УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ В ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ И НАОБОРОТ

Заявляемое полезная модель относится к области машиностроения, а более конкретно - к устройствам преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот, и может быть использовано, например, в двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, насосах и др. устройствах, где необходимо преобразование вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот.
Известен аксиально-поршневой двигатель с противоположно движущимися поршнями, (заявка №2001105860 от 27.02.2003) содержащий корпус, вал, цилиндры, расположенные вокруг и параллельно оси вала, по два поршня с шатунами-поводками в каждом цилиндре, неподвижно закрепленные на валу две косые втулки и две качающиеся шайбы с радиальными цапфами, связанными шарнирно с шатунами-поводками, поршни имеют уплотнения с обоих торцов, а рабочие процессы двигателя совершаются как в объеме между поршнями с одной стороны, так и между торцевыми крышками цилиндров и поршнями с другой.
Недостатками аналога являются: большие габариты вследствие наличия несовпадения оси приводного вала и оси цилиндров, повышенных габаритов механизма возвратно-поступательного движения поршней, а также снижение КПД механизма и его долговечности из-за давления поршней на стенки цилиндров и возникновения в нем неуравновешенных сил инерции.
Прототипом заявляемого изобретения является устройство преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот, патент RU №2059133 С1, содержащее корпус, размещенный в нем ползун цилиндрической формы с замкнутой винтовой канавкой, кинематически связанное с ползуном и фиксированное от перемещения вдоль своей оси вращения тело вращения в виде маховика, кинематическая связь между ползуном и телом вращения выполнена в виде поводков, зафиксированных в маховике, предназначенных для взаимодействия одной стороной с телом вращения, а другой стороной - для взаимодействия с боковой поверхностью замкнутой винтовой канавки. Проворот ползуна относительно корпуса ограничен шлицевым соединением.
Прототип работает следующим образом. При приложении крутящего момента к маховику он начинает разворачиваться относительно своей оси, а зафиксированный в нем поводок начинает давить на боковую поверхность винтовой канавки, вследствие ограничения возможности проворота ползуна шлицевым соединением его с корпусом ползун начинает поступательное движение. После достижения ползуном крайнего положения происходит переход поводка в реверсивную ветвь винтовой канавки, (ветвь, имеющую обратное направление) и ползун, таким образом, меняет направление движения на противоположное. Цикл повторяется, вследствие чего вращательное движение преобразуется в возвратно-поступательное. При обратном преобразовании движения возвратно-поступательного во вращательное усилие прикладывается к ползуну. При этом ползун боковой поверхностью винтовой канавки воздействует на поводок, закрепленный в маховике, что вызывает вращение маховика. При достижении ползуном крайнего положения за счет силы инерции вращательного движения маховика происходит переход поводка в реверсивную ветвь винтовой канавки, и при изменении направления прикладываемой нагрузки на противоположное вращательное движение маховика продолжается в том же направлении.
Недостатком прототипа является пониженный ресурс его работы и КПД, особенно при больших скоростях вращательного и возвратно-поступательного движений, вследствие возникновения трения скольжения в узле фиксации поводков в маховике, между поводками и поверхностью винтовой канавки, что ограничивает скоростные, силовые характеристики механизма, а также область его применения.
Технической задачей заявляемой полезной модели является: исключение трения скольжения в узле фиксации поводков в корпусе, а также между поводками и поверхностью винтовой канавки.
Технический результат - повышение надежности и долговечности устройства преобразования движения, а также обеспечение возможности работы устройства при больших скоростях вращательного и возвратно-поступательного движений и силовых нагрузках.
Поставленная задача решается тем, что заявляемое устройство содержит корпус, маховик и ползун, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси вращения маховика, на боковой поверхности ползуна выполнена замкнутая винтовая канавка, между ползуном и маховиком размещен поводок, имеющий форму шара, проворот ползуна относительно корпуса ограничен шлицевым соединением, в котором, в отличие от прототипа, в корпусе выполнена радиусная кольцевая канавка, поводок вставлен в паз в маховике и поверхностью, выходящей за пределы паза маховика, опирается на кольцевую канавку корпуса. Замкнутая винтовая канавка может быть выполнена с числом витков более одного, при этом количество поводков равно числу витков винтовой канавки, и они равномерно зафиксированы в маховике. На ползуне может быть выполнено несколько параллельных винтовых канавок, на корпусе - соответствующее количество кольцевых канавок, а в пазах маховика вставлено требуемое количество поводков. Маховик может быть выполнен в виде приводного или выходного вала.
Благодаря новой совокупности существенных признаков заявляемого изобретения получаем увеличение надежности и долговечности устройства преобразования движения при одновременном увеличении скоростных и силовых нагрузок. Это объясняется тем, что вследствие опирания шарового поводка на кольцевую канавку, выполненную в корпусе устройства, и возможности свободного качения поводка по этой канавке обеспечивается отсутствие трения скольжения между поводком и боковой поверхностью винтовой канавки, вызывающего износ поводков и канавки. При этом осевые усилия, действующие в устройстве, воспринимаются непосредственно корпусом и не действуют на опоры маховика. Увеличение количества поводков и одновременно воспринимающих нагрузку винтовых и опорных кольцевых канавок обеспечивает возможность преобразовывать вращательное движение в возвратно-поступательное и наоборот при наличии больших механических усилий.
На фигуре 1 схематично представлен вариант выполнения заявляемого устройства.
Заявляемое устройство содержит корпус I, в котором установлен маховик 2. В корпусе 1 также установлен цилиндрический ползун 3, имеющий возможность перемещения вдоль оси маховика 2. При этом ось вращения маховика 2 совпадает с продольной осью ползуна 3. Проворот ползуна 3 относительно корпуса 1 ограничен шлицевыми соединениями, представляющими собой продольные пазы 7 в ползуне 3 и корпусе 1, в которых утоплены шарики 8. На цилиндрической поверхности ползуна 3 выполнена замкнутая винтовая канавка 5, в которой наполовину утоплены шаровидные поводки 4, вторая половина поводков, выходящая за пределы ползуна, вставлена в пазы в маховике 2 и опирается на радиусную кольцевую канавку 6, выполненную в корпусе 1.
Устройство работает следующим образом. При приложении крутящего момента к маховику 2 он начинает вращение относительно своей оси, а зафиксированные в его пазах поводки 4 начинают катиться по кольцевой канавке 6 и давить на боковую поверхность винтовой канавки 5, вследствие ограничения возможности проворота ползуна 3 шлицевым соединением 8, 9 его с корпусом 1 ползун начинает поступательное движение. После достижения ползуном 3 крайнего положения происходит переход поводков 4 в реверсивную ветвь винтовой канавки 5 (ветвь, имеющую обратное направление), и ползун 3, таким образом, меняет направление движения на противоположное. Цикл повторяется, вследствие чего вращательное движение преобразуется в возвратно-поступательное.
При преобразовании возвратно-поступательного движения во вращательное усилие прикладывается к ползуну 3. При этом ползун 3 боковой поверхностью винтовой канавки 5 воздействует на поводки 4, которые, прокатываясь по кольцевой канавке 6, вызывают вращение маховика 2. При достижении ползуном 3 крайнего положения за счет силы инерции вращательного движения маховика 2 происходит переход поводка в реверсивную ветвь винтовой канавки 5, и при изменении направления прикладываемой нагрузки на противоположное вращательное движение маховика 2 продолжается в том же направлении.
Возникающее при преобразовании вращательного движения маховика 2 в возвратно-поступательное движение ползуна 3 осевое усилие, либо усилие, действующее на ползун 3, при обратном преобразовании движения через поводки 4 передается непосредственно на корпус 1. Качение поводков 4 по поверхностям винтовой канавки 5 и кольцевой канавке 6 корпуса 1 обеспечивает минимальные потери энергии на трение в устройстве, а также повышение работоспособности устройства при одновременном увеличении скоростных и силовых нагрузок, действующих на устройство.
Радиусная кольцевая канавка, выполненная на корпусе, ограничивает радиальное перемещение поводков и обеспечивает максимальную длину линии контакта поводков и корпуса, что позволяет увеличить силовую нагруженность устройства и его работоспособность.
Таким образом, за счет введения новой совокупности существенных признаков можно решить поставленную техническую задачу, вытекающую из современного уровня техники.