речь при этом идет об электрической ручной машине, используемый в которой инструмент приводится во вращение. В качестве примера такой электрической ручной машины можно назвать шлифовальную или полировальную ручную машину, используемый в которой инструмент выполнен в виде шлифовального или полировального круга. Вращающаяся часть электрической ручной машины представляет собой ее вращающийся элемент, расположенный в кинематической цепи между инструментом и подшипником (опорой), или же сам инструмент, соответственно его элемент. При работе с подобной электрической ручной машиной с вращающейся частью возникают более или менее интенсивные вибрации. Такие вибрации возникают преимущественно вследствие дисбаланса вращающегося с высокой частотой инструмента, а также вследствие механической обработки им детали. Вибрации передаются через подшипник на корпус электрической ручной машины и далее через ее рукоятку также на оператора, работающего с электрической ручной машиной. Подобные вибрации оказывают вредное воздействие на оператора и при продолжительной его работе с электрической ручной машиной могут нанести вред его здоровью.
Объектом изобретения является электрическая ручная машина с по меньшей мере одной ведомой вращающейся частью, установленной на по меньшей мере одном подшипнике, виброизолированной относительно указанного подшипника по меньшей мере одним виброгасящим элементом и представляющей собой шпиндель или используемый в электрической ручной машине инструмент. Между подшипником и вращающейся частью расположен по меньшей мере один промежуточный элемент. Этот промежуточный элемент представляет собой в одном случае ведомое коническое зубчатое колесо, на опору в котором через виброгасящий элемент установлен шпиндель. В другом случае промежуточный элемент представляет собой шпиндель, в осевое углубление которого вставляется хвостовик инструмента, отделенный от стенок этого углубления виброгасящим элементом.
Таким образом, вращающаяся часть электрической ручной машины представляет собой ее вращающийся элемент, расположенный между инструментом и подшипником, или же сам инструмент. Вращающаяся часть служит при этом для передачи вращающего момента от привода к обрабатывающей части используемого в электрической ручной машине инструмента. Вращающаяся часть и подшипник при этом функционально связаны между собой, однако не обязательно должны непосредственно взаимодействовать друг с другом. Установленная на подшипнике вращающаяся часть может также опираться на него, например, через промежуточные элементы. Благодаря виброизоляции вращающейся части относительно подшипника воспринимаемые или создаваемые инструментом вибрации гасятся и передаются далее на подшипник, а тем самым и на корпус ручной машины в существенно ослабленном виде. Подобная виброизоляция исключает при этом передачу таких вибраций на оператора.
Образованный вращающейся частью шпиндель представляет собой приводной элемент, приводящий инструмент во вращение.
Когда вращающейся частью является сам инструмент, он по меньшей мере одним приводным элементом (звеном) соединен с приводом, используемым в электрической ручной машине. Виброизоляция при этом может обеспечиваться, например, указанным приводным элементом.
В следующем варианте вращающейся частью является элемент инструмента. В том случае, когда инструмент снабжен элементом для виброизоляции, элементом инструмента является та его часть, которая непосредственно не связана с соединенными с подшипником частями. Подобный элемент инструмента в этом случае и является вращающейся частью.
Как указано выше, согласно изобретению вращающаяся часть виброизолирована относительно подшипника по меньшей мере одним виброгасящим элементом. В том случае, когда вращающейся частью является, например, служащий для приведения инструмента во вращение шпиндель, он может быть соединен с подшипником через виброгасящий элемент. Для этого шпиндель, например, в своей осевой части окружен по периферии виброгасящим элементом, вставленным в подшипник.
По меньшей мере один промежуточный элемент, предусмотренный между подшипником и вращающейся частью, представляет собой прежде всего промежуточный элемент, служащий для приведения вращающейся части во вращение. Подобный промежуточный элемент не обязательно должен быть виброизолирован относительно подшипника.
Если промежуточным элементом является ведомое коническое зубчатое колесо, оно может быть элементом передачи. Подобная передача может при этом, например, иметь некоторое передаточное число либо при ее выполнении в виде угловой передачи соединять двигатель со шпинделем, ось которого перпендикулярна оси вала двигателя. В такой угловой передаче с ведомым коническим зубчатым колесом взаимодействует прежде всего ведущее коническое зубчатое колесо.
Если промежуточным элементом является шпиндель, такой промежуточный элемент служит для передачи вращающего момента от привода на вращающуюся часть, которой является, например, инструмент. Сам промежуточный элемент в отличие от вращающейся части не обязательно должен быть виброизолирован относительно подшипника.
В следующем варианте виброгасящий элемент расположен также между промежуточным элементом и вращающейся частью и/или между подшипником и промежуточным элементом. Поскольку виброгасящий элемент виброизолирует вращающуюся часть относительно подшипника, появляются указанные возможности размещения виброгасящего элемента. С одной стороны, виброгасящий элемент может быть расположен непосредственно между подшипником и вращающейся частью. При наличии же еще и промежуточного элемента виброгасящий элемент при последовательном расположении подшипника, промежуточного элемента и вращающейся части можно расположить между промежуточным элементом и вращающейся частью или между подшипником и промежуточным элементом. При наличии нескольких подшипников и/или нескольких виброгасящих элементов возможно также комбинирование указанных компоновок.
В еще одном варианте предусмотрено по меньшей мере два промежуточных элемента, между которыми расположен виброгасящий элемент. В подобной конструкции вращающаяся часть виброизолирована относительно подшипника виброгасящим элементом, который не соединен ни с вращающейся частью, ни с подшипником.
В предпочтительном варианте виброгасящий элемент представляет собой виброгасящее пружинное устройство и/или плетеную структуру, и/или обладающий собственной упругостью виброгасящий элемент и/или жидкостной или газовый виброгасящий элемент. Виброгасящее пружинное устройство имеет по меньшей мере один пружинный элемент и виброгаситель. Пружинный элемент может представлять собой, например, листовую пружину, спиральную пружину, тарельчатую пружину или пружину иного типа. Пружинный элемент может при этом иметь интегрированный в него виброгаситель. Плетеная структура состоит из взаимно переплетающихся элементов, которые не расположены неподвижно относительно друг друга, а обладают некоторой подвижностью относительно друг друга. Такая подвижность определяется плотностью плетеной структуры. Обладающий собственной упругостью виброгасящий элемент выполнен из упругодеформирующегося материала, а жидкостной или газовый виброгасящий элемент представляет собой, например, виброгасящую (демпфирующую) подушку, состоящую из эластичной оболочки и заполняющей ее текучей среды в виде геля, и/или жидкости, и/или газа.
В следующем варианте материалом виброгасящего пружинного устройства и/или плетеной структуры является металл и/или пластмасса. Металл прежде всего представляет собой металл группы железа, например сталь. Пластмассы представляют собой, например, термопласты, реактопласты, эластомеры, при этом возможно также использование комбинаций разных материалов.
В еще одном варианте обладающий собственной упругостью виброгасящий элемент представляет собой прежде всего эластомерный элемент. Эластомерный материал обладает высокими свойствами собственной упругости, хорошо поддается формованию и соединению с другими материалами путем вулканизации.
В следующем варианте виброгасящий элемент расположен в виде муфты между ведомым коническим зубчатым колесом и шпинделем и передает вращающий момент. При приведении шпинделя во вращение передачей с ведомым коническим зубчатым колесом оно установлено на функционально связанном с ним подшипнике. В другом варианте ведомое коническое зубчатое колесо может быть также установлено на нескольких подшипниках. Между ведомым коническим зубчатым колесом и шпинделем расположен выполненный в виде муфты виброгасящий элемент, который выполняет две следующие функции. Во-первых, он служит для виброизоляции шпинделя, который является вращающейся частью, относительно подшипника или для виброизоляции вращающейся части со шпинделем относительно подшипника. Во-вторых, виброгасящий элемент одновременно служит муфтой (соединительным устройством) и обеспечивает передачу крутящего момента от ведомого конического зубчатого колеса передачи на шпиндель. При этом виброгасящий элемент соединяет ведомое коническое зубчатое колесо со шпинделем с силовым замыканием. Геометрическое замыкание между ведомым коническим зубчатым колесом и шпинделем через виброгасящий элемент ограничивает подвижность ведомого конического зубчатого колеса и шпинделя относительно друг друга.
В еще одном варианте осуществления изобретения муфта представляет собой входящую в углубления в ведомом коническом зубчатом колесе и охватывающую шпиндель волнистую упругую втулку, охватывающую шпиндель втулку с по меньшей мере одним входящим в углубление в ведомом коническом зубчатом колесе упругим язычком или пружинное устройство с по меньшей мере одним подпружиненным шариком. Каждый из трех этих альтернативных вариантов выполнения муфты обеспечивает геометрическое и силовое замыкание между шпинделем и ведомым коническим зубчатым колесом, при этом муфта одновременно служит для виброизоляции.
В предпочтительном варианте виброгасящий элемент закреплен на инструменте. При использовании инструмента, съемно закрепляемого на промежуточном элементе, виброгасящий элемент можно закреплять непосредственно на таком инструменте. Связанное с этим преимущество состоит в том, что при замене инструмента вместе с ним заменяется и виброгасящий элемент. Виброгасящий элемент можно при этом закреплять, например, на хвостовике инструмента. В другом варианте виброгасящий элемент может быть также интегрирован в инструмент. В этом случае вращающейся частью является, в частности, элемент инструмента.
Альтернативно рассмотренному выше варианту или дополнительно к нему виброгасящий элемент можно закреплять на шпинделе или на ведомом коническом зубчатом колесе. Для этого виброгасящий элемент можно расположить, например, между шпинделем и охватывающим его осевую часть ведомым коническим зубчатым колесом. Виброгасящий элемент выполнен в виде муфты, окружающей шпиндель в его осевой части и одновременно обеспечивающий геометрическое и силовое замыкание между виброгасящим элементом и ведомым коническим зубчатым колесом, а также виброизоляцию шпинделя относительно ведомого конического зубчатого колеса.
В еще одном варианте виброгасящий элемент предлагается закреплять на крепежном устройстве, предназначенном для съемного закрепления инструмента на шпинделе. Подобное крепежное устройство может, например, состоять из установочного фланца и зажимной гайки, на которых распылением закреплено по виброгасящему элементу.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - известная, не соответствующая изобретению система установки выполненной в виде шпинделя вращающейся части на опорах,
на фиг.2 - известная, не соответствующая изобретению система крепления инструмента в шпинделе, изображенном на фиг.1,
на фиг.3 - предлагаемое в изобретении размещение виброгасящих элементов между инструментом и шпинделем,
на фиг.4 - закрепленный на инструменте виброгасящий элемент,
на фиг.5 - интегрированный в инструмент виброгасящий элемент,
на фиг.6 - виброгасящий элемент, расположенный между шпинделем и хвостовиком инструмента,
на фиг.7 - виброгасящий элемент, расположенный между шпинделем и ведомым коническим зубчатым колесом,
на фиг.8 - виброгасящий элемент, расположенный между ведомым коническим зубчатым колесом и шпинделем, а также крепежным устройством,
на фиг.9 - виброгасящий элемент, расположенный между шпинделем и установленным на двух подшипниках ведомым коническим зубчатым колесом, и
на фиг.10A-10B - возможные варианты выполнения виброгасящих элементов между шпинделем и ведомым коническим зубчатым колесом.
На фиг.1 показана часть известной, не соответствующей изобретению электрической ручной машины, выполненной в виде ручной угловой шлифовальной машины. Такая электрическая ручная машина имеет передачу, в корпусе 1 которой находится выполненная в виде шпинделя 2 вращающаяся часть 3 с продольной осью 4. Шпиндель 2 одним своим концом 5 установлен на подшипнике 7, выполненном в виде шпиндельного подшипника 6. Этот шпиндельный подшипник 6 выполнен при этом в виде подшипника 8 скольжения. В другом варианте шпиндельный подшипник 6 может быть также выполнен в виде игольчатого подшипника или шарикоподшипника. В зоне средней части 9 продольной оси 4 шпиндель 2 в радиальном направлении окружен звеном 11 передачи, выполненным в виде ведомого конического зубчатого колеса 10. Ведомое коническое зубчатое колесо 10 напрессовано в средней части 9 на шпиндель 2 и жестко соединено с ним. На шпиндель 2 рядом, если смотреть вдоль его продольной оси 4, с ведомым коническим зубчатым колесом 10 напрессован также подшипник 13, выполненный в виде шарикоподшипника 12. Со своей радиально наружной стороны шарикоподшипник 12 жестко соединен с радиально окружающим его фланцем 14 его крепления. Фланец 14 крепления подшипника в свою очередь соединен с корпусом 1 передачи. В показанной на фиг.1 электрической ручной машине вращающаяся часть 3 не виброизолирована относительно подшипника 7, 13.
На фиг.2 показано соединение выполненной в виде шпинделя 2 вращающейся части 3, изображенной на фиг.1, с выполненным в виде шлифовального круга 16 инструментом 15. Шпиндель 2 и инструмент 16 соединены между собой крепежным устройством 17 на конце 18 шпинделя 2, противоположном его концу 5. Крепежное устройство 17 состоит из установочного фланца 19 и расположенной против него по другую сторону инструмента зажимной гайки 20 для зажимного закрепления шлифовального круга.
На фиг.1 и 2 в их комбинации показана также не соответствующая изобретению система установки вращающейся части 3 на опорах. В том случае, когда вращающаяся часть 3 образована не шпинделем 2, а инструментом 16, показанный на фиг.1 шпиндель 2 является лишь промежуточным элементом 21, который расположен между выполненной в виде инструмента 16 вращающейся частью 3 и подшипником 7, 13. Поскольку инструмент 16 не виброизолирован относительно шпинделя 2, выполненная в виде инструмента 16 вращающаяся часть 3, показанная на фиг.1 и 2, также не виброизолирована относительно подшипника 7, 13.
На фиг.3-10B показаны предлагаемые в изобретении конструкции, обеспечивающие виброизоляцию вращающейся части 3 относительно подшипника 7, 13. На фиг.3 при этом показана виброизоляция выполненной в виде инструмента 16 вращающейся части 3 относительно не изображенного на чертеже подшипника шпинделя 2. Изображенный на фиг.3 фрагмент электрической ручной машины, по существу, соответствует изображенному фиг.2, и поэтому ниже рассматриваются только различия между обеими, представленными на этих чертежах конструкциями. Крепежное устройство 17 имеет два виброгасящих элемента 22, 23 для виброизоляции выполненной в виде инструмента 16 вращающейся части 3 относительно промежуточного элемента 21, выполненного в виде шпинделя 2. При установке выполненного в виде шлифовального круга 15 инструмента 16 он закрепляется известным образом за исключением того, что между установочным фланцем 19 и зажимной гайкой 20 расположен по меньшей мере один виброгасящий элемент 22, 23. Такой виброгасящий элемент 22, 23 может быть выполнен в виде отдельного закладного виброгасящего элемента либо может быть жестко закреплен на зажимной гайке 20 и/или установочном фланце 19. Для этого постоянный виброгасящий элемент 22, 23 можно, например, наносить на зажимную гайку 20 и/или установочный фланец 19 распылением в виде покрытия.
На фиг.4 показана альтернативная конструкция, обеспечивающая виброизоляцию выполненной в виде инструмента 16 вращающейся части 3 относительно не изображенного на чертеже промежуточного элемента, который расположен между вращающейся частью 3 и подшипником 7, 13. В такой конструкции виброгасящий элемент 22 закреплен на выполненной в виде шлифовального круга 15 вращающейся части 3 и обеспечивает соединение с центрирующей втулкой 25, выполненной в виде зажимной втулки 24. Для закрепления на шпинделе 2 центрирующая втулка 25 закрепляется, например, в крепежном устройством 17, состоящем из установочного фланца 19 и зажимной гайки 20. Виброгасящий элемент 22 представляет собой при этом обладающий собственной упругостью виброгасящий элемент 27, выполненный в виде эластомерного элемента 26. Подобный эластомерный элемент 26 обеспечивает гашение вибрации, соответственно виброизоляцию между выполненной в виде шлифовального круга 15 вращающейся частью 3 и выполненным в виде шпинделя 2 промежуточным элементом 21, а тем самым виброизоляцию вращающейся части 3 относительно не показанного на чертеже подшипника шпинделя 2.
На фиг.5 показана конструкция, в которой виброгасящий элемент 22 интегрирован в инструмент 16. Инструмент 16 состоит из хвостовика 28, из выполненного в виде шлифовального круга 15 элемента 29 и из виброгасящего элемента 22. Хвостовик 28 инструмента 16 вставлен вдоль продольной оси 4 в конец 18 шпинделя 2. В такой конструкции вращающейся частью 3 является только элемент 29 инструмента 16. В рассматриваемом варианте шпиндель 2, как и хвостовик 28 инструмента, является промежуточным элементом 21. Конец 18 шпинделя 2 в радиальном направлении окружен подшипником 13, выполненным в виде шарикоподшипника 12.
На фиг.6 показан инструмент 16, который состоит из хвостовика 28 и элемента 29 и который в сборе образует вращающуюся часть 3. Хвостовик 28 инструмента вставлен в осевое углубление 30 на конце 18 шпинделя 2 и отделен от стенок этого углубления обладающим собственной упругостью виброгасящим элементом 27. В такой конструкции инструмент 16 является вращающейся частью 3, а шпиндель 2 - промежуточным элементом 21.
На фиг.7 показана конструкция с установкой выполненной в виде шпинделя 2 вращающейся части 3 на опоры в ведомом коническом зубчатом колесе 10 и в корпусной детали 31. Конец 5 шпинделя 2 через виброгасящий элемент 22 шарнирно установлен на опору в корпусной детали 31. Средняя часть 9 шпинделя 2 через виброгасящий элемент 23 установлена на опору в ведомом коническом зубчатом колесе 10 не полностью показанной на чертеже угловой передачи ручной угловой шлифовальной машины. Само ведомое коническое зубчатое колесо 10 стационарно установлено в корпусе 1 передачи с опорой на него через подшипник 13. Ведомое коническое зубчатое колесо 10 и шпиндель 2 с силовым замыканием соединены между собой через виброгасящий элемент 23. Подвижность ведомого конического зубчатого колеса 10 и шпинделя 2 относительно друг друга ограничена геометрическим замыканием между ними. Инструмент 16 закреплен на шпинделе 2, например, не показанным на чертеже крепежным устройством. В рассматриваемой конструкции шпиндель 2, соответственно шпиндель 2 и инструмент 16 являются вращающейся частью 3.
На фиг.8 показан виброизолированный виброгасящим элементом 23 от подшипника 13 ведомого конического зубчатого колеса 10 шпиндель 2, на конце 18 которого расположен шлифовальный круг 15, закрепленный между установочным фланцем 19 и зажимной гайкой 20 (образующими крепежное устройство 17). При этом виброгасящий элемент 23 имеет на одном своем осевом конце буртик 32, на который в осевом направлении опирается, установочный фланец 19. Благодаря такому осевому опиранию создается предварительный натяг крепежного устройства 17 относительно ведомого конического зубчатого колеса 10. В такой конструкции шпиндель 2 с крепежным устройством 17 и выполненным в виде шлифовального круга 15 инструментом 16 образуют вращающуюся часть 3.
На фиг.9 показана другая конструкция с установкой выполненной в виде шпинделя 2 вращающейся части 3 на опору в ведомом коническом зубчатом колесе 10. Ведомое коническое зубчатое колесо 10 установлено в корпусе 1 передачи с опорой на подшипник 13, выполненный в виде игольчатого подшипника, и на еще один подшипник 13, выполненный в виде шарикоподшипника 12. Шпиндель 2 своим концом 5 вставлен в осевое углубление 33 ведомого конического зубчатого колеса 10 и отделен от стенок этого углубления виброгасящим элементом 23. В такой конструкции виброгасящий элемент 23 одновременно обеспечивает виброизоляцию, а также геометрическое и силовое замыкание между шпинделем 2 и ведомым коническим зубчатым колесом 10. Для этого виброгасящий элемент 23 выполнен в виде муфты 34.
На фиг.10A-10B показаны три варианта выполнения муфты 34, а также связанные с ними возможности обеспечения геометрического и силового замыкания между шпинделем 2 и ведомым коническим зубчатым колесом 10. В показанном на фиг.10A варианте муфта 34 выполнена в виде группы из четырех подпружиненных шариков 35, расположенных в окружном направлении между ведомым коническим зубчатым колесом 10 и шпинделем 2. В своем осевом сквозном отверстии 36 ведомое коническое зубчатое колесо 10 имеет несколько расположенных на одном в осевом направлении уровне радиальных углублений 37, в каждом из которых расположено по пружине 39, выполненной в виде пружины 38 сжатия, и по подпружиненному ею шарику 35. Углубления 37 служат направляющими для подпружиненных шариков 35 в ведомом коническом зубчатом колесе 10, которые со своей радиально внутренней стороны входят в соответствующие им выемки 40 на боковой поверхности шпинделя 2. В заблокированном состоянии шпинделя подпружиненные шарики 35 могут смещаться радиально наружу, утапливаясь в углубления 37.
На фиг.10Б показан вставленный в ведомое коническое зубчатое колесо 10 шпиндель 2, который изображен в поперечном разрезе плоскостью, расположенной в осевом направлении на уровне муфты 34, которая выполнена в виде волнистой упругой втулки 41. Такая волнистая упругая втулка 41 имеет волнистый в своем окружном направлении профиль, которым она вставлена в соответствующие углубления 37 в ведомом коническом зубчатом колесе 10 и при этом в окружном направлении охватывает шпиндель 2.
На фиг.10B показана муфта 34, выполненная в виде втулки 43 с упругими язычками 44, которые входят в соответствующие им углубления 37 в ведомом коническом зубчатом колесе 10. Втулка 43 выполнена, например, в виде металлической втулки 42. Она охватывает шпиндель 2, а ее упругие язычки 44 в направлении радиально наружу входят в углубления 37 в ведомом коническом зубчатом колесе 10. Во всех показанных на фиг.10A-10B вариантах выполнения муфт 34 в виде виброгасящих пружинных устройств 45 обеспечивается геометрическое и силовое замыкание между ведомым коническим зубчатым колесом 10 и шпинделем 2, а также одновременно обеспечивается виброизоляция обоих этих элементов относительно друг друга.
Вместо виброгасящего пружинного устройства 45 можно также использовать, например, плетеную структуру, которая обеспечивает силовое и геометрическое замыкание, но из-за своей инерционности ослабляет сравнительно малую вибрацию. Помимо этого вместо обладающих собственной упругостью виброгасящих элементов 27 можно также использовать жидкостные или газовые виброгасящие элементы. Под такими жидкостными или газовыми виброгасящими элементами подразумеваются прежде всего виброгасящие (демпфирующие) подушки, которые состоят из эластичной оболочки и заполняющей ее текучей среды в виде геля, жидкости или газа.