рычажно-кулачковый механизм

Формула изобретения

РЫЧАЖНО-КУЛАЧКОВЫЙ МЕХАНИЗМ, содержащий корпус, расположенное в нем ведомое звено, ведущий вал, установленные на нем вспомогательный и управляющий кулачки, толкатель рабочего органа в виде подпружиненного к корпусу двуплечего рычага с роликом, предназначенным для взаимодействия с управляющим кулачком, соединительное звено, предназначенное для обеспечения взаимодействия вспомогательного кулачка с управляющим, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, кулачки установлены со смещением один относительно другого по фазе на 180^o, ведомое звено выполнено в виде вала, установленного в корпусе параллельно ведущему валу, механизм снабжен втулкой со шлицами на внутренней поверхности, установленной на другом конце двуплечего рычага, а соединительное звено выполнено в виде аналогичного основному двуплечего рычага, ролик которого предназначен для взаимодействия с вспомогательным кулачком, установленных по разные стороны от рычагов двух управляемых зубчатых муфт, ведомые полумуфты которых установлены неподвижно, а ведущие - с возможностью вращения и осевого перемещения и имеют ступицы с наружными шлицами, предназначенными для взаимодействия со шлицами втулок соответствующих двуплечих рычагов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах различных машин и механизмов в качестве перемещения рабочих органов.

Известен кулачково-зубчато-рычажный механизм по авторскому свидетельству СССР N 1867825, 1990, содержащий зубчато-рычажное центроидное устройство, имеющее стойку с установленными на ней кривошипом, образующим одним своим концом поступательную пару с ползуном, и коромыслом, связанным шатуном и образующими параллелограмм, на шатуне и коромысле шарнирно установлены зубчатые колеса, образующие кинематический ряд. Механизм снабжен двумя кулачками одинакового профиля, один из которых неподвижен, а второй связан с первым с возможностью поворота и фиксации, подпружиненными роликом, шарнирно закрепленным на одном из концов кривошипа для взаимодействия с кулачками, закрепленными на концах кривошипа и коромысла соосно с шарнирами зубчатыми колесами с одинаковыми числами зубьев и связывающим их между собой зубчатым колесом, шарнирно соединенными со стойкой, второй конец кривошипа шарнирно связан с ползуном, между последним и стойкой образована вращательная пара, кривошип, дополнительный и основной шатуны последовательно шарнирно связаны с коромыслом.

Недостатком механизма является то, что наличие параллелограмма и многозвенность кинематических связей требует высокой точности их изготовления, монтажа, применения дефицитных марок сталей, что снижает надежность и ведет к увеличению габаритов и усложнению механизмов.

Известны также механические импульсные передачи по авторскому свидетельству СССР N 954678 и по источнику [1] , содержащие соосно расположенные в корпусе ведущий и ведомые валы, поворотную обойму и преобразующие механизмы, включающие рабочие тела и взаимодействующий с ними контрактный диск, кинематически связанный с поворотной обоймой, на обоих торцах контактного диска выполнены зубцы, передача снабжена связанными с валами двумя дополнительными дисками, установленными с обоих торцов контактного диска, рабочие тела шарнирно укреплены на торцах обоих дополнительных дисков, обращенных к контактному диску, и взаимодействуют с зубцами последнего.

Недостатками известных передач является то, что наличие нескольких рабочих тел, шарнирно укрепленных и поджатых при помощи пружин к торцевым сторонам контактного зубчатого диска, приводит к значительному увеличению уровня динамической напряженности отдельных деталей и требует высокой точности их изготовления, монтажа и применения дефицитных марок сталей, что снижает нагрузочную способность и надежность передачи.

Наиболее близкой по технической сущности к настоящему изобретению является рычажно-кулачковый механизм, содержащий корпус с расположенными в нем ведущим валом и толкателем рабочего органа в виде подпружиненного к корпусу двуплечего рычага, размещенные на валу ступицей управляющий кулачок, взаимодействующий с толкателем и имеющий возможность свободного вращения вспомогательный кулачок, взаимодействующий с управлением через соединительное звено и зубчатую передачу, колеса которой жестко связаны: ведущее с ведущим валом, а ведомое - с вспомогательными кулачком. В ступице управляющего кулачка выполнен кольцевой паз, управляющий кулачок размещен на валу с возможностью осевого перемещения, а соединительное звено выполнено в виде подпружиненного к корпусу рычага с двумя роликами, взаимодействующими один с вспомогательным кулачком, а другой - с кольцевым пазом.

Недостатком известной передачи является то, что наличие многозвенности кинематических связей ведущего зубчатого колеса с ведомыми через дополнительные промежуточные зубчатые колеса, установленные на самостоятельном валу при несоосности и перекосах, приводит к быстрому изнашиванию последних и, следовательно, требует высокой точности их изготовления и монтажа, что усложняет передачу и снижает ее надежность.

Целью изобретения является повышение надежности за счет исключения ряда элементов путем совмещения нескольких функций выполняемых одним и тем же элементом.

Поставленная цель достигается тем, что в рычажно-кулачковом механизме, содержащем корпус, расположенные в нем ведомое звено, ведущий вал, установленные на нем вспомогательный и управляющий кулачки, толкатель рабочего органа в виде подпружиненного к корпусу двуплечевого рычага с роликом, предназначенным для взаимодействия с управляющим кулачком, соединительное звено, предназначенное для обеспечения взаимодействия вспомогательного кулачка с управляющим, кулачки установлены со смещением один относительно другого по фазе на 180о, ведомое звено выполнено в виде вала, установленного в корпусе параллельно ведущему валу, механизм снабжен втулкой со шлицами на внутренней поверхности, установленной на другом конце двуплечего рычага, а соединительное звено выполнено в виде аналогичного основному двуплечего рычага, ролик которого предназначен для взаимодействия с вспомогательным кулачком, установленных по разные стороны от рычагов двух управляемых зубчатых муфт, ведомые полумуфты которых установлены неподвижно, а ведущие - с возможностью вращения и осевого перемещения, и имеют ступицы с наружными шлицами, предназначенными для взаимодействия со шлицами втулок соответствующих двуплечих рычагов.

На чертеже схематически изображен рычажно-кулачковый механизм, продольный разрез.

Рычажно-кулачковый механизм содержит параллельно установленные в опорах в корпусе 1 с возможностью вращения ведущий вал 2 и ведомый элемент 3, последний имеет две управляемые муфты, полумуфты 4 которых закреплены неподвижно, а полумуфты 5 имеют ступицы 6 с наружными шлицами (не показано) и установлены подвижно с возможностью окружного и осевого перемещения и подпружинены в осевом направлении пружинами 7, контактирующими с упорными регулирующими элементами, выполненными в виде гаек 8, навинчиваемых на вал. На ведущем валу 2 жестко установлены также два одинакового профиля: управляющий 9 и вспомогательный 15 кулачки, смещенные один относительно другого по фазе на 180^о и кинематически связанные с толкателем рабочего органа 10 в виде двуплечего рычага и соединительного звена 13, выполненного в виде двуплечего рычага, аналогично основному. Толкатель 10 и соединительное звено 13 подпружинен к корпусу 1 с помощью пружин /не показано/, на рабочих плечах которых установлены рамки 11 и 14, взаимодействующие соответственно с управляющим 9 и вспомогательным 15 кулачками, а другие плечи с помощью шлицов, расположенных внутри цилиндрических втулок 12, соединены со шлицами ступиц 6 соответствующих двух управляемых зубчатых муфт, установленных по разные стороны от рычагов, подвижные полумуфты 5 которых поочередно контактируют через зубья соответствующих ведомых неподвижных полумуфт 4 с ведомым элементом 3. Прижатие подвижных полумуфт 5 к неподвижным полумуфтам 4 обеспечивается силой сжатия пружин 7, размер которых выбирается таким, чтобы зубья не препятствовали отходу полумуфт при срабатывании на расстояние, которое обеспечивало бы выход из зацепления один с другим зубьев полумуфт и их относительный поворот. Полумуфты 4 и 5 контактируют между собой при помощи зубьев. Материал зубьев выбирается таким образом, чтобы коэффициенты трения в обоих зубчатых сопряжениях были одинаковыми, что обеспечивает одинаковый характер изменения величины трения в зависимости от внешних условий.

Рычажно-кулачковый механизм работает следующим образом.

При включении механизма вращение вала 2 с той же частотой передается управляющим 9 и вспомогательным 15 кулачком, профили которых через ролики 11 и 14 отклоняют поочередно соответственно толкатель рабочего органа 10 и соединительное звено 13, подпружиненные к корпусу 1 с помощью пружин /не показаны/. При этом поворачиваются относительно ведомого элемента 3 расположенные на противоположных концах толкателя 10 и соединительного звена 13 цилиндрические втулки 12, крутящий момент от которых при помощи шлицевого соединения поочередно через ступицы 6 передается подвижным полумуфтам 5, которые через зубья соединены с полумуфтами 4, неподвижно закрепленными на ведомом элементе 3. Обе полумуфты 4 и 5 приводятся во вращение, и на зубьях возникают осевые силы.

Условия осевого равновесия подвижных полумуфт 5 имеет вид:

F₁= F₂+F_пр

или

F₁-F₂-F_пр= 0, где F₁ - осевая сила на зубьях неподвижных полумуфт;

F₂ - осевая сила на зубьях подвижных полумуфт;

F_пр - начальная сила сжатия пружины.

При увеличении момента вращения происходит возрастание сил F₁ и F₂, причем F₁ увеличивается на большую величину, чем сила F₂, и при достижении максимального момента вращения полумуфты 4 и 5 выходят из зацепления, а затем после поворота на определенный угол полумуфты 4 и 5 вновь входят в зацепление под действием силы пружин 7. Вследствие того, что сила пружин 7 может быть весьма небольшой, процесс повторного сцепления полумуфт 4 и 5 сопровождается динамическими нагрузками небольшой величины, что положительно сказывается на долговечности зубьев. Таким образом, неподвижные полумуфты 4 создают при передаче крутящего момента осевую силу, которая наряду с силой пружин 7 обеспечивает силовое замыкание полумуфт 4 и 5 и тем самым способствует уменьшению усилия пружин 7. Регулирование величины предельного крутящего момента, передаваемого муфтами, осуществляется путем изменения силы сжатия пружин 7 при помощи гаек 8.

За один оборот ведущего вала 2 полумуфты 4 и 5 левой и правой сторон поочередно совершат рабочий и холостой ходы, а ведомый элемент 3 поворачиваемый в одну сторону При этом обеспечивается поочередный автоматизированный возврат элементов в исходное рабочее положение, а также гарантированное и быстрое разобщение полумуфт.

Данный механизм снижает динамическую напряженность элементов, обеспечивает высокую нагрузочную способность, увеличивает надежность, долговечность и упрощает конструкцию за счет исключения дополнительных промежуточных зубчатых колес путем совмещения их функций двумя муфтами, соосно установленными на ведомом валу.

(56) 1. Мальцев В. Ф. Механические импульсные передачи. М. : Машиностроение, 1978, с. 31, фиг. 26.

2. Авторское свидетельство СССР N 1216504, кл. F 16 H 21/04, 1984.