Планетарный механизм преобразования вращательного движения в возвратно-вращательное
PLANETARY GEAR MECHANISM OF ROTATIONAL MOTION CONVERTION INTO RECIPROCATING ROTATIONAL MOTION

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к преобразователям вращательного движения в возвратно-вращательное и наоборот. Они могут применяться в различных станках, машинах-автоматах, буровых установках, нетрадиционных двигателях внутреннего сгорания, а также в качестве исполнительных механизмов перемешивающих устройств.
Широко известен шарнирный четырехзвенник (Смелягин А.И. Структура механизмов и машин: Учебное пособие. - М.: Высш. шк., 2006. - 304 с, стр. 89, рис. 2.31), состоящий из кривошипа, шатуна и коромысла, которые соединены вращательными кинематическими парами.
Основными недостатками рычажных механизмов, к которым относится шарнирный четырехзвенник, являются сравнительно большие габариты и невысокий коэффициент использования объема.
Известен механизм передачи движения (патент РФ №2239739, F16H 21/40), включающий в себя корпус, входной вал на упорных подшипниках, преобразователь качательного движения входного вала во вращательное движение выходного вала, выходной вал на упорных подшипниках и снабженный маховиком, отличающийся тем, что механизм передачи движения выполнен двухступенчатым, причем первая ступень включает в себя шестерню входного вала и находящиеся с ней в зацеплении две одинаковые шестерни, снабженные кривошипными пальцами и расположенные симметрично относительно вертикальной оси вращения выходного вала, причем кривошипные пальцы первой и второй ступеней попарно соединены коромыслами.
Конструкция данного механизма позволяет преобразовывать как возвратно-вращательное движение во вращательное, так и вращательное в возвратно-вращательное. Однако структурный анализ механизма показывает, что он образован из двух параллельно установленных шарнирных четырехзвенников (меньшие шестерни с пальцами - кривошипы, коромысла - шатуны, большие шестерни с пальцами - коромысла), к которым присоединены дополнительные звенья. Возвратно-вращательное движение в этом механизме получено за счет шарнирного четырехзвенника, недостатками которого являются большие габариты и невысокий коэффициент использования объема.
Известен зубчатый преобразователь вращательного движения в возвратно-вращательное (патент РФ №2528493, МПК F16H 19/08), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и содержащий корпус, в котором соосно установлены входной и выходной валы, центральное неподвижное зубчатое колесо, жестко закрепленное на корпусе соосно входному валу, эллиптическое зубчатое колесо, установленное на выходном валу, сателлит, состоящий из цилиндрической шестерни и эллиптической шестерни, соединенных валом, водило, установленное на входном валу и соединенное другим концом через вращательную кинематическую пару с валом сателлита, причем центральное неподвижное зубчатое колесо состоит в зубчатом зацеплении с цилиндрической шестерней сателлита одного с ней размера, а эллиптическая шестерня сателлита состоит в зубчатом зацеплении с эллиптическим зубчатым колесом одного с ней размера, кроме того, эллиптическая шестерня и эллиптическое зубчатое колесо установлены на своих валах таким образом, что ось вращения вала проходит через точку, называемую фокусом делительного эллипса эллиптического зубчатого колеса или эллиптической шестерни сателлита, которая расположена на большой полуоси делительного эллипса на расстоянии с от центра делительного эллипса, где a и b - большая и малая полуоси делительного эллипса соответственно, и таким образом достигается непрерывность их зацепления.
В данном устройстве максимальный угол поворота выходного вала определяется эксцентриситетом e эллиптических колес, который определяется по формуле. При увеличении эксцентриситета соответственно уменьшается малая полуось b при заданной большой полуоси a, увеличивается максимальный угол поворота выходного вала. Поэтому недостатком данной конструкции является необходимость увеличения габаритов устройства для получения больших значений угла поворота выходного вала.
Задачей изобретения является создание планетарного механизма преобразования вращательного движения в возвратно-вращательное, имеющего больший угол поворота выходного вала.
Техническим результатом является получение большего значения максимального угла поворота выходного вала заявляемого планетарного механизма по сравнению с прототипом при одинаковых габаритных размерах.
1
2
1
2
Технический результат достигается планетарным механизмом преобразования вращательного движения в возвратно-вращательное, содержащим корпус, в котором соосно установлены входной и выходной валы, неподвижное эллиптическое зубчатое колесо, жестко закрепленное на корпусе соосно входному валу, эллиптическое зубчатое колесо, установленное на выходном валу, сателлит, состоящий из подвижного эллиптического зубчатого колеса и эллиптической шестерни, повернутых на 180° относительно друг друга и соединенных валом, водило, установленное на входном валу и соединенное другим концом через вращательную кинематическую пару с валом сателлита, причем подвижное эллиптическое зубчатое колесо сателлита соединено с неподвижным эллиптическим зубчатым колесом одного с ним размера, а эллиптическая шестерня сателлита состоит в зубчатом зацеплении с эллиптическим зубчатым колесом одного с ним размера, при этом малая полуось b одной пары эллиптических колес может отличаться от малой полуоси b другой пары, а большие полуоси а всех эллиптических колес одинаковы, кроме того, все эллиптические колеса установлены на своих валах таким образом, что ось вращения вала проходит через точку, называемую фокусом делительного эллипса, которая расположена на большой полуоси делительного эллипса на расстоянии c, равном, от центра делительного эллипса для одной пары колес и с, равном, для другой пары, и таким образом достигается непрерывность их зацепления.
Технический результат достигается за счет замены пары цилиндрических колес парой эллиптических колес, при этом угол поворота выходного вала увеличивается в 1,2-1,8 раза.
На фиг. 1 показана структурная схема планетарного механизма, на фиг. 2 показан вид А без корпуса, на фиг. 3 показан вид Б без корпуса, на фиг. 4 показаны графики зависимостей углов поворота выходного вала от входного вала.
1
2
1
2
Планетарный механизм преобразования вращательного движения в возвратно-вращательное состоит из корпуса 1, в котором соосно установлены входной 2 и выходной 3 валы, неподвижного эллиптического зубчатого колеса 4, жестко закрепленного на корпусе соосно входному валу 2, эллиптического зубчатого колеса 5, установленного на выходном валу 3, сателлита, состоящего из подвижного эллиптического зубчатого колеса 6 и эллиптической шестерни 7, повернутых на 180° относительно друг друга и соединенных валом 8, водила 9, установленного на входном валу 2 и соединенного другим концом через вращательную кинематическую пару с валом сателлита. Неподвижное эллиптическое зубчатое колесо 4 и подвижное эллиптическое зубчатое колесо 6 состоят в зацеплении и имеют одинаковые размеры, эллиптическая шестерня 7 и эллиптическое зубчатое колесо 5 также состоят в зацеплении и имеют одинаковые размеры, при этом малая полуось b одной пары эллиптических колес может отличаться от малой полуоси b другой пары, а большие полуоси а всех эллиптических колес одинаковы. Все эллиптические колеса установлены на своих валах таким образом, что ось вращения вала проходит через точку, называемую фокусом делительного эллипса, которая расположена на большой полуоси делительного эллипса на расстоянии с, равном, от центра делительного эллипса для одной пары колес и с, равном, для другой пары, и таким образом достигается непрерывность их зацепления.
Планетарный механизм работает следующим образом. Входному валу 2 сообщается вращательное движение, которое передается водилу 9, благодаря этому подвижное эллиптическое зубчатое колесо 6 обкатывается по неподвижному эллиптическому зубчатому колесу 4, вращательное движение подвижного колеса 6 через вал 8 и эллиптическую шестерню 7 передается эллиптическому зубчатому колесу 5 и выходному валу 3, при указанном соотношении размеров эллиптических колес выходной вал 3 через полный оборот входного вала 2 оказывается в том же положении, однако благодаря переменным передаточным отношениям пар эллиптических колес 4 и 6, 7 и 5 совершает возвратно-вращательное движение.
1
2
1
2
1
2
1
2
Для сравнения на фиг. 4 показаны графики зависимостей углов поворота выходного вала 3 от входного вала 2 при следующих параметрах: ϕ3 - прототип, а=25, b=20, с=15, е=0,6; ϕ3 - заявляемое устройство, а=25, b=b=20, c=c=15, e=е=0,6. Анализ графиков показывает, что использование пары эллиптических колес 4 и 6 вместо цилиндрических приводит к увеличению максимального угла поворота.