ПЕРЕДАЧА МНОГОШПИНДЕЛЬНОЙ МАШИНЫ
TRANSMISSION OF MULTISPINDLE MACHINE

Изобретение относится к механизмам для передачи и преобразования вращательного движения одновременно на несколько вращающихся исполнительных органов - шпинделей машин, в частности путевых: шпалосверлилок, шурупогаечных ключей и пр.
Известна передача многошпиндельной машины, включающая поворотные, подвижно связанные ведущее и два ведомых звена, выполненные с контактной поверхностью каждое, и промежуточное тело, выполненное в виде кольца с контактной поверхностью с возможностью взаимодействия с соответствующими поверхностями на звеньях; звенья здесь выполнены в виде цилиндрических катков с гладкими и внешними контактными поверхностями; промежуточное тело выполнено в виде гибкого тонкостенного кольца с гладкой внутренней контактной поверхностью; ведущее звено размещено внутри кольца не по его центру и выполнено с возможностью взаимодействия своей контактной поверхностью с контактными поверхностями двух ведомых звеньев, размещенных слева и справа от него; их контактные поверхности выполнены с возможностью взаимодействия с контактной поверхностью промежуточного тела; левое ведомое звено выполняет функцию разгрузки валов звеньев, а промежуточное тело служит для расклинивания связуемых звеньев (Механизмы. Справочник / Под ред. С.Н.Кожевникова. - М.: Машиностроение, 1976. - С.324, 325, рис.5.6).
Указанная передача обладает недостатками, заключающимися в том, что она имеет большие радиальные размеры, значительные силы трения, возможное проскальзывание и может передавать относительно небольшие силы; при ее компановке нерационально использовано пространство и трудно установить дополнительные ведомые звенья со шпинделями.
Наиболее близкой к заявляемому устройству является передача многошпиндельной машины, включающая поворотные, подвижно связанные ведущее и два ведомых звена, выполненные с контактной поверхностью каждое, и промежуточное тело, выполненное в виде кольца с контактной поверхностью с возможностью взаимодействия с соответствующими поверхностями на звеньях; все звенья здесь выполнены в виде катков с гладкой внешней контактной поверхностью на каждом катке; промежуточное тело выполнено в виде упругого тонкостенного кольца с гладкой внутренней контактной поверхностью с возможностью занимать при работе эксцентричное положение и самозаклиниваться на ведомых звеньях, но не передавать движение и силы с ведущего катка на ведомые и преобразовывать их при этом; ведущее звено здесь расположено внутри по центру кольца, опирающегося на реборды на обоих торцах ведомых звеньев (Механизмы. Справочник / Под ред. С.Н.Кожевникова. - М.: Машиностроение, 1976. - С.324, 325, рис.5.7 - прототип).
Такая симметричная компоновка передачи лучше использует рабочее пространство, но не устраняет остальные недостатки. Это и ограничивает функциональные возможности передачи многошпиндельной машины, уменьшает эффективность ее действия и снижает производительность.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение функциональных возможностей передачи, обеспечение простоты компактного выполнения ее в машине со многими шпинделями, вращающимися как в одну, так и в разные стороны с одинаковыми или разными скоростями, и увеличение передаваемых сил.
Технический результат достигается за счет того, что передача многошпиндельной машины, включающая поворотные, подвижно связанные ведущее и два ведомых звена, выполненные с контактной поверхностью каждое, и промежуточное тело, выполненное в виде кольца с контактной поверхностью и установленное с возможностью взаимодействия с соответствующими поверхностями на звеньях, снабжена по крайней мере еще одним дополнительным ведомым звеном, размещенным по окружности промежуточного тела, выполненного жестким и снабженным по крайней мере еще одной контактной поверхностью с возможностью взаимодействия с соответствующей контактной поверхностью звена, при этом промежуточное тело снабжено съемными ребордами на обоих торцах, выступы которых частично перекрывают звенья и опираются на их торцы.
Ведомые звенья передачи расположены, в частности, снаружи промежуточного тела.
Ведомые звенья передачи расположены, в частности, внутри промежуточного тела.
Часть ведомых звеньев, в частности, расположена снаружи, а другая часть ведомых звеньев расположена внутри промежуточного тела.
Ведомые звенья и взаимодействующие с ними контактные поверхности промежуточного тела выполнены, в частности, как катки.
Ведомые звенья и взаимодействующие с ними контактные поверхности промежуточного тела выполнены, в частности, в виде зубчатых колес.
Часть ведомых звеньев и взаимодействующих с ними контактных поверхностей промежуточного тела выполнена, в частности, в виде катков, а другая часть ведомых звеньев и взаимодействующих с ними контактных поверхностей промежуточного тела выполнена в виде зубчатых колес.
Новым по сравнению с прототипом в устройстве являются:
новые конструктивные элементы:
одно или несколько дополнительных ведомых звеньев со шпинделем каждый;
съемные реборды;
наличие новых связей между элементами:
дополнительные ведомые звенья выполнены с возможностью взаимодействия своими контактными поверхностями с соответствующими дополнительными контактными поверхностями промежуточного тела;
съемные реборды выполнены скрепленными с обоими торцами промежуточного тела;
выступы реборд выполнены опирающимися на торцы звеньев;
новое взаимное расположение элементов:
все ведомые звенья, размещенные по окружности промежуточного тела, установлены не только внутри него, но и внутри и снаружи, или только снаружи него;
выступы реборд частично перекрывают сопряженные звенья в зоне их контактов с промежуточным телом;
новая форма выполнения элементов:
промежуточное тело выполнено жестким;
промежуточное тело выполнено с дополнительными контактными поверхностями соответственно контактным поверхностям на дополнительных ведомых звеньях;
часть или все ведомые звенья и взаимодействующие с ними контактные поверхности промежуточного тела выполнены в виде катков, а другая часть или все ведомые звенья и взаимодействующие с ними контактные поверхности промежуточного тела выполнены в виде зубчатых колес;
новая форма выполнения связи между элементами:
часть или все взаимодействующие пары контактных поверхностей промежуточного тела и каждого ведомого звена, выполненные в виде катков, образуют соответствующие катковые подвижные соединения;
часть или все взаимодействующие пары контактных поверхностей промежуточного тела и каждого ведомого звена, выполненные в виде зубчатых колес, образуют соответствующие зубчатые зацепления.
Предложение является новым по сравнению с прототипом, так как оно не известно из уровня техники.
Предложение имеет изобретательский уровень, так как оно для специалистов явным образом не следует из уровня техники и не может быть разработано с использованием известных методов, методик, правил и приемов расчета, проектирования и конструирования машин и их механизмов.
Предложенное техническое решение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена структурно-конструктивная схема передачи с тремя ведомыми звеньями, с Катковыми кинематическими парами, вид спереди и сверху; на фиг.2 - то же, со всеми внутренними звеньями, с зубчатыми кинематическими парами; на фиг.3 - то же, с одним внутренним и четырьмя наружными ведомыми звеньями, с двумя внутренними Катковыми и четырьмя внешними зубчатыми кинематическими парами; на фиг.4 - конструктивная схема передачи с восемью внешними ведомыми звеньями, со всеми зубчатыми кинематическими парами.
Согласно предложению (фиг.1…4) передача многошпиндельной машины включает в себя поворотные относительно стойки подвижно связанные ведущее 1 и ведомые 2 и 4 звена. На каждом из последних установлен элемент исполнительного органа - шпиндель (показан условно). Эти звенья выполнены с контактными поверхностями каждое с одинаковыми или разными размерами (диаметрами, толщинами). Промежуточное тело 3 передачи выполнено в виде кольца с контактными поверхностями и установлено с возможностью взаимодействия с соответствующими поверхностями на звеньях 1, 2, 4. Дополнительно к двум ведомым звеньям 2 передача снабжена одним (фиг.1, 2) и более (фиг.3 - двумя, фиг.4 - шестью) дополнительными ведомыми звеньями 4 со шпинделем на каждом. Промежуточное тело 3 передачи выполнено жестким, недеформируемым кольцом и дополнительно к имеющейся снабжено еще одной (фиг.3, 4) или несколькими контактными поверхностями с возможностью взаимодействия с соответствующими контактными поверхностями звеньев 1, 2, 4. Основные 2 и дополнительные ведомые звенья 4 размещены по окружности жесткого промежуточного тела 3, так же как и ведущее звено 1. Промежуточное тело 3 выполнено со съемной ребордой 5 на каждом торце. Реборды 5 установлены так, что их выступы частично перекрывают сопряженные звенья 1, 2, 4 в зоне контактов с промежуточным телом 3 и опираются на них сверху, взаимодействуя с ними и снизу. На периферии ведущее 1 и ведомые 2, 4 звенья, а также промежуточное тело 3 выполнены, в частности, тоньше, чем в остальных местах. Реборды 5 скреплены с промежуточным телом 3, например, винтами 6, головки 7 которых снабжены податливыми выступами - лепестками 8, выполненными с возможностью вдавливания в соответствующие, специально выполненные прорези 9 на ребордах 5. Ведомое звено 1 выполнено, например, или в виде катка (фиг.1, 3), или в виде зубчатого колеса (фиг.2, 4). Расположено это звено 1, например, или снаружи (фиг.1, 3), или внутри (фиг.2, 4) промежуточного тела 3, образуя с его контактной поверхностью катковые (фиг.1, 3) или зубчатые (фиг.2, 4) внешние или внутренние подвижные соединения. Ведомые звенья 2, 4 передачи расположены, в частности, только снаружи промежуточного тела 3 (фиг.1, 4), взаимодействуя своими внешними контактными поверхностями с внешними контактными поверхностями тела 3. Ведомые звенья 2, 4 передачи расположены, в частности, только внутри промежуточного тела 3 (фиг.2), взаимодействуя своими внешними контактными поверхностями с внутренними контактными поверхностями тела 3. Часть ведомых звеньев 2, 4 передачи расположена, в частности, снаружи промежуточного тела 3, взаимодействуя внешними контактными поверхностями, а другая часть ведомых звеньев 2, 4 расположена внутри промежуточного тела 3, взаимодействуя внешними контактными поверхностями на звеньях 2, 4 с внутренними контактными поверхностями тела 3 (фиг.3). Ведомые звенья 2, 4 и взаимодействующие с ними контактные поверхности промежуточного тела 3, в частности, выполнены в виде катков (фиг.1, 3), образующих при взаимодействии соответствующие катковые подвижные соединения, например цилиндрические, конические, клиновые или их разные сочетания (фиг.1). Ведомые звенья 2, 4 и взаимодействующие с ними контактные поверхности промежуточного тела 3, в частности, выполнены в виде зубчатых колес, образующих при взаимодействии зацепления (фиг.3). Часть ведомых звеньев 2, 4 и взаимодействующих с ними контактных поверхностей промежуточного тела 3, в частности, выполнена в виде катков, образуя при взаимодействии соответствующие катковые подвижные соединения, например, цилиндрические, конические, клиновые или их разные сочетания, а другая часть ведомых звеньев 2, 4 и взаимодействующих с ними контактных поверхностей промежуточного тела 3 выполнена в виде зубчатых колес, образуя при взаимодействии зацепления (фиг.3).
Предложенная передача многошпиндельной машины (фиг.1…4) работает следующим образом. Вначале, в соответствии с технологическим процессом и необходимым количеством мест воздействия инструмента на шпинделе с обрабатываемым объектом (например, отверстий, которые надо просверлить) назначают количество ведомых звеньев основных 2 и дополнительных 4. Затем, в зависимости от того, какие по величине силы передают на шпиндели, назначают выполнения взаимодействующих контактных поверхностей ведущего 1 и ведомых 2, 4 звеньев и промежуточного тела 3 - гладкое (при небольших силах с возможной перегрузкой и желательностью предохранения от поломок), или зубчатое (при больших силах, без перегрузок, при недопустимости проскальзывания), или комбинированное - часть поверхностей гладкие, часть - зубчатые. Потом, в зависимости от соотношения величин скоростей вращения ведущего 1 и каждого ведомого звена 2, 4 и передаваемых сил назначают размеры взаимодействующих контактных поверхностей. После этого, исходя из координат мест взаимодействия инструмента на шпинделях с обрабатываемым объектом соответственно располагают звенья 2 и 4 по окружности промежуточного тела 3, корректируя при необходимости размеры элементов передачи. Далее, учитывая желаемые направления вращения звеньев 2, 4, располагают звенья 1, 2 и 4 внутри, снаружи или внутри и снаружи промежуточного тела 3. Затем монтируют передачу, располагая ее элементы 1…4 требуемым образом, устанавливая на промежуточном теле 3 реборды 5, располагая между ними звенья 1, 2 и 4, закрепляя реборды 5, например, винтами 6 и предохраняя это скрепление от отвинчивания, вдавливая податливые выступы - лепестки 8 в соответствующие, специально выполненные прорези 9 на ребордах 5. После этого размещают машину с передачей на месте производства работ, приводят во вращение ведущее звено 1 и при подвижном взаимодействии соответствующих контактных поверхностей звена 1, промежуточного тела 3 и ведомых звеньев 2, 4 заставляют их и шпиндели вращаться. Выполняя подачу последних, осуществляют требуемую рабочую операцию (например, одновременное сверление 8 крепежных отверстий, расположенных симметрично по окружности колеса железнодорожной дрезины, - фиг.4; или сверление 4-х отверстий в деревянной шпале под костыли крепления к ней подкладки и рельса; или завинчивание - отвинчивание нескольких гаек, винтов крепежных скреплений и пр.). При двух основных 2 и одном и большем количестве дополнительных 4 ведомых звеньев со шпинделями работу передачи осуществляют при воздействии инструментов на последних на обрабатываемый объект в трех и более местах (например, просверливая три и более отверстия). Требуемое для нормальной работы передачи положение промежуточного тела 3 относительно звеньев 1, 2 и 4 обеспечивают ребордами 5. В случае установки всех звеньев 1, 2 и 4 по окружности промежуточного тела 3 только внутри него (фиг.3) и только снаружи него (фиг.1) всех их вращают в одну и ту же сторону. При установке звеньев 2, 4 снаружи реализуют большие расстояния между местами взаимодействия шпинделей и обрабатываемого объекта. В случае расположения части ведомых звеньев 2, 4 по окружности промежуточного тела 3 снаружи него, а части ведомых звеньев 2, 4 по окружности промежуточного тела 3 внутри него (фиг.3, 4) наружные и внутренние звенья вращают в разные стороны. В случае выполнения ведомых звеньев 2, 4 и взаимодействующих с ними контактных поверхностей промежуточного тела 3 в виде гладких катков (фиг.1), образующих при взаимодействии соответствующие катковые соединения, упрощают выполнение передачи и реализуют предохранение ее от поломок за счет проскальзывания. В случае выполнения ведомых звеньев 2, 4 и взаимодействующих с ними контактных поверхностей промежуточного тела 3 в виде зубчатых колес (фиг.3, 4), образующих при взаимодействии соответствующие зацепления, реализуют возможность точной передачи поворота, передачи больших, чем в предыдущем случае, сил, с более высоким коэффициентом полезного действия. В случае выполнения части ведомых звеньев 2, 4 в виде катков, как и взаимодействующих с ними контактных поверхностей промежуточного тела 3, образующих при взаимодействии соответствующие катковые соединения, а другой части ведомых звеньев, выполненных в виде зубчатых колес, как и взаимодействующих с ними контактных поверхностей промежуточного тела 3, образующих при взаимодействии соответствующие зацепления (фиг.3), реализуют кинематические цепи передачи с разными силовыми и энергетическими характеристиками.
Таким образом, предложение реализует широкий спектр функциональных возможностей и увеличивает эффективность ее использования и производительность за счет увеличения передаваемых сил, реализации возможности компактного выполнения со многими шпинделями, вращающимися как в одну, так и в разные стороны с одинаковыми или неодинаковыми скоростями, и пр., что и обеспечивает достижение декларируемого технического результата.
Предложенная передача многошпиндельной машины выполнена организацией - заявителем. При испытаниях она продемонстрировала свою работоспособность и возможность достижения технического результата. Таким образом, предложение имеет промышленную применимость.