СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ ПАЛЕЦ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ МАШИНА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАКОГО СОЕДИНИТЕЛЬНОГО ПАЛЬЦА
CONNECTING PIN, PROCESS MACHINE AND METHOD OF MANUFACTURING OF SUCH CONNECTING PIN

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к соединительному пальцу подвижного шарнирного механизма, прежде всего шарнирного привода поршневого элемента, к технологической машине и к способу изготовления такого соединительного пальца согласно ограничительным частям соответствующих независимых пунктов формулы изобретения.
Уже известны соединительные пальцы, используемые в подвижных шарнирных механизмах, прежде всего в шарнирных приводах поршневых элементов, и имеющие продольную протяженность и проходящее в основном поперечно ей посадочное отверстие под связующее звено шарнирного механизма. Известные шарнирные механизмы преимущественно выполнены в виде цилиндрических шарниров. Шарнирный механизм соединяет при этом входное шарнирно-сочлененное звено с выходным шарнирно-сочлененным звеном. В предпочтительных шарнирных механизмах входное шарнирно-сочлененное звено выполнено в виде связующего звена. Такое связующее звено преимущественно выполнено в виде ведомого, прежде всего приводимого в возвратно-поворотное (качательное) движение, связующего звена. Выходное же шарнирно-сочлененное звено в предпочтительных вариантах выполнено в виде поршневого элемента, приводимого шарнирным механизмом в основном в осевое осциллирующее движение. Подобный шарнирный механизм можно также назвать шарнирным приводом поршневого элемента.
В одном из предпочтительных, широко известных вариантов конструктивного исполнения шарнирный механизм, прежде всего шарнирный привод поршневого элемента, предусмотрен в технологических машинах с приводным устройством, имеющим по меньшей мере один механизм осевого привода инструмента. Такой механизм осевого привода имеет при этом узел передачи движения со связующим звеном. Помимо этого предусмотрен поршневой элемент, имеющий соединительную часть и поршневую часть с продольной осью. Известные поршневые элементы, прежде всего их поршневые части, имеют при этом в основном цилиндрическую форму, которая цилиндрически-симметрично охватывает продольную ось. Связующее звено узла передачи движения соединено с поршневым элементом в его соединительной части соединительным пальцем. Соединительный палец в предпочтительном варианте имеет при этом цилиндрическую основную форму с продольной осью. Перпендикулярно продольной оси соединительного пальца при этом расположено посадочное отверстие под вставляемое в него связующее звено. Такие соединительные пальцы обычно изготавливают из цилиндрических опорных стержней с дополнительной токарной обработкой их цилиндрической боковой поверхности или без такой токарной обработки. Посадочное отверстие в опорном стержне преимущественно выполняют путем последующей обработки сверлением или фрезерованием.
В технологических машинах поршневой элемент обычно приводится в основном в осевое осциллирующее движение механизмом осевого привода. В мертвых точках такого осциллирующего движения из-за инерционной массы движущихся элементов возникают так называемые силы инерции или динамические силы, которые могут вызывать вибрацию технологической машины. Величина таких сил инерции наряду со степенью изменения скорости в мертвых точках зависит также в основном от инерционной массы самих подвижных элементов.
Поэтому уже известны соединительные пальцы с выемкой или глухим отверстием с по меньшей мере одного их торца. Такие выемки выполняют при последующей токарной обработке, чем обусловлено наличие у выемки конического дна. Вершина конуса, форму которого имеет дно выемки, обращена при этом от торца соединительного пальца.
Краткое изложение сущности изобретения
Преимущества изобретения
Преимущество предлагаемого в изобретении соединительного пальца с отличительными признаками, представленными в главном независимом пункте формулы изобретения, состоит в наличии у него минимально возможной массы при одновременно высокой нагрузочной способности. Для достижения такого преимущества соединительный палец имеет продольную протяженность и проходящее в основном поперечно, прежде всего перпендикулярно, ей посадочное отверстие под связующее звено шарнирного механизма. У соединительных пальцев, предназначенных прежде всего для шарнирных механизмов, используемых в технологических машинах, в первую очередь в ручных машинах, продольная протяженность составляет от 5 до 40 мм, преимущественно от 10 до 30 мм. Соединительный палец преимущественно выполнен прежде всего в виде в основном цилиндрического или конического опорного стержня. Предпочтительный соединительный палец при этом имеет прежде всего наружный контур, в основном осесимметричный относительно продольной оси соединительного пальца, проходящей вдоль его продольной протяженности. Особо малая масса соединительного пальца достигается благодаря тому, что он имеет по меньшей мере с одного своего торца проходящую вдоль продольной протяженности выемку, которая ограничена вогнутым, если смотреть со стороны торца, дном.
Различные предпочтительные варианты выполнения соединительного пальца, заявленного в главном независимом пункте формулы изобретения, представлены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.
В одном из особенно предпочтительных вариантов выполнения соединительного пальца вогнутое дно имеет поверхность седловидной и изогнутой вокруг оси посадочного отверстия формы. Под "седловидной" при этом подразумевается прежде всего такая форма поверхности вогнутого дна, которая характеризуется наличием расположенной вдоль радиального направления центральной продольной линии равных высот, которая в основном параллельна торцу соединительного пальца и расположена на уровне выше остальных продольных линий равных высот. Концентрично вокруг продольной оси соединительного пальца расположены окружные линии равных высот, которые в пределах одного полного оборота имеют синусоидальную форму. В предпочтительном варианте окружные линии равных высот имеют точки пересечения с центральной продольной линией равных высот. Выражение "изогнутый вокруг оси посадочного отверстия" прежде всего означает, что форма поверхности вогнутого дна имеет положительный радиус кривизны вокруг оси посадочного отверстия. Вогнутое дно при этом прежде всего может быть ориентировано в основном перпендикулярно продольной оси соединительного пальца.
Положительно влиять на нагрузочную способность предлагаемого в изобретении соединительного пальца позволяет вариант, в котором вогнутое дно имеет в основном постоянное, прежде всего в основном постоянное на внутреннем, расположенном вокруг продольной оси соединительного пальца участке, сечение. Под "сечением" при этом прежде всего подразумевается сечение плоскостью, в которой лежит продольная ось соединительного пальца.
В одном из особенно предпочтительных вариантов выполнения предлагаемого в изобретении соединительного пальца толщина стенки имеет практически одинаковую величину по всему сечению соединительного пальца. У соединительных пальцев, предназначенных прежде всего для шарнирных механизмов, используемых в технологических машинах, в первую очередь в ручных машинах, например у соединительных пальцев, используемых в шарнирных приводах поршневых элементов технологических машин, типичные значения толщины стенки обычно составляют от 0,5 до 3,0 мм, прежде всего от 0,7 до 1,7 мм.
1
2
1
max
В еще одном предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении соединительного пальца выемка имеет ограничивающую ее боковую поверхность, прежде всего ограничивающую ее цилиндрическую боковую поверхность. Помимо этого граничная линия между этой ограничивающей боковой поверхностью выемки и вогнутым дном находится на расстоянии A от торца соединительного пальца, которое больше расстояния A от торца соединительного пальца до внутренней части вогнутого дна выемки. В предпочтительном варианте расстояние A прежде всего представляет собой наибольшее расстояние A от торца соединительного пальца до внутренней части вогнутого дна выемки.
Нагрузочную способность предлагаемого в изобретении соединительного пальца позволяет повысить вариант, в котором переходный участок от боковой поверхности выемки к вогнутому дну имеет закругление. В предпочтительном варианте такое закругление имеет линию центров, которая проходит предпочтительно в выемке. Такое закругление изогнуто прежде всего в направлении продольной оси соединительного пальца.
Снизить массу предлагаемого в изобретении соединительного пальца до особо малой величины позволяет вариант, в котором соединительный палец имеет по выемке с каждого из своих торцов. В этом случае все выемки предпочтительно выполнять в основном одинаковыми.
Особо простое изготовление предлагаемого в изобретении соединительного пальца обеспечивается при его изготовлении литьем металла под давлением, прежде всего литьем порошкового металла под давлением.
Дальнейшее эффективное снижение массы предлагаемого в изобретении соединительного пальца достигается при его изготовлении из металлического материала, прежде всего из легкого металла на основе алюминия или магния либо из соответствующего сплава на основе легкого металла. Под "соответствующим сплавом на основе легкого металла" при этом прежде всего подразумевается сплав, основным компонентом которого является легкий металл, прежде всего алюминий или магний.
Следующим объектом настоящего изобретения является предлагаемая в нем технологическая машина, прежде всего ручная машина, с приводным устройством, имеющим по меньшей мере один механизм осевого привода инструмента, содержащий узел передачи движения со связующим звеном и поршневой элемент, имеющий соединительную часть и поршневую часть с продольной осью, при этом связующее звено узла передачи движения соединено с поршневым элементом в его соединительной части предлагаемым в изобретении соединительным пальцем. В результате удается получить предпочтительную технологическую машину, которая при той же эффективной мощности механизма осевого привода инструмента подвергается благодаря уменьшенной по сравнению с уровнем техники инерционной массе движущихся элементов воздействию меньших сил инерции в мертвых точках осциллирующего движения.
В одном из предпочтительных вариантов выполнения технологической машины с предлагаемым в изобретении соединительным пальцем механизм осевого привода представляет собой ударный механизм, прежде всего компрессионно-вакуумный ударный механизм. Поршневой же элемент при этом выполнен в виде поршня такого ударного механизма.
Однако предлагаемая в изобретении технологическая машина может быть также выполнена, например, в виде пилы, в которой предлагаемый в изобретении поршневой элемент выполнен в виде совершающего осевое осциллирующее движение инструментального шпинделя привода пилы. Помимо этого технологическая машина может быть выполнена и в виде технологической машины иного типа, в которой можно эффективно использовать предлагаемый в изобретении поршневой элемент.
Еще одним объектом изобретения является способ изготовления предлагаемого в изобретении соединительного пальца, который изготавливают в основном по технологии без снятия стружки.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого в изобретении способа технология изготовления предлагаемого в изобретении соединительного пальца без снятия стружки представляет собой процесс литья, инжекционного формования, литья под давлением, литья порошковых материалов под давлением или спекания. Технология изготовления соединительного пальца без снятия стружки прежде всего может представлять собой процесс литья порошковых металлов под давлением. Подобная технология прежде всего известна также под названием MIM-технология (от англ. "metal injection molding", инжекционное формование металлов).
В экономичном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа технология изготовления предлагаемого в изобретении соединительного пальца без снятия стружки представляет собой процесс обработки давлением. В качестве методов такой обработки давлением могут использоваться прежде всего процессы холодной ковки, горячей ковки или глубокой вытяжки.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематичный вид сбоку и частично в разрезе перфоратора,
на фиг.2 - вид в аксонометрии и в разрезе соединительного пальца, известного из уровня техники,
на фиг.3а - вид в аксонометрии сбоку предлагаемого в изобретении соединительного пальца, выполненного по одному из вариантов,
на фиг.3б - вид соединительного пальца в разрезе плоскостью X-Z по фиг.3а,
на фиг.3в - вид соединительного пальца в разрезе плоскостью X-Y по фиг.3а и
на фиг.4 - схема, на которой представлена последовательность стадий предлагаемого в изобретении способа изготовления соединительного пальца, показанного на фиг.3а.
Описание вариантов осуществления изобретения
На фиг.1 схематично показан перфоратор 10 в качестве примера технологической машины 10a, прежде всего ручной машины 10b. Перфоратор 10 имеет корпус 12. На переднем торце 14 корпуса 12 предусмотрен инструментодержатель (зажимное приспособление) 16. Такой инструментодержатель 16 предназначен для крепления, прежде всего сменного крепления, инструмента 18.
В корпусе 12 машины расположено приводное устройство 20, содержащее механизм 22 осевого привода. Приводное устройство 20 при этом кинематически связано с инструментом 18, образуя его привод. Приводное устройство 20 имеет далее приводной двигатель 24, прежде всего электродвигатель 26, который на фиг.1 показан лишь условно. Механизм 22 осевого привода преобразует при этом вращательное движение 100 вала приводного двигателя 24, 26 в осевое движение, прежде всего в основном в осевое осциллирующее движение 102. Такое осевое осциллирующее движение 102 через связующее звено 28 узла 30 передачи движения передается на поршневой элемент 32. Связующее звено 28 образует при этом первое шарнирно-сочлененное звено представленного в качестве примера шарнирного механизма 31.
У выполненной в виде перфоратора 10 технологической машины поршневой элемент 32 выполнен в виде поршня 34 ударного механизма 36, прежде всего компрессионно-вакуумного ударного механизма 38. В рассматриваемом примере поршневой элемент 32 выполнен в основном цилиндрическим вокруг продольной оси 52. В перфораторе 10 поршневой элемент 32 установлен в стволе (цилиндре ствола) 42 с возможностью осевого перемещения вдоль оси 40 инструмента. Продольная ось 52 при этом в основном совпадает с осью 40 инструмента. Подобные ударные механизмы 36, 38 достаточно хорошо известны, и поэтому их конструкция и принцип действия в настоящем описании подробно не рассматриваются. В рассматриваемом примере поршневой элемент 32 образует второе шарнирно-сочлененное звено приведенного в качестве примера шарнирного механизма 31.
Выступающая из ствола 42 концевая часть 44 поршневого элемента 32 выполнена в виде соединительной части 46. Для этого такая соединительная часть 46 имеет посадочное отверстие 48. В этом посадочном отверстии 48 установлен соединительный палец 50. Такой соединительный палец 50 установлен в посадочном отверстии прежде всего по подвижной посадке с возможностью вращения в нем. Связующее звено 28 узла 30 передачи движения вставлено в не показанное на данном чертеже посадочное отверстие в соединительном пальце 50. Таким путем движение связующего звена 28, прежде всего его обусловленное осевым осциллирующим движением 102 качательное (возвратно-поворотное) движение, совершаемое в основном в осевом направлении вдоль оси 40 инструмента, можно передавать на поршневой элемент 32. Тем самым соединительный палец 50 соединяет первое шарнирно-сочлененное звено со вторым шарнирно-сочлененным звеном представленного в качестве примера шарнирного механизма 31.
На фиг.2 показан известный из уровня техники соединительный палец 50 с выполненными с обоих его торцов выемками 54, 55. В рассматриваемом примере такой соединительный палец 50 имеет преимущественно цилиндрическую основную форму 56 с продольной протяженностью 57. При этом цилиндрическая основная форма 56 имеет продольную протяженность 57 вдоль продольной оси 58 соединительного пальца 50, которую он охватывает примерно цилиндрически-симметрично. Цилиндрическая основная форма 56 имеет два торца 60, 61, в каждом из которых предусмотрено по выемке 54, 55. Поскольку выемки 54, 55 согласно на фиг.2 выполнены схожими, прежде всего в основном одинаковыми, в последующем описании рассматривается только одна из выемок 54. Все сказанное в отношении нее по аналогии применимо и к другой выемке 55.
1
max
Выемка 54 проходит от одного торца 60 соединительного пальца 50 внутрь него. Выемка 54 имеет при этом цилиндрическую боковую поверхность 62, которая расположена в основном симметрично вокруг продольной оси 58 соединительного пальца. С обращенной от торца 60 стороны выемка 54 ограничена коническим дном 64, прежде всего конической донной поверхностью 66. Такая коническая донная поверхность 66 прежде всего имеет вершину 68 конуса, которая расположена в основном на продольной оси 58 соединительного пальца. Помимо этого кратчайшее, если смотреть со стороны торца 60, расстояние A от этого торца 60, прежде всего от торцовой ограничивающей поверхности 70, до вершины 68 конуса в основном соответствует максимальному кратчайшему расстоянию A от торца 60 до любой точки на конической донной поверхности 66. Цилиндрическая боковая поверхность 62 выемки 54 отделена от конического дна 66 в основном четкой граничной линией 72. По такой граничной линии 72 цилиндрическая боковая поверхность 62 и коническая донная поверхность 66 прежде всего примыкают одна к другой, соответственно пересекаются между собой.
Поперечно, прежде всего перпендикулярно продольной протяженности 57 соединительного пальца 50 в нем предусмотрено посадочное отверстие 74. Такое посадочное отверстие 74 имеет ось 75 и предназначено для установки в него концевой части связующего звена 28 узла 30 передачи движения. В рассматриваемом примере посадочное отверстие 74 выполнено в основном цилиндрическим. Однако в зависимости от исполнения связующего звена 28 может также оказаться предпочтительным выполнять посадочное отверстие 74 с формой, отличной от цилиндрической. На своих концах посадочное отверстие 74 имеет по фаске 76. В рассматриваемом примере фаска 76 выполнена в основном конической.
На фиг.3a в аксонометрии показан предлагаемый в изобретении соединительный палец 150, выполненный по одному из вариантов. Элементы и детали, которые конструктивно или функционально совпадают с рассмотренными выше, обозначены при этом позициями, номера которых увеличены на 100.
Аналогично известному из уровня техники соединительному пальцу 50 предлагаемый в изобретении соединительный палец 150 в рассматриваемом примере, показанном на фиг.3a, имеет цилиндрическую основную форму с продольной осью 158 и двумя торцами 160, 161. Со стороны его торцов 160, 161 предусмотрено по выемке 154, 155. В рассматриваемом примере такие выемки выполнены симметричными, и поэтому и в данном случае подробно рассматривается только одна из них. В соответствии с этим все сказанное в отношении одной выемки, в данном случае выемки 154, аналогичным образом применимо и к выемке 155. При этом одинаковые элементы выемки 155 обозначены позициями, номера которых увеличены на "1" и которые не во всех случаях в отдельности указаны на чертежах.
1
min
min
Выемка 154 имеет цилиндрическую боковую поверхность 162 и в основном вогнутое, если смотреть со стороны торца 160, дно 178, прежде всего вогнутую донную поверхность 180. Такое вогнутое дно 178 изогнуто при этом внутрь выемки 154. Кратчайшее расстояние A от торца 160 до внутренней части поверхности вогнутого дна 178 прежде всего соответствует минимальному кратчайшему расстоянию A. В рассматриваемом примере точки, находящиеся на таком минимальном кратчайшем расстоянии A от торца 160, лежат в основном на прямой продольной линии 182 равных высот. Эта продольная линия 182 равных высот пересекает продольную ось 158 соединительного пальца и проходит в основном по всему вогнутому дну 178. В основном концентрично вокруг продольной оси 158 соединительного пальца расположены окружные линии 194 равных высот, которые имеют в основном синусоидальную форму. Они пересекают продольную линию 182 равных высот в своих максимумах. В соответствии с этим вогнутое дно 178 имеет поверхность в основном седловидной формы 184. Поверхность такой седловидной формы 184 согласно фиг.3a изогнута вокруг оси 175 посадочного отверстия 174.
V
V
На переходе между цилиндрической боковой поверхностью 162 и вогнутым дном 178 предусмотрено далее закругление 186. Такое закругление 186 в рассматриваемом примере имеет по существу постоянный по окружности радиус R. Центр каждого радиуса R закругления прежде всего лежит на линии 188 центров, которая проходит внутри выемки 160. Наличие закругления 186 исключает образование четкой граничной линии между цилиндрической боковой поверхностью 162 и вогнутым дном 178.
На фиг.3б предлагаемый в изобретении соединительный палец 150 показан в разрезе плоскостью X-Z по фиг.3а. На этом чертеже отчетливо видна седловидная форма 184, 185 поверхности вогнутого дна 178, 179 выемок 160, 161. Вогнутое дно 178 обеих выемок 160, 161 практически в виде цилиндра охватывает посадочное отверстие 174. Из приведенного на данном чертеже разреза прежде всего следует также, что толщина 190 стенки имеет примерно постоянную величину. Типичные значения толщины 190 стенки составляют при этом от 0,5 до 3,0 мм, предпочтительно от 0,7 до 1,7 мм. В рассматриваемом примере толщина 190 стенки лишь в зоне закруглений 186, 187 в большей степени отклоняется от своей в остальном постоянной величины, и поэтому толщина 190 стенки имеет в основном постоянную в ее сечении 192 величину.
1
1
На фиг.3в предлагаемый в изобретении соединительный палец 150 показан в разрезе плоскостью X-Y по фиг.3а. В приведенной на данном чертеже проекции прежде всего можно видеть, что линии 182, 183 равных высот, на которых лежат точки, находящиеся на минимальном расстоянии A от соответствующего торца 160, 161, представляют собой в основном прямые линии, проходящие приблизительно параллельно посадочному отверстию 174. Лишь в зоне закруглений 186, 187 расстояние A отклоняется в сторону еще меньших значений. В приведенной на фиг.3в проекции выемки выглядят как закругленные цилиндры, тогда как на фиг.3б четко различима седловидная форма 184, 185 поверхности дна предлагаемых в изобретении выемок 154, 155.
В особенно предпочтительных вариантах предлагаемый в изобретении соединительный палец 150 изготовлен литьем металла под давлением, прежде всего литьем порошкового металла под давлением. В других вариантах соединительный палец изготовлен из металлического материала, прежде всего из легкого металла на основе алюминия либо магния или соответствующего сплава на основе легкого металла.
На фиг.4 показана схема, иллюстрирующая способ изготовления предлагаемого в изобретении соединительного пальца 150. На стадию 202 при этом подают исходный материал 200, например металлический порошок, расплавленный металл или заготовку, соответственно полуфабрикат 200. Реализуемый на стадии 202 технологический процесс представляет собой процесс литья, инжекционного формования, литья под давлением, литья порошковых материалов под давлением или спекания, прежде всего процесс инжекционного формования металлов (MIM-технология). Альтернативно этому в одном из вариантов реализуемый на стадии 202 технологический процесс может представлять собой также процесс обработки давлением.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления способа изготовления соединительного пальца стадия 202 является единственной технологической стадией. В этом случае на стадии 202 можно в качестве результата 204 ее выполнения непосредственно получать предлагаемый в изобретении соединительный палец 150.
В другом варианте осуществления способа изготовления соединительного пальца после стадии 202 следует по меньшей мере одна стадия 206 дополнительной обработки. При этом на стадию 206 дополнительной обработки поступает продукт с предшествующей стадии в качестве результата 204 ее выполнения, а на выходе стадии дополнительной обработки получают результат 204' ее выполнения. Такой результат 204' выполнения стадии дополнительной обработки представляет собой предлагаемый в изобретении соединительный палец 150.