Зубчатый механизм преобразования вращательного движения в неравномерное
GEAR MECHANISM FOR CONVERTING ROTATIONAL MOTION INTO AN UNEVEN ONE

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к преобразователям равномерного вращательного движения в неравномерное вращательное и наоборот.
Известен механизм для преобразования движения (Патент на изобретение № RU 2374526), который содержит корпус, основной ведущий вал, кулачок, установленный на корпусе соосно ведущему валу, диск с направляющими, ромбический шарнирный четырехзвенник с пальцами, взаимодействующими с кулачком и направляющими, дополнительный ведущий вал, установленный соосно в основном ведущем валу, рычаги и ведомый вал. Ведущие валы шарнирно соединены рычагами с серединами противоположных сторон шарнирного четырехзвенника. Диск установлен с возможностью вращения и механически связан с ведомым валом. Пальцы расположены в вершинах шарнирного четырехзвенника. Направляющие расположены симметрично вдоль взаимно перпендикулярных осей симметрии на плоскости диска. Профиль кулачка описывается зависимостью полярного радиуса от полярного угла и длины стороны шарнирного четырехзвенника и представляет эквидистанту, отстоящую на величину радиуса пальца внутрь от базовой замкнутой кривой.
Недостатком данного устройства является сложность в изготовлении и обслуживании за счет использования сложных элементов, требующих высокой точности изготовления и сборки.
Известен механизм преобразования движения (Патент на изобретение № RU 2531854), содержащий корпус, ведущий вал, являющийся валом отбора мощности, полый вал, установленный соосно ведущему, и узел преобразования движения. Узел преобразования движения выполнен в виде установленного в корпусе соосно валам диска, в центре которого выполнена профилированная дорожка качения. Между валом и дорожкой качения размещено четное количество роликов, половина из которых вращаются вокруг собственной оси и попарно и крестообразно жестко связаны через кронштейны и с ведущим и полым валами. Остальные ролики свободно расположены между дорожкой качения и жестко связанными роликами.
Недостатком данного устройства является большие габариты и высокий износ элементов механизма за счет постоянного контакта роликов при работе.
Известен механизм с остановками выходного звена (Prikhodko А.А., Smelyagin A.I., Tsybin A.D. Kinematics of planetary mechanisms with intermittent motion // Procedia Engineering. - 2017. - T. 206. - C. 380-385), который является прототипом предлагаемого изобретения, содержащий корпус, входной вал, водило, центральное цилиндрическое неподвижное зубчатое колесо, сателлит, состоящий из цилиндрического зубчатого колеса, вала и эллиптического зубчатого колеса, и выходной вал с закрепленным на нем эллиптическим зубчатым колесом. При этом в рассматриваемом механизме оси вращения эллиптических зубчатых колес проходят через фокусы делительного эллипса.
Недостатками конструкции планетарного исполнительного механизма являются повышенные требования к точности изготовления деталей и сложность его сборки, а также большие габариты по сравнению с зубчатой передачей с неподвижными осями вращения. В прототипе реализуется частный случай неравномерного движения - движение с остановками, но при этом не показывается возможность изменения коэффициента неравномерности движения выходного звена.
Таким образом, задачей изобретения является создание зубчатого механизма преобразования вращательного движения в неравномерное, характеризующегося высокими эксплуатационными характеристиками.
Техническим результатом является упрощение изготовления и сборки механизма, оптимизация габаритных размеров и обеспечение возможности настройки коэффициента неравномерности вращения выходного звена.
1
2
1
Технический результат достигается тем, что зубчатый механизм преобразования вращательного движения в неравномерное содержит корпус, в котором соосно установлены входной и выходной валы, эллиптическое зубчатое колесо, установленное на выходном валу, эллиптическое зубчатое колесо, закрепленное на входном валу и находящееся в зацеплении с эллиптическим зубчатым колесом одного с ним размера, закрепленным на промежуточном валу, также на промежуточном валу закреплено второе эллиптическое зубчатое колесо, которое находится в зацеплении с эллиптическим зубчатым колесом на выходном валу одного с ним размера, при этом малая полуось b первой пары эллиптических колес может отличаться от малой полуоси b второй 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 - фокус делительного эллипса, который расположен на большой полуоси делительного эллипса на расстоянии c от центра делительного эллипса для первой пары колес, определяемом по формуле:
1
где а - большая полуось делительного эллипса обоих пар эллиптических зубчатых колес; b - малая полуось делительного эллипса первой пары эллиптических зубчатых колес;
2
и на расстоянии c от центра делительного эллипса для второй пары колес, определяемом по формуле:
2
где b - малая полуось делительного эллипса второй пары эллиптических зубчатых колес;
и таким образом достигается непрерывность их зацепления.
Технический результат достигается за счет использования двухступенчатой передачи эллиптическими зубчатыми колесами с осями вращения в фокусах делительных эллипсов. Данный вид передачи является более компактным, имеет возможность настройки коэффициента неравномерности движения рабочего органа, более прост в изготовлении и сборке по сравнению с планетарной передачей эллиптическими колесами.
На фиг. 1 показана структурная схема механизма, на фиг. 2 показан разрез А-А, на фиг. 3 показан разрез Б-Б, на фиг. 4 показан пример шлицевого соединения промежуточного вала с эллиптическими зубчатыми колесами, на фиг. 5-7 показаны примеры механизмов с различными эксцентриситетами эллиптических зубчатых колес, на фиг. 8 показаны графики передаточного отношения механизма от угла поворота входного вала при различных эксцентриситетах, на фиг. 9 показана зависимость коэффициента неравномерности вращения выходного вала от эксцентриситета второй пары эллиптических зубчатых колес, на фиг. 10-12 показаны примеры механизмов с различными углами установки эллиптических зубчатых колес, на фиг. 13 показаны графики передаточного отношения механизма от угла поворота входного вала при различных углах установки эллиптических зубчатых колес, на фиг. 14 показана зависимость коэффициента неравномерности вращения выходного вала от угла установки эллиптических зубчатых колес.
1
2
1
2
а
Зубчатый механизм преобразования вращательного движения в неравномерное состоит из корпуса 1, в котором соосно установлены входной вал 2 и выходной вал 3, эллиптического зубчатого колеса 4 на входном валу и эллиптического зубчатого колеса 5 на выходном валу, эллиптического зубчатого колеса 6 и эллиптического зубчатого колеса 7 на промежуточном валу 8. Эллиптическое зубчатое колесо 4 и эллиптическое зубчатое колесо 6 состоят в зацеплении и имеют одинаковые размеры, эллиптическое зубчатое колесо 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  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 c, равном , от центра делительного эллипса для одной пары колес и c, равном , для другой пары, и таким образом достигается непрерывность их зацепления.
Зубчатый механизм преобразования вращательного движения в неравномерное работает следующим образом. Входному валу 2 сообщается вращательное движение, которое передается посредством эллиптического колеса 4 на эллиптическое колесо 6 и, соответственно, вал 8 и эллиптическое колесо 7. Затем движение колеса 7 передается на эллиптическое колесо 5 и соответственно выходной вал 3, который благодаря переменному передаточному отношению каждой пары эллиптических зубчатых колес совершает неравномерное вращательное движение.
1
2
Коэффициент неравномерности вращения выходного вала механизма зависит от следующих параметров: эксцентриситетов e и e каждой пары эллиптических зубчатых колес, а также угла α установки эллиптических зубчатых колес. Для изменения коэффициента неравномерности могут изготавливаться комплекты сменных эллиптических зубчатых колес 4, 6 и 5, 7 с различными эксцентриситетами, а соединения вала 8 с эллиптическими зубчатыми колесами 6 и 7 с целью изменения угла α могут быть выполнены шлицевыми (фиг. 4).
1
2
2
2
2
Зависимость коэффициента неравномерности вращения выходного вала от эксцентриситетов эллиптических зубчатых колес показана на трех примерах (фиг. 5-7). Эксцентриситет первой пары эллиптических зубчатых колес 4, 6 и угол установки эллиптических зубчатых колес 6 и 7 одинаковы для всех трех примеров (е=0.5, α=0°). Эксцентриситет второй пары эллиптических зубчатых колес 5, 7 варьируется и составляет е=0.2 (фиг. 5), e=0.4 (фиг. 6) и е=0.6 (фиг. 7) для первого, второго и третьего механизмов соответственно. На фиг. 8 показаны графики передаточного отношения механизма от угла поворота входного вала 2. На фиг. 9 показана зависимость коэффициента неравномерности вращения δ выходного вала 3 от эксцентриситета е второй пары эллиптических зубчатых колес 5, 7.
1
2
Зависимость коэффициента неравномерности вращения рабочего органа от угла установки α эллиптических зубчатых колес 6 и 7 показана также на трех примерах (фиг. 10-12). Эксцентриситеты первой и второй пары эллиптических зубчатых колес 4, 6 и 5, 7 одинаковы для всех трех примеров (e=e=0.5). Угол установки α эллиптических зубчатых колес 6 и 7 варьируется и составляет α=60° (фиг. 10), α=90° (фиг. 11) и α=180° (фиг. 12) для первого, второго и третьего механизмов соответственно. На фиг. 13 показаны графики передаточного отношения механизма от угла поворота входного вала 2. На фиг. 14 показана зависимость коэффициента неравномерности вращения δ выходного вала 3 от угла установки α эллиптических зубчатых колес 6 и 7.
1
2
Таким образом, используя пары эллиптических зубчатых колес 4, 6 и 5, 7 с различными эксцентриситетами e и е и устанавливая под разным углом α эллиптические зубчатые колеса 6 и 7, можно регулировать неравномерность вращения выходного вала механизма в широких пределах.