приводной элемент

Формула изобретения

1. Приводной элемент, предназначенный для соединения первого и второго вращающихся элементов, имеющих соответствующие оси вращения и выполненных с возможностью поворота друг относительно друга вокруг точки поворота, расположенной в геометрическом центре приводного элемента, причем приводной элемент имеет первое и второе соединительные средства с соответственно первым и вторым вращающимися элементами, выполненные в виде выступов и прорезей для зацепления с соответствующими прорезями и выступами, образованными на первом и втором вращающихся элементах, причем, чтобы сохранять фактически постоянными расстояния между указанной точкой поворота и соответствующими геометрическими местами точек ближайших контактов первого и второго вращающихся элементов в заданном диапазоне величин углов поворота упомянутых осей вращения друг относительно друга, поверхности соединительных средств, примыкающие к основаниям выступов или прорезей, выполнены срезанными под углом или спрофилированы от срединных точек выступов или прорезей в противоположных направлениях по всей длине выступов или прорезей, образуя опорные поверхности, которые спрофилированы по длине в соответствии с геометрическими местами точек ближайших контактов вращающихся элементов и соединительных средств.

2. Приводной элемент по п.1, отличающийся тем, что первое и второе соединительные средства взаимно перпендикулярны.

3. Приводной элемент по п.1, отличающийся тем, что он представляет собой сферу с выполненными на ней упомянутыми первым и вторым соединительными средствами.

4. Приводной элемент по п.1, отличающийся тем, что указанный заранее заданный диапазон величин углов составляет от 50 до 60.

5. Шарнирное соединение, содержащее первый и второй валы, вращающиеся вокруг своих соответствующих продольных осей, и приводной элемент, расположенный между первым и вторым вращающимися валами и соединенный с ними для передачи вращающего момента от одного вала к другому в противоположных направлениях, причем приводной элемент снабжен первым и вторым соединительными средствами с соответственно первым и вторым вращающимися валами, при этом первое и второе соединительные средства позволяют вращающимся валам с соответствующими продольными осями поворачиваться друг относительно друга вокруг точки поворота, совпадающей с геометрическим центром приводного элемента, при этом соединительные средства приводного элемента выполнены в виде выступов и прорезей для зацепления с соответствующими прорезями и выступами, образованными на вращающихся валах, причем, чтобы сохранять фактически постоянными расстояния между точкой поворота и соответствующими геометрическими местами точек ближайших контактов первого и второго вращающихся валов в заданном диапазоне величин углов поворота осей вращения друг относительно друга так, чтобы общая длина шарнирного соединения оставалась фактически постоянной в заданном диапазоне величин углов поворота осей друг относительно друга, поверхности соединительных средств, примыкающие к основаниям выступов или прорезей, выполнены срезанными под углом в противоположных направлениях от срединных точек выступов или прорезей по всей длине выступов или прорезей, образуя опорные поверхности, которые спрофилированы по длине в соответствии с геометрическими местами точек ближайших контактов валов и соединительных средств.

6. Шарнирный гибкий привод для передачи вращающего момента вдоль линии привода в противоположных направлениях, содержащий множество приводных элементов и гибкий кожух для ограничения вращательного движения приводных элементов по всей длине цепочки приводных элементов, причем приводные элементы выполнены с возможностью вращения вокруг соответствующих осей, являющихся касательными к цепочке приводных элементов, и каждый имеет первое и второе соединительные средства, предназначенные для упрощения взаимозацепления соседних элементов таким образом, чтобы соседние приводные элементы могли скользить друг относительно друга в плоскостях, в которых находятся первые и вторые соединительные средства соседних взаимозацепленных приводных элементов, причем первое соединительное средство выполнено в виде выступа, а второе соединительное средство выполнено в виде прорези, при этом, чтобы сохранять фактически постоянными расстояния между геометрическими центрами соседних приводных элементов и геометрическими местами точек ближайших контактов соседних приводных элементов в заданном диапазоне величин углов поворота друг относительно друга осей вращения, поверхности каждого соединительного средства, примыкающие к основаниям прорезей или выступам, выполнены срезанными на угол или спрофилированы от срединных точек выступов или прорезей в противоположных направлениях, образуя соответствующие опорные поверхности, которые по длине спрофилированы в соответствии с геометрическими местами точек ближайших контактов этого приводного элемента с соседним приводным элементом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к усовершенствованному приводному элементу, предназначенному для передачи вращающего момента от одного вращательного элемента к другому.

Настоящий заявитель в международной заявке PCT/AU 96/00193 дает описание приводного элемента и сочлененного с ним шарнирно привода, в состав которого входят один или более приводных элементов, предназначенных для передачи вращающего момента как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки, а также по прямой и криволинейной траектории. Для того чтобы осуществить передачу вращающего момента вокруг изогнутой или криволинейной траектории, два или более приводных элементов зацепляются друг с другом и удерживаются внутри опорной конструкции, например в виде трубки. По этому принципу были успешно сконструированы шарнирные приводы, предназначенные для передачи вращающего момента в противоположных направлениях по искривленной траектории. Однако было установлено, что степень искривления ограничивается тем фактом, что расстояние между двумя приводными элементами меняется в зависимости от степени искривления траектории или от радиуса кривизны, вдоль которой эти элементы осуществляют передачу. Разумеется, это в конечном счете ограничивает степень искривления, применимую к конкретному шарнирному приводу, и усложняет конструкцию шарнирных приводов, которым требуются дополнительные механизмы для того, чтобы компенсировать изменение расстояния между двумя соседними приводными элементами, которое происходит при изменении радиуса искривления.

Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного приводного элемента с характеристиками, улучшающими характеристики, которые приводил заявитель в своей предыдущей заявке.

Одним из примеров реализации данного изобретения является приводной элемент, предназначенный для соединения первого и второго вращающих элементов с соответствующими осями вращения, которые могут вращаться друг относительно друга вокруг точки поворота, расположенной в геометрическом центре приводного элемента, причем этот приводной элемент имеет первое и второе соединительные средства для соединения, соответственно, с первым и вторым вращающимися элементами и сконструирован так, чтобы сохранять практически постоянным расстояние между геометрическим местом точек ближайшего контакта первого и второго элементов и точкой поворота (геометрическим центром) приводного элемента в заданном диапазоне величин углов поворота упомянутых осей друг относительно друга.

Предпочтительный диапазон углов поворота от 50 до 60^o.

Предпочтительно, чтобы первое соединительное средство было выполнено в форме одних выступа и прорези для зацепления с прорезью или выступом, расположенными на первом вращающемся элементе, при этом поверхность соединительного средства, примыкающая к основанию выступа или прорези, срезается на угол от срединной точки выступа или прорези в противоположных направлениях по длине выступа или прорези, тем самым создавая опорную поверхность, которая имеет форму или профиль, соответствующий геометрическому месту точек ближайшего контакта первого элемента и первого соединительного средства.

Желательно, чтобы второе соединительное средство было выполнено в форме одних выступа и прорези для зацепления с прорезью или выступом, расположенными на втором вращающемся элементе, при этом поверхность второго соединительного средства, примыкающая к основанию выступа или прорези, срезается на угол от срединной точки выступа или прорези в противоположных направлениях по длине выступа или прорези, тем самым создавая опорную поверхность, которая имеет форму или профиль, соответствующий геометрическому месту точек ближайшего контакта первого элемента и второго соединительного средства.

Желательно, чтобы первое и второе соединительные средства располагались во взаимно перпендикулярных направлениях.

Предпочтительно, чтобы первое соединительное средство было выполнено в форме одних выступа и прорези, а второе соединительное средство было выполнено в форме других выступа и прорези. Хотя в другом примере реализации изобретения первое и второе соединительные средства могут быть выполнены в одинаковом виде, т.е. либо оба в форме выступа, либо оба в форме прорези.

Желательно, чтобы приводной элемент был выполнен в форме сферы с выбранным изнутри материалом для того, чтобы сформировать упомянутые первое и второе соединительные средства.

В соответствии с другим примером реализации в изобретении предусмотрено шарнирное соединительное устройство, содержащее первый и второй вращающиеся валы, способные поворачиваться вокруг своих продольных осей; и приводной элемент, расположенный между первым и вторым вращающимися валами и соединенный с ними, для того чтобы передавать вращающийся момент от одного вала к другому по часовой и против часовой стрелки, причем этот приводной элемент снабжен первым и вторым соединительными средствами для соединения с первым и вторым вращающимися валами, соответственно, и позволяющими соответствующим продольным осям вращающихся элементов поворачиваться друг относительно друга вокруг точки поворота, совпадающей с геометрическим центром приводного элемента; при этом приводной элемент сконструирован таким образом, чтобы сохранять практически постоянным расстояние между соответствующим геометрическим местом точек ближайшего контакта первого и второго вращающихся валов и точкой поворота (геометрическим центром) приводного элемента в заданном диапазоне величин углов поворота осей друг относительно друга так, что общая длина шарнирного соединения остается фактически постоянной в пределах заданных величин углов поворота осей друг относительно друга.

В соответствии с другим примером реализации изобретения предлагается шарнирный гибкий привод, предназначенный для осуществления передачи вращающего момента вдоль линии привода как по часовой, так и против часовой стрелки; причем этот шарнирный гибкий привод содержит множество приводных элементов и гибкий кожух для удержания этих приводных элементов на линии привода, при этом эти приводные элементы способны поворачиваться вокруг соответствующих осей вращения, направленных по касательной к линии привода, и каждый из них имеет первое и второе соединительные средства для упрощения взаимного зацепления соседних элементов таким образом, чтобы соседние приводные элементы могли скользить друг относительно друга в плоскостях, в которых находятся первое и второе соединительные средства соседних взаимозацепляющихся приводных элементов; при этом первое и второе соединительные средства далее выполнены таким образом, чтобы сохранять фактически постоянным расстояние между геометрическими центрами соседних приводных элементов и геометрическим местом точек ближайших контактов соседних приводных элементов в заданном диапазоне величин углов поворота соответствующих осей вращения друг относительно друга.

Ниже будет дано описание реализации настоящего изобретения на примере с привлечением ссылок на сопроводительные чертежи, где:

Фиг. 1 - вид сбоку универсального соединения, включающего в себя приводной элемент в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 2 - вид сбоку соединения по Фиг. 1, но все элементы которого повернуты на 90^o;

Фиг. 3 - проекция приводного элемента, изображенного на Фиг. 1;

Фиг. 4 - проекция приводного устройства, изображенного на Фиг. 2;

Фиг. 5 - вид сбоку соединения, изображенного на Фиг. 1, но с выходным валом, показанным при разных углах наклона;

Фиг. 6 - вид с частичным вырезом шарнирного гибкого привода, содержащего приводной элемент;

Фиг. 7 - увеличенный вид двух приводных элементов шарнирного гибкого привода, изображенного на Фиг. 6.

Как показано на сопроводительных чертежах, приводной элемент 10 предусмотрен для соединения первого и второго вращающихся элементов в виде валов 12 и 14. Вал 12 выполнен с возможностью поворота вокруг своей продольной оси 12А, а вал 14 выполнен с возможностью поворота вокруг своей продольной оси 14А. Валы 12 и 14 могут поворачиваться друг относительно друга вокруг точки поворота Р, которая расположена в точке пересечения осей 12А и 14А, если эти оси не находятся на одной линии. Приводной элемент 10 расположен между валами 12 и 14, и его геометрический центр совпадает с точкой поворота Р. Конец вала 12, примыкающий к приводному элементу 10, снабжен выступом или шипом 16, а конец вала 14, примыкающий к приводному элементу 10, снабжен прорезью или канавкой 18. Чтобы этот приводной элемент 10 мог соединить валы 12 и 14 вместе, в нем предусмотрено первое соединительное средство, выполненное в форме прорези или канавки 20, в которую вставляется выступ 16, и выступ или шип 22, который посажен в прорезь 18.

Когда, например, вал 14 приводится во вращательное движение относительно своей оси 14А, вращающий момент передается приводным элементом 10 валу 12, побуждая его поворачиваться вокруг оси 12А в направлении вращения вала 14.

Валы 12 и 14 вместе с приводным элементом 10 образуют универсальное соединение 24. Поворот вала 12 происходит в плоскости, которая проходит вдоль прорези 20. Вал 14 способен поворачиваться в поперечной плоскости, которая совпадает с плоскостью, в которой расположен выступ 22. Для того чтобы валы 12 и 14 поворачивались друг относительно друга вокруг точки Р, не меняя общую длину универсального соединения 24, приводной элемент 10 сконструирован так, чтобы сохранять практически постоянным расстояние между точкой поворота Р и соответствующим геометрическим местом точек ближайшего контакта валов 12 и 14 относительно геометрического центра Р приводного элемента 10 в заданном диапазоне величин углов поворотов осей 12А и 14А друг относительно друга.

Точки наиболее тесного контакта наилучшим образом проиллюстрированы на Фиг. 5. Эта Фиг. 5 показывает соединение 24 в центральном положении и в двух противоположных поворотных положениях. В центральном положении ось вращения 12А1 вала 12 находится на одной линии с осью 14А. Поворот вала 12 на угол против часовой стрелки оставляет вал в положении, показанном на пунктирном изображении вала 12₂. Поворот вала 12 от центрального положения по часовой стрелке размещает его в положение, указываемое валом 12₃. Точки наиболее тесного контакта вала 12 в положениях 12₁, 12₂ и 12₃ указаны как контактные точки C1, C2 и С3, соответственно. Поскольку вал поворачивается между положениями 12₃ и 12₂, точки ближайшего контакта С создают геометрическое место точек L ближайшего контакта (т.е. кратчайшее расстояние) между валом 12 и геометрическим центром Р. Общая длина универсального соединения 24 может сохраняться практически постоянной в диапазоне углов поворота плюс или минус оси поворота 12А относительно оси поворота 14А, удерживая все точки в геометрическом месте точек L на том же расстоянии от точки поворота Р. Это достигается срезанием на угол или приданием другой формы поверхности 26 элемента 10 у основания прорези 20 в противоположных направлениях от срединной точки прорези 20. Поверхность 26 срезается на угол для того, чтобы придать ей сложную форму, состоящую из центральной выпуклой поверхности 28 и двух вогнутых в противоположные стороны поверхностей 30 и 32 (см. Фиг. 3). Центральная выпуклая поверхность 28 имеет форму или профиль, совпадающий с геометрическим местом точек L. Поверхности 28, 32 и 30 являются непрерывными и гладкими. Вогнутые поверхности 30 и 32 размещают в себе части вала 12, когда он находится в поворотных положениях 12₂ и 12₃, соответственно.

Нужно понимать, что если бы поверхность 26 была плоскостной, то вращение по оси вала 12 в положения 12₂ и 12₃ сопровождалось бы линейным перемещением вала 12 от геометрического центра Р, так как вал будет подвержен рычажному усилию во внешнем направлении от плоской поверхности.

Поверхность 34 элемента 10 по обе стороны от выступа 22 срезана или ей придана другая форма аналогично с поверхностью 26 так, что когда вал 14 поворачивается через плюс или минус от центральной линии, на которой оси 14А и 12А совпадают, расстояние от геометрического места точек ближайшего контакта вала 14 до поворотной точки Р остается постоянным. Поверхность 34 по обе стороны от выступа 22 состоит из центральной выпуклой части 36 и смежных с ней вогнутых поверхностей 38 и 40 на противоположных ее сторонах. Выпуклая поверхность 36 имеет форму или профиль, соответствующий геометрическому месту точек ближайшего контакта вала 14, находящихся на одинаковом расстоянии от геометрического центра Р для вала 14, вращающегося от плюса до минуса из центрального положения.

С помощью полученных соответствующей механической обработкой или срезанием поверхностей 26 и 34, оси вращения 12А и 14А можно поворачивать от центрального положения примерно на 25-30^o в противоположных направлениях, не оказывая влияния на общую длину соединения 24. Таким образом, один отдельный элемент 10 может образовывать соединение, в котором один вал может вращаться внутри конуса 50-60^o.

Поскольку прорезь 20 и выступ 22 находятся во взаимно перпендикулярных плоскостях, поворот привода 10 вокруг поворотной точки Р фактически ограничивается валами 12 и 14. Таким образом, нет необходимости в поворачиваемом подшипнике или других устройствах для того, чтобы удерживать приводной элемент на месте. Это сводит до минимума потери энергии на трение. Тем не менее предполагается, что в действительности установочное кольцо (выполненное из самосмазочного материала, например, нейлона) или подшипник могут иметь рабочий зазор вокруг приводного элемента 10. В случае эксплуатации с большими нагрузками и/или высоких RMP рекомендуется использовать подшипник.

В другом примере реализации изобретения, показанном на Фиг. 6 и 7, формируется гибкий шарнирный привод 42 взаимозацеплением ряда приводных элементов 10 внутри гибкого кожуха, например трубки 44, и применением входного и выходного поворотных валов 46 и 48 соответственно с каждого конца трубки 44. В этом примере первый из приводных элементов 10А зацепляет выступ 50 входного поворотного вала 46, а последний приводной элемент 10N зацепляет шип 52 поворотного выходного вала 48. Так как каждый приводной элемент 10 способен поворачиваться относительно соседнего приводного элемента на примерно 25-30^o, не изменяя расстояния между ними, гибкая трубка может гнуться или каким-либо другим образом искривляться с различными радиусами, не вызывая при этом сколько-нибудь заметных изменений в расстоянии между элементами, находящимися на противоположных концах трубки. Для наибольшей эффективности предусмотрена возможность гибкого шарнирного привода 42 иметь в своем составе еще и смещающий элемент или другое устройство с одного или обоих концов для точной установки зазора между приводными элементами 10. Входной и выходной поворотные валы 46 и 48 фиксируются с возможностью вращения в соответствующих втулках 54 и 56, которые навинчиваются по резьбам 58 и 60 на противоположные концы трубки 44. Зацепление двух приводных элементов 10А и 10В внутри трубки 44 яснее всего показано на Фиг. 7. Эти приводные элементы 10А и 10В, а также, разумеется, все элементы 10, имеют форму и функции, как у элементов, показанных на Фиг.1-5. Выступ 22 элемента 10А входит в прорезь 20 элемента 10В. Элементы 10А и 10В могут поворачиваться друг относительно друга без зазора между ними на величины углов, лежащие в заранее заданном диапазоне аналогично приведенному выше описанию, относящемуся к примерам реализации изобретения на Фиг. 1-5. Когда элементы поворачиваются, они также могут скользить друг относительно друга в направлении, перпендикулярном своим осям вращения, благодаря выступу, зацепленному в прорези. Это скользящее движение происходит в плоскостях, в которых находятся прорези 20 и выступы 22 соседних взаимозацепляющих элементов 10. Это усиливает колебательное движение элемента 10 при передаче вращающего момента от входного вала 46 к выходному валу 48.

Теперь, когда подробно описана реализация настоящего изобретения, для специалистов станет очевидно, что можно провести множество модификаций и изменений, не отступая от основной идеи изобретения. Например, когда приводной элемент 10 показан как содержащий прорезь 20 и выступ 22. Однако в зависимости от природы элемента, соединенного с приводным элементом 10, этот приводной элемент может содержать либо два выступа 22, либо две прорези во взаимно-перпендикулярных плоскостях. Считается также, что элемент 10 может быть либо цельным (например, быть изготовленным методом формовой отливки или путем подбора цельной сферы из материала), либо, напротив, может быть полым. В еще одном варианте считается, что прорези 20 и выступы 22 не обязательно должны находиться во взаимно перпендикулярных плоскостях. Скорее они могут быть сдвинуты друг относительно друга на какой-то угол менее 90^o. Если элементы 10 расположены в линию, как показано на Фиг. 6, может оказаться предпочтительным, чтобы прорези 20 и выступы 22 были смещены друг относительно друга, скажем, на 60^o, а не на 90^o, для того, чтобы сгладить разницу в ускорении и замедлении вращения элементов. В этом смысле следует заметить, что при повороте элементов 10 они непрерывно ускоряются и замедляются аналогично универсальному шарниру. Смещая прорези 20 и выступы 22 в последовательных элементах 10 на какой-либо угол, элементы будут ускоряться и замедляться в разное время, тем самым сглаживая любые "подергивания" во всей линии приводных элементов. Это смещение может меняться в зависимости от количества элементов 10 в линии.

Считается, что все эти модификации и изменения не выходят за рамки настоящего изобретения, суть которого должна быть определена в следующей формуле изобретения.