Механизм преобразования качательного движения в прерывистое поступательное

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к механизмам изменения вращательного или колебательного движения в прерывистое поступательное движение и может быть использована при проектировании машин автоматического и полуавтоматического действия во многих областях машиностроения, особенно в области грузоподъемных устройств в качестве механизмов подъема и передвижения.
В настоящее время наиболее эффективным способом преобразования вращательного движения в прерывистое поступательное являются храповые и мальтийские механизмы.
Рассмотрим храповой механизм трубообрезного станка с медленным движением ползуна в начале и в конце хода (С.Н. Кожевников, Я.И. Осипенко, Я.М. Раскин, «Механизмы», 1976 г., М. Машиностроение, стр.445-446, рис.7.17). От ведущего вала, несущего кривошипный диск с пальцем и собачкой, приводится в движение ползун. Недостатком данной конструкции является отсутствие торможения при холостом ходе собачки, невозможность реверсирования.
Отсутствие торможения при холостом (обратном) ходе собачки в рассмотренном примере во многих храповых механизмах решается за счет установки стопорной собачки (К.В. Фролов «Теория механизмов и машин», стр.436, рис.16.2, б). Таким образом, получается храповой механизм, преобразующий вращательное или колебательное движение в прерывистое поступательное движение.
Недостатками такого устройства являются невозможность реверсирования, а также возникновение удара в момент срабатывания стопорной собачки.
Мальтийские механизмы, преобразующие вращательное движение в поступательное прерывистое, по сравнению с рассмотренными храповыми, имеют возможность реверсирования движения рейки за счет изменения направления вращения кривошипа, однако, большинство мальтийских механизмов работают с ударами.
По данным работы С.Н. Кожевников, Я.И. Осипенко, Я.М. Раскин, «Механизмы», 1976 г., М. Машиностроение, стр.439, «…вследствие неизбежных ошибок и неточностей изготовления и монтажа теоретически безударные мальтийские механизмы становятся ударными. Поэтому при их проектировании необходимо предусматривать систему упругого звена, включенную в теоретическую цепь механизма».
Наиболее близким к предложенному техническим решением можно считать храповой механизм с кулачковой собачкой Кретинин О.В., Кабалдин Ю.Г., Вавилов Ю.Н., Скобелева И.Ю. Патент на полезную модель №193644 от 7 ноября 2019 года.
Храповой механизм с кулачковой собачкой содержит: фрикционное колесо (ползун), кулачок с симметричным профилем, обладающим свойством самоторможения, коромысло и пружину, соединяющую кулачок с коромыслом.
В начале движения коромысла против часовой стрелки начинает поворачиваться подпружиненный кулачок относительно неподвижного фрикционного колеса (ползуна). При этом начальном повороте создается условие самоторможения и кулачок фиксируется относительно фрикционного колеса. При дальнейшем давлении на коромысло растет сила нормального давления, соответственно растет сила трения и, когда ее величина достигает окружной силы, начинается движение фрикционного колеса (ползуна). Таким образом, за счет силы начального поворота кулачка увеличивается время разгона или торможения и улучшается динамика механизма, а за счет плавного нарастания сил трения в момент разгона и торможения снижается уровень шума.
Симметричный самотормозящий профиль кулачка позволяет реверсировать движение фрикционного колеса (ползуна) путем поворота коромысла.
На базе храпового механизма с кулачковой собачкой формируется аналог механизма преобразования качательного движения в периодическое поступательное.
Недостатком механизма является снижение КПД механизма за счет сил трения, возникающих между ползуном и корпусом, за счет силы нормального давления, возникающей при создании сил трения между кулачком и фрикционным колесом (ползуном).
Полезная модель решает задачу повышения КПД механизма.
Этот технический результат достигается тем, что в механизме преобразования качательного движения в периодическое поступательное движение, содержащем: фрикционное колесо (ползун), кулачок с симметричным профилем, обладающим свойством самоторможения, вал и пружину, соединяющую кулачок с коромыслом, ползун, неподвижно соединенный с валом, выполнен в виде трубы, расположенной в двух коромыслах в виде труб, из которых одно коромысло подвижное, а другое - неподвижное, при этом оба коромысла связаны друг с другом приводом в виде кривошипно-ползунного механизма, в подвижном и неподвижном коромыслах, установлены напротив друг друга два храповых механизма с кулачковой собачкой с симметричным профилем, обладающим самоторможением, работающих по принципу ведущей и стопорной «собачки», подвижное коромысло работает с ведущей собачкой, а неподвижное - со стопорной собачкой.
Храповой механизм преобразования качательного движения в периодическое поступательное движение с кулачковой собачкой, содержащий кулачок с симметричным профилем, обладающим свойством самоторможения, коромысло, вал и пружину, соединяющую кулачок с коромыслом, отличающийся тем, чтоползун, неподвижно соединенный с валом, выполнен в виде трубы, расположенной в двух коромыслах в виде двух коротких труб, при этом оба коромысла связаны друг с другом приводом в виде кривошипно-ползунного механизма. Неподвижное коромысло соединяется с кривошипом, а подвижное - с шатуном. Таким образом, подвижное коромысло, с точки зрения теории механизмов и машин, становится ползуном. В подвижном и неподвижном коромыслах друг против друга расположены по два храповых механизма с кулачковой собачкой, работающих по принципу ведущей и стопорной собачки. В подвижном коромысле работает ведущая собачка, а в неподвижном коромысле - стопорная. Реверсирование движения ползуна происходит изменением поворота кулачков.
При использовании электродвигателя движение осуществляется через кривошип, а при ручном приводе в кривошип вставляется рукоятка. При колебательном движении рукоятки происходит поступательное прерывистое движение ползуна.
Симметричное расположение фрикционных храповых механизмов приводит к уравновешиванию сил нормального давления на ползуне, не создавая прижатия ползуна к коромыслам, что существенно снижает силу трения между ползуном и коромыслами и, соответственно существенно повышает КПД механизма.
Полезная модель поясняется чертежом, где показан общий вид преобразователя качательного движения в периодическое поступательное движение во время работы механизма (фиг.1):
1 - кулачковая собачка,
2 – ползун,
3 - подвижное коромысло,
4 - неподвижное коромысло,
5 – кривошип,
6 – шатун,
7 – рукоятка,
8 – пружины.
Фрикционный храповой механизм состоит из расположенного в коромыслах 3 и 4 ползуна 2, при этом коромысло 3 является подвижным, а коромысло 4 - неподвижным, оба коромысла связаны друг с другом приводом в виде кривошипно-ползунного механизма, состоящего из кривошипа 5 и шатуна 6.
При использовании какого-либо двигателявал кривошипа соединен с валом двигателя, а при ручном приводе в кривошип вставляется рукоятка 7, при этом колебательное движение рукоятки 7 преобразуется в периодическое поступательное движение ползуна.
В неподвижном коромысле 4 и подвижном коромысле 3 друг против друга установлены храповые механизмы с кулачковой собачкой 1, работающих по принципу ведущей и стопорной «собачки».
Так при правом вращении кривошипа 5 храповые механизмы с кулачковой собачкой, расположенные в подвижном коромысле 3 силами трения соединяют его с ползуном 2, толкая его вправо - прямой ход. При обратном ходе коромысла 3 храповые механизмы с кулачковой собачкой пропускают движение ползуна, а храповые механизмы неподвижного коромысла 4 стопорят движение ползуна, выполняя роль стопорной «собачки».
Пружины 8, прикрепленные к кулачкам 1 необходимы для обеспечения начального касания кулачка 1 с ползуном 2.
Реверсирование движения ползуна 2 происходит путем изменения угла поворота кулачков (на фиг. 1 показано пунктиром).
При использовании электродвигателя движение осуществляется через кривошип 5, а при ручном приводе в кривошип 5 вставляется рукоятка 7. При колебательном движении рукоятки происходит периодическое поступательное движение ползуна.
Симметричное расположение храповых механизмов с кулачковой собачкой приводит к уравновешиванию сил нормального давления на ползун, не создавая прижатия ползуна к коромыслам, что существенно снижает силу трения между ползуном и коромыслами, и, соответственно, повышает КПД механизма и снижает уровень шума.