УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВРАЩЕНИЯ В КОЛЕБАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ
DEVICE FOR CONVERSION OF ROTARY MOTION INTO OSCILLATING ONE

Изобретение относится к машиностроению, а именно к передаточным механизмам, кроме того, может быть использовано в конструкциях роторных двигателей для преобразования возвратно-поворотного движения ротора во вращательное движение приводного вала.
Известно устройство для преобразования вращательного движения в колебательное, содержащее корпус и приводной вал, включающий два расположенных под тупым углом относительно друг друга участка, при этом первый прямолинейный участок вала установлен с возможностью вращения вокруг своей оси, отличающееся тем, что дополнительно содержит механизм преобразования вращательного движения в колебательное, связанный с втулкой-рычагом и кронштейном колебательного механизма, установленными с возможностью поворота вокруг оси первого прямолинейного участка вала, расположенного горизонтально, при этом кронштейн колебательного механизма, имеющий прорезь, установлен с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оси первого прямолинейного участка вала и проходящей через точку пересечения осей первого и второго участков вала, причем конец второго участка вала размещен в прорези кронштейна колебательного механизма с возможностью его перемещения по периметру прорези (RU 2230956, F16H 21/52, 2003).
Известное устройство не позволяет перевести колебательное движение во вращательное.
Известно также устройство для преобразования вращения в колебательное движение, включающее вал, выполненный с возможностью вращения вокруг продольной оси, поворотный вал, выполненный с возможностью возвратно-поворотного движения вокруг продольной оси, и механизм преобразования вращения вала в возвратно-поворотное движение поворотного вала (см. СА 2515800, F16H 25/14, 14.10.2004).
Известное устройство является громоздким и шумным, кроме того, отсутствует возможность передачи сколь-нибудь значительных вращающих моментов.
Изобретение решает задачу передачи значительных вращающих моментов при снижении громоздкости и шумности конструкции.
Поставленная задача решается тем, что устройство для преобразования вращения в колебательное движение, включающее вал, выполненный с возможностью вращения вокруг продольной оси, поворотный вал, выполненный с возможностью возвратно-поворотного движения вокруг продольной оси, и механизм преобразования вращения вала в возвратно-поворотное движение поворотного вала, отличается тем, что вал включает, по меньшей мере, один прямолинейный участок, соосный с его осью вращения, и Z-образный рабочий участок, продольная ось средней части которого составляет с осью вращения вала острый угол, величина которого вдвое меньше заданного размаха поворота поворотного вала, причем центр симметрии средней части Z-образного рабочего участка совпадает с осью вращения вала, при этом механизм преобразования вращения вала в возвратно-поворотное движение поворотного вала включает среднюю часть Z-образного рабочего участка, которая размещена с возможностью вращения в полости втулки, установленной с возможностью качания в проеме вилки на оси, пересекающей центр симметрии средней части Z-образного рабочего участка и проем вилки, причем вилка жестко закреплена на конце поворотного вала, кроме того, шарниры вала и поворотного вала жестко зафиксированы в пространстве. Кроме того, угол между продольными осями концевых участков и средней части Z-образного рабочего участка превышает 0°, но меньше 90°.
Сравнение признаков заявленного решения с признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".
Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признаки «вал включает по меньшей мере один прямолинейный участок, соосный с его осью вращения, и Z-образный рабочий участок» задают форму вала, обеспечивающую возможность изменения углового отклонения проекции продольной оси средней части Z-образного рабочего участка от проекции оси вращения вала от максимума до совпадения с ней (превращают вал в коленчатый вал).
Признаки, указывающие, что продольная ось средней части «Z-образного рабочего участка составляет с осью вращения вала острый угол, величина которого вдвое меньше заданного размаха поворота поворотного вала», обеспечивают возможность определения геометрии Z-образного рабочего участка и конструктивных его размеров.
Признаки, указывающие, что «центр симметрии средней части Z-образного рабочего участка совпадает с осью вращения вала», обеспечивают возможность вращения вала, при которой части Z-образного рабочего участка вала, находящиеся с обеих сторон оси вращения, «работают» в противофазе друг с другом, отклоняясь от нее на одинаковые расстояния.
Признаки, указывающие, что «механизм преобразования вращения вала в возвратно-поворотное движение поворотного вала включает среднюю часть Z-образного рабочего участка, которая размещена с возможностью вращения в полости втулки, установленной с возможностью качания в проеме вилки», и признаки, указывающие на то, что «вилка жестко закреплена на конце поворотного вала», обеспечивают возможность вращения в полости втулки средней части Z-образного рабочего участка и вследствие этого возможность размещения ее продольной оси под углом к оси вращения вала (и тем самым разворачивание вилки на такой же угол), а поскольку вилка жестко скреплена с поворотным валом, последний поворачивается на такой же угол, т.е. осуществляется преобразование вращательного движения вала в возвратно-поворотной движение поворотного вала.
Признаки, указывающие, что ось качания втулки лежит «на оси, пересекающей центр симметрии средней части Z-образного рабочего участка и проем вилки», обеспечивают возможность реализации качания втулки независимо от угла поворота вала.
Признаки «шарниры вала и поворотного вала жестко зафиксированы в пространстве» обеспечивают работоспособность конструкции.
Признаки второго пункта формулы конкретизируют величину поворота поворотного вала.
На фиг.1 изображен схематически фронтальный вид предложенного устройства; на фиг.2 изображен схематически вид сбоку предложенного устройства; на фиг.3 показан объемный вид устройства при повороте вала на угол, равный 0°, на фиг.4-7 показан объемный вид устройства при повороте вала соответственно на угол, равный 0, 30°, 60° и 90°.
На чертежах показаны вал 1, выполненный с возможностью вращения вокруг продольной оси 2, включающий концевые прямолинейные соосные участки 3 и Z-образный рабочий участок, включающий среднюю часть 4, продольная ось 5 которого составляет с осью вращения вала 1 (продольной осью 2) острый угол, величина которого вдвое меньше заданного размаха поворота поворотного вала 6 (возможен вариант, когда прямолинейная часть вала выполнена как консоль, на конце которой закреплен Z-образный рабочий участок, т.е. когда вал 1 содержит один концевой прямолинейный участок. Поворотный вал 6 выполнен с возможностью возвратно-поворотного движения вокруг продольной оси 7, причем центр симметрии 8 средней части 4 Z-образного рабочего участка совпадает с осью вращения вала (продольной осью 2), при этом механизм преобразования вращения вала 1 в возвратно-поворотное движение поворотного вала 6 включает среднюю часть 4 Z-образного рабочего участка, которая размещена с возможностью вращения в полости втулки 9, установленной с возможностью качания в проеме 10 вилки 11, на оси 12, пересекающей центр симметрии 8 средней части 4 Z-образного рабочего участка и проем 10 вилки 11. Причем вилка 11 жестко закреплена на конце поворотного вала 6, кроме того, шарниры 13 вала 1 и поворотного вала 6 жестко зафиксированы в пространстве. При этом продольная ось 2 (ось вращения вала 1) расположена перпендикулярно продольной оси 7 поворотного вала 6. Кроме того, угол между продольными осями концевых участков и средней части Z-образного рабочего участка превышает 0°, но меньше 90°.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Пусть исходное положение устройства соответствует фиг.2-3, нижняя сторона чертежа условно соответствует горизонтальной плоскости. При этом проекции на горизонтальную плоскость оси вращения вала 1 (продольной оси 2) и продольной оси 5 средней части 4 Z-образного рабочего участка совпадают. При повороте вала 1 на угол, равный 30° (см. фиг.5), проекции продольной оси 5 и оси вращения вала 1 (продольной оси 2) на горизонтальную плоскость пересекаются в точке, являющейся проекцией на эту же плоскость центра симметрии 8 средней части 4 Z-образного рабочего участка. При этом угол между проекциями названных осей определяется исходной величиной угла между осями 2 и 5. Это изменение взаимного положения проекций является следствием отклонения продольной оси 5 средней части 4 Z-образного рабочего участка от вертикальной плоскости. Возможность такого движения обеспечивается проворотом средней части 4 Z-образного рабочего участка в полости втулки 9 и ее «шарнирностью» относительно оси 12, зафиксированной в вилке 11. В свою очередь, изменение положения средней части 4 Z-образного рабочего участка приводит к повороту вилки 11 и связанного с нею поворотного вала 6 относительно продольной оси 7 (в плоскости чертежа - влево). Этот угол поворота растет до тех пор, пока продольная ось 5 средней части 4 Z-образного рабочего участка не окажется в горизонтальной плоскости (повернется на угол, равный 90° относительно исходного положения). При дальнейшем повороте вала 1 начинается уменьшение угла отклонения проекций осей 2 и 5. Соответственно начинается поворот поворотного вала вправо (в плоскости чертежа). При повороте на 180° от исходного проекции осей 2 и 5 совпадают снова, но на фронтальном виде положение выше оси вращения вала 1 займет часть Z-образного рабочего участка, находящаяся справа от оси 7 (см. фиг.1). При дальнейшем вращении вала 1 нарастает поворот вилки 11 вправо, который достигает максимума при повороте вала 1 на 270° от исходного. При вращении вала 1 дальше 270° начинается поворот вилки 11 влево. И при повороте вала 1 на 360° он возвращается в исходное положение. Далее все повторяется.
Заявленное устройство позволяет преобразовывать вращательное движение в колебательное, при этом решается вопрос простоты конструкции и снижения металлоемкости, что может быть использовано в машиностроении, предпочтительно в двигателестроении, поскольку в конструкциях поворотных роторных двигателей позволяет преобразовывать возвратно-поворотное движение ротора во вращательное движение вала отбора мощности без использования шатунных механизмов (при постоянном и небольшом расстоянии от цилиндра (камеры сгорания) до вала отбора мощности).