УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ
MOTION CONVERTER

Изобретение относится к машиностроению, а именно к механизмам, преобразующим вращательное движение в возвратно-поступательное и наоборот, и может быть использовано в различных областях техники.
Известен зубчато-рычажный планетарный механизм с периодически изменяемой скоростью выходного звена (И.И.Артоболевский. Механизмы в современной технике, М., Наука, 1980 г., т.4, стр.153, рис.2316).
Известный механизм содержит водило, вращающееся вокруг неподвижной оси и входящее во вращательные пары с сателлитами, которые движутся по неподвижному зубчатому колесу. На осях сателлитов по другую сторону водила жестко закреплены рычаги, на концах которых вращаются ролики, центры которых описывают траектории в виде эпициклоиды при скольжении роликов в пазах рабочего органа, выполненного в виде диска.
Достаточно сложный механизм предназначен для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и имеет ограниченное применение, т.к. не обеспечивает обратного хода.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является взятое за прототип устройство для преобразования движения по патенту на полезную модель RU 59181 «Устройство для преобразования движения». Дата подачи 20.06.2006 г., опубликовано 10.12.2006 г.
Устройство по прототипу содержит расположенную на валу торцевую планшайбу с равноудаленными от ее оси рабочими элементами в виде свободно вращающихся рабочих пластин, которые связаны с направляющим цилиндром, установленным с возможностью вращения и эксцентрично относительно оси планшайбы. Причем в направляющем цилиндре имеются торцевые диаметральные пазы, которые выполнены сквозными со стороны планшайбы и заглушенными с противоположного торца цилиндра. Пазы цилиндра предназначены для свободного перемещения в них рабочих пластин и придания им движения по эпициклоиде при вращении планшайбы. Эксцентриситет оси вращения рабочих пластин равен эксцентриситету оси вращения направляющего цилиндра относительно оси планшайбы.
Недостатки прототипа обусловлены тем, что устройство имеет ограниченное применение и невысокую эффективность, т.к. может работать только на низких давлениях из-за ограниченного количества пластин, которые могут разместиться в диаметральных пазах направляющего цилиндра, и наличия увеличенного плеча пластин, которое влечет за собой кратное увеличение крутящего момента на валу планшайбы. В конструкции существует проблема смазки пластин в направляющих пазах, которая необходима для предотвращения их заклинивания в пазах цилиндра. Поэтому требуются дополнительные средства и уплотнения, усложняющие устройство и снижающие его надежность. Кроме того, достаточно сложно изготовить планшайбу с таким расположением пластин и «подогнать» их под диаметральные пазы направляющего цилиндра для исключения биения. Ввиду невысокой эффективности прототип имеет узкую область практического применения и может быть использован в качестве исполнительных органов загребающих колес, подкачивающих насосов низкого давления, привода гидравлических моторов небольшой мощности, однако неприемлем для машин объемного вытеснения высокого давления.
Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является создание простого и надежного принципиально нового устройства, обеспечивающего повышение эффективности и расширение области практического применения.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для преобразования движения, включающем размещенную на валу торцевую планшайбу с равноудаленными от ее оси рабочими элементами, установленными с возможностью взаимодействия с торцевыми пазами направляющего цилиндра, установленного с возможностью вращения и эксцентрично относительно оси планшайбы, согласно изобретению рабочие элементы выполнены в виде, по меньшей мере, трех роликов, оси которых размещены под равными углами по окружности, имеющей диаметр, равный двум эксцентриситетам осей планшайбы и цилиндра, которые установлены в корпусе. Причем цилиндр установлен в направляющем пазу корпуса с возможностью вращения относительно него и выполнен полым, имеет внутренние радиально-расположенные пазы, количество которых вдвое превышает количество роликов.
Указанная совокупность признаков при простоте и надежности конструкции обеспечивает ей повышение эффективности и расширение области практического применения по сравнению с прототипом.
Кроме того, на достижение этого же технического результата направлены следующие признаки. Для плавности хода, снижения биения и пульсаций ролики в планшайбе могут быть установлены с возможностью вращения, а их рабочие поверхности, взаимодействующие с пазами цилиндра, выполнены из упругого материала, например полимера, каучука или резины. Для уменьшения крутящего момента устройство может иметь две несущие концы роликов торцевые планшайбы, которые установлены в корпусе оппозитно на коаксиальных валах по обоим торцам направляющего цилиндра, имеющего по всей длине сквозные торцевые пазы.
Вал планшайбы может быть ведущим и ведомым. Устройство позволяет преобразовывать вращательное движение вала планшайбы в возвратно-поступательное движение роликов по пазам направляющего цилиндра и его вращательное движение с двукратно меньшей скоростью, чем скорость вала планшайбы. И наоборот, возвратно-поступательное движение роликов по пазам направляющего цилиндра преобразуется во вращательные движения вала планшайбы и направляющего цилиндра с двукратной разницей их скоростей.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где
Фиг.1 - общий вид устройства в продольном разрезе;
Фиг.2 - то же в поперечном разрезе;
Фиг.3 - траектория движения ролика.
Устройство для преобразования движения имеет корпус 1, в котором эксцентрично с возможностью вращения установлены полый направляющий цилиндр 2 и торцевые планшайбы 3 и 4, расположенные оппозитно друг другу на коаксиальных валах 5 и 6. В планшайбах 3 и 4 с возможностью вращения установлены четыре ролика 7, оси которых расположены под равными углами (90°) по окружности, имеющей диаметр, равный двум эксцентриситетам осей планшайб 3, 4 и цилиндра 2. В направляющем цилиндре 2 выполнены восемь сквозных внутренних радиально-размещенных пазов 8 для свободного перемещения в них роликов 7, имеющих обрезиненную рабочую поверхность.
Работа устройства подтверждается примером конкретного выполнения устройства с двумя торцевыми планшайбами, несущими четыре ролика, и осуществляется следующим образом.
От внешнего привода (не показан) вращение передается на вал 5 с планшайбой 3 и на планшайбу 4 через ролики 7, которые, вращаясь на своих осях, методом внутреннего зацепления вращают направляющий цилиндр 2 и совершают возвратно-поступательное движение в его пазах 8. За два оборота вала 5 цилиндр совершает один оборот, а в постоянном контакте с пазами 8 находятся три ролика 7, поступательное перемещение каждого из которых по пазу цилиндра происходит от точки вхождения ролика в паз, через верхнюю мертвую точку до точки выхода ролика из паза.
Обратное преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное осуществляется при воздействии внешнего привода (не показан) на ролики 7, которые, перемещаясь по пазам 8 направляющего цилиндра 2, приводят во вращение планшайбы 3 и 4 с валом 5 и цилиндр 2 при соотношении их скоростей 2:1.
Траектория движения ролика (фиг.3) выглядит следующим образом.
Точка Р (ролик), вращаясь со скоростью W2 по окружности O2, вписанной в радиус окружности O1, совершает поступательное движение на прямой А10-А11, вращающейся вокруг точки O1, и равномерно сближается и удаляется по ней от точек образующей окружности O1 при вращении. При перемещении по дуге O2 точка Р от точки O1 сближается с окружностью O1 из положения А10-А11 через положение А20-А21 до ВМТ (верхняя мертвая точка). Далее при перемещении от ВМТ точка Р удаляется от точек образующей окружности O1 последовательно через положения В20-В21, В10-В11 до точки O2. Угловая скорость W1 вращения проекций точек прямой А10, А20, В20, В10 на окружности O2 в два раза выше угловой скорости W2 проекций точек А11, А21, В21 и В11.
При использовании устройства преобразования движения, например в машинах объемного вытеснения, зоной сжатия (нагнетания) рабочей среды является зона внутри паза от точки вхождения ролика в паз до верхней мертвой точки ролика в пазе, зоной разрежения (всасывания) - зона внутри паза от верхней мертвой точки ролика в пазе до точки выхода ролика из паза, а зоной холостого хода - зона от точки выхода ролика из паза до точки вхождения ролика в паз. При этом в качестве ротора выступает направляющий цилиндр, а в корпусе устройства выполняются входные и выходные отверстия, сообщающиеся с каналами пазов. В насосах и компрессорах вал планшайбы выполняет функцию ведущего звена, а в гидро/пневмомоторах - ведомого. Применение заявляемого устройства позволит существенно увеличить КПД машин и их рабочий объем при значительном уменьшении габаритов.
Принципиально новая, простая и надежная конструкция устройства преобразования движения, существенно повышающая его эффективность, найдет широкое применение в машиностроении различных отраслей народного хозяйства, позволит сократить материальные и финансовые затраты на изготовление и эксплуатацию.