зубчатый преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное и обратно

Формула изобретения

1. Зубчатый преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное и обратно в виде зубчатого механизма, состоящего из зубчатого колеса с непрерывным зубчатым венцом по всему его периметру, жестко связанной с ним полуоси его вращения и жесткой невращающейся зубчатой поверхности с внутренним зацеплением зубьев и фигурным профилем по ее зубчатому венцу, которым зубчатая поверхность зацепляется с зубьями зубчатого колеса, с возможностью возвратно-поступательного движения зубчатой поверхности относительно полуоси вращения зубчатого колеса в не параллельном с полуосью направлении, при котором сохраняется зубчатое зацепление зубчатого колеса и зубчатой поверхности, отличающийся тем, что зубчатый венец зубчатой поверхности является непрерывным и замкнутым, а зубчатое колесо имеет фигурный профиль по его зубчатому венцу и форма профилей зубчатого колеса и зубчатой поверхности по их зубчатым венцам, размеры зубчатого колеса и зубчатой поверхности, положение полуоси вращения на зубчатом колесе, начальная фаза вращения зубчатого колеса и место начального зацепления зубьев зубчатого колеса и зубчатой поверхности определены таким образом, что длина зубчатого венца зубчатой поверхности в два раза превышает длину зубчатого венца зубчатого колеса, и количество зубьев зубчатого венца зубчатой поверхности в два раза превышает количество зубьев зубчатого венца зубчатого колеса; на части зубчатых венцов зубчатого колеса и зубчатой поверхности находятся участки, на протяжении каждого из которых радиус кривизны профиля по зубчатому венцу не является постоянным и нескачкообразно изменяется; в любых двух располагающихся равноудаленно друг от друга и противоположно друг другу по длине зубчатого венца зубчатой поверхности местах ее зубчатого венца радиус кривизны профиля зубчатой поверхности по ее зубчатому венцу одинаков; в любом месте зацепления зубьев зубчатого колеса и зубчатой поверхности, в котором профиль зубчатой поверхности по ее зубчатому венцу не является вогнутым внутрь ограниченного зубчатым венцом зубчатой поверхности ее внутреннего пространства, радиус кривизны профиля зубчатого колеса по его зубчатому венцу не превышает радиус кривизны профиля зубчатой поверхности по ее зубчатому венцу; в любой момент возвратно-поступательного движения зубчатой поверхности относительно полуоси зубья зубчатой поверхности зацепляются с зубьями зубчатого колеса только в одном месте их зубчатых венцов, и это место зацепления в течение полного оборота зубчатого колеса и полуоси при их вращении перемещается по всей длине зубчатого венца зубчатой поверхности и дважды по всей длине зубчатого венца зубчатого колеса; существует не менее двух неизменных мест на зубчатом венце зубчатой поверхности, располагающихся равноудаленно друг от друга и противоположно друг другу по длине зубчатого венца зубчатой поверхности, поочередно взаимодействующих с зубчатым колесом, в которых зубья зубчатой поверхности зацепляются с одними и теми же зубьями зубчатого колеса, а фазы вращения зубчатого колеса противоположны, и расстояния от полуоси до этих мест зацепления зубьев максимальны, и существует не менее двух неизменных мест на зубчатом венце зубчатой поверхности, располагающихся равноудаленно друг от друга и противоположно друг другу по длине зубчатого венца зубчатой поверхности, поочередно взаимодействующих с зубчатым колесом, в которых зубья зубчатой поверхности зацепляются с одними и теми же зубьями зубчатого колеса, а фазы вращения зубчатого колеса противоположны, и расстояния от полуоси до этих мест зацепления зубьев минимальны, и в процессе перемещения по мере вращения зубчатого колеса места зацепления зубьев зубчатого колеса и зубчатой поверхности между любыми двумя ближайшими по расположению на зубчатом венце зубчатой поверхности такими местами происходит нескачкообразное изменение расстояния от полуоси до места зацепления зубьев; поддержание зацепления зубьев зубчатого колеса и зубчатой поверхности на протяжении всего хода ее возвратно-поступательного движения относительно полуоси вращения зубчатого колеса осуществляется опорным механизмом, состоящим из размещенного в пределах ограниченного зубчатым венцом зубчатой поверхности ее внутреннего пространства по другую сторону зубчатого колеса от крепления к нему полуоси, не препятствуя движению зубчатого колеса, ролика, свободно вращающегося на проходящей через него, расположенной не перпендикулярно полуоси, жестко связанной с зубчатой поверхностью одним концом, перемещающейся вместе с зубчатой поверхностью при ее возвратно-поступательном движении, и длиной, не препятствующей движению зубчатого колеса, оси вращения, и взаимодействующего с роликом на протяжении всего оборота зубчатого колеса кулачка соответствующего профиля, жестко связанного с зубчатым колесом и расположенного на нем на стороне ролика по другую сторону зубчатого колеса от крепления к нему полуоси.

2. Зубчатый преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное и обратно по п.1, отличающийся тем, что направление возвратно-поступательного движения зубчатой поверхности перпендикулярно полуоси.

3. Зубчатый преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное и обратно по п.1, отличающийся тем, что траектория возвратно-поступательного движения зубчатой поверхности прямолинейная.

4. Зубчатый преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное и обратно по п.1, отличающийся тем, что полуось перпендикулярна зубчатому колесу и закреплена на краю зубчатого колеса таким образом, что не препятствует зацеплению зубьев зубчатого колеса и зубчатой поверхности в месте крепления.

5. Зубчатый преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное и обратно по п.1, отличающийся тем, что зубчатый венец зубчатой поверхности состоит из четырех участков, каждый из которых имеет зеркально симметричный ему по форме участок зубчатого венца зубчатой поверхности относительно каждой из двух одинаковых для всех участков взаимно перпендикулярных осей симметрии, а ось вращения ролика расположена в точке пересечения этих осей симметрии.

6. Зубчатый преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное и обратно по п.1, отличающийся тем, что ролик и кулачок плоские и параллельны зубчатому колесу, а ось вращения ролика параллельна полуоси.

7. Зубчатый преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное и обратно по любому из пп.2-6, отличающийся тем, что зубчатое колесо имеет круговой или близкий к нему по форме сектор зубчатого венца, зубья которого отстоят на максимальном или близком к нему расстоянии от полуоси, являющимся исходящим от полуоси постоянным или изменяющимся радиусом этого кругового или близкого к нему по форме сектора, а зубчатый венец зубчатой поверхности имеет два прямых параллельных друг другу или близких к ним по форме и взаимному расположению, не прилегающих друг к другу и не соприкасающихся друг с другом, поочередно взаимодействующих с зубчатым колесом участка одинаковой длины, равной длине зубчатого венца кругового или близкого к нему по форме сектора зубчатого колеса, и, в случае, если эти участки являются прямыми, а сектор на зубчатом колесе имеет круговую форму, расстояние между этими участками равно удвоенному радиусу кругового сектора зубчатого колеса, причем при взаимодействии каждого из этих участков с зубчатым колесом во время поступательного или возвратного движения зубчатой поверхности относительно полуоси расстояние от полуоси до места зацепления зубьев максимально или близко к нему, для чего зубья этих прямых или близких к ним по форме участков зубчатой поверхности вступают в зацепление при вращении зубчатого колеса только с зубьями ее кругового или близкого к нему по форме сектора, а соединяются эти прямые или близкие к ним по форме участки в замкнутый непрерывный зубчатый венец зубчатой поверхности двумя фигурными участками зубчатого венца зубчатой поверхности равной длины и одинаковой формы, поочередно взаимодействующих с зубчатым колесом, зубья каждого из которых при вращении зубчатого колеса вступают в зацепление только с зубьями зубчатого колеса, находящимися вне ее кругового или близкого к нему по форме сектора, во время которого происходит нескачкообразное снижение до минимальной величины, равной или близкой к нулю, расстояния от полуоси до места зацепления зубьев с последующим нескачкообразным увеличением этого расстояния, а также осуществляется смена направления движения зубчатой поверхности относительно полуоси с поступательного на возвратное при взаимодействии сектора зубчатого колеса, не являющегося круговым или близким к нему по форме, с одним из фигурных участков зубчатой поверхности, или с возвратного на поступательное при взаимодействии сектора зубчатого колеса, не являющегося круговым или близким к нему по форме, с другим фигурным участком зубчатой поверхности; при поступательном движении зубчатой поверхности относительно полуоси, происходящим в течение одной половины оборота зубчатого колеса и полуоси при их вращении в зацеплении участвуют зубья одной половины длины зубчатого венца зубчатой поверхности и всей длины зубчатого венца зубчатого колеса, а при возвратном движении зубчатой поверхности относительно полуоси, происходящим в течение другой половины оборота зубчатого колеса и полуоси при их вращении в зацеплении участвуют зубья другой половины длины зубчатого венца зубчатой поверхности и также всей длины зубчатого венца зубчатого колеса; центр кулачка находится на прямой, проходящей через полуось и середину длины кругового сектора зубчатого венца зубчатого колеса, а профиль кулачка образуют два зеркально симметричных относительно этой прямой участка.

8. Зубчатый преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное и обратно по п.1, отличающийся тем, что для предотвращения вибрации полуоси при ее вращении с зубчатым колесом ввиду неравномерного распределения веса зубчатого колеса вокруг полуоси и наличия кулачка, центр тяжести которого не совпадает с полуосью, на полуоси располагают противовес зубчатому колесу и кулачку, функцию которого могут выполнять идентичные по весу располагающиеся на этой же полуоси противофазно относительно нее зубчатое колесо с кулачком другого идентичного зубчатого преобразователя возвратно-поступательного движения во вращательное и обратно по п.1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение зубчатый преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное и обратно, именуемый в дальнейшем "трансформоид", относится к области машиностроения, в частности к преобразователям видов движения. Изобретение можно применять для получения возвратно-поступательного движения из вращательного и обратно в поршневых двигателях, насосах, компрессорах и других устройствах.

Общеизвестен кривошипно-ползунный механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное и обратно (Смелягин А.И. Теория механизмов и машин. Курсовое проектирование: Учебное пособие. - М.: ИНФРА-М; Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003, с.18), содержащий ползун, кинематически связанный с ним с возможностью качения шатун, который в свою очередь кинематически связан с возможностью вращения с кривошипом, выполняемым конструктивно также и в виде коленчатого вала, при вращении которого происходит возвратно-поступательное движение ползуна. Его недостатком является ограниченная эффективность преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное ввиду непрерывного изменения в широком диапазоне углов направления приложения силы, в зависимости от вида преобразования движения, от кривошипа к шатуну или наоборот в точке крепления шатуна к кривошипу по мере перемещения ползуна и вращения кривошипа, в результате чего при движении ползуна и вращении кривошипа эффективность передачи усилия между шатуном и кривошипом не остается на постоянном уровне и в течение полного оборота кривошипа находится в непрерывном изменении от максимума до минимума (нуля) и наоборот, имея невысокое среднее значение. Это снижает эффективность кривошипно-ползунного механизма как преобразователя вращательного движения в возвратно-поступательное и обратно.

Наиболее близким по технической сущности является выбранное за прототип устройство преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное (патент России №2000126605, индекс МПК F 16 H 19/04, автор Ворогушин В.А. и Шишкин П.А.), содержащее вращающееся в одном направлении зубчатое колесо или диск с цевками, находящееся в поочередном зацеплении с зубчатыми рейками подвижной рамки, которые по торцам продолжены опорными полуокружностями с радиусом большим, чем наружный радиус у вращающегося зубчатого колеса, а зубья на зубчатом колесе нарезаны на части диска, тогда как другая часть диска колеса по наружному радиусу служит кулачком, перекатывающимся по поверхности опорных полуокружностей рамки и скользящим по поверхности продольных упоров, закрепленных на длине зубчатых реек.

Основными его недостатками является отсутствие непрерывного зубчатого зацепления между рамкой и зубчатым колесом в течение всего хода поступательного и возвратного движения, что может привести к рассихронизации фазы вращения зубчатого колеса с положением рейки относительно него, ведущей к невозможности преобразования движения и работы устройства. Дополнительным недостатком является необходимость поперечного перемещения зубчатого колеса при смене рамкой направления движения с поступательного на возвратное или наоборот для перевода зацепления от одной зубчатой рейки к другой, что ограничивает диапазон возможных формируемых форм траекторий возвратно-поступательного движения и препятствует применению устройства при работе с большими скоростями вращения зубчатого колеса и перемещения рамки.

Сущность изобретения состоит в том, что преобразование возвратно-поступательного движения невращающейся жесткой фигурной зубчатой поверхности с внутренним зацеплением зубьев относительно жестко связанной с имеющим зацепление зубьев с зубчатой поверхностью жестким зубчатым колесом с непрерывным зубчатым венцом по всему его периметру, полуоси вращения зубчатого колеса в ее вращательное движение и наоборот, а также формирование и обеспечение постоянства траектории и соотношения в различных ее точках скоростей этого возвратно-поступательного движения осуществляется за счет того, что:

1) зубчатый венец зубчатой поверхности является непрерывным и замкнутым, а зубчатое колесо имеет фигурный профиль по его зубчатому венцу;

2) размеры, фигурные формы профилей зубчатых венцов зубчатого колеса и зубчатой поверхности, а также расположение полуоси вращения на зубчатом колесе, установка начальной фазы вращения зубчатого колеса и начального места зацепления зубьев на зубчатых венцах зубчатого колеса и зубчатой поверхности подобраны таким образом, что:

- длина зубчатого венца зубчатой поверхности в два раза превышает длину зубчатого венца зубчатого колеса, и количество зубьев зубчатого венца зубчатой поверхности в два раза превышает количество зубьев зубчатого венца зубчатого колеса;

- на части зубчатых венцов зубчатого колеса и зубчатой поверхности находятся участки, на протяжении каждого из которых радиус кривизны профиля по зубчатому венцу не является постоянным и нескачкообразно изменяется;

- в любых двух располагающихся равноудаленно друг от друга и противоположно друг другу по длине зубчатого венца зубчатой поверхности местах ее зубчатого венца радиус кривизны профиля зубчатой поверхности по ее зубчатому венцу одинаков;

- в любом месте зацепления зубьев зубчатого колеса и зубчатой поверхности, в котором профиль зубчатой поверхности по ее зубчатому венцу не является вогнутым внутрь ограниченного зубчатым венцом зубчатой поверхности ее внутреннего пространства, радиус кривизны профиля зубчатого колеса по его зубчатому венцу не превышает радиус кривизны профиля зубчатой поверхности по ее зубчатому венцу;

- в любой момент возвратно-поступательного движения зубчатой поверхности относительно полуоси зубья зубчатой поверхности зацепляются с зубьями зубчатого колеса только в одном месте их зубчатых венцов, и это место зацепления в течение полного оборота зубчатого колеса и полуоси при их вращении перемещается по всей длине зубчатого венца зубчатой поверхности и дважды по всей длине зубчатого венца зубчатого колеса;

- существует не менее двух неизменных мест на зубчатом венце зубчатой поверхности, располагающихся равноудаленно друг от друга и противоположно друг другу по длине зубчатого венца зубчатой поверхности, поочередно взаимодействующих с зубчатым колесом, в которых зубья зубчатой поверхности зацепляются с одними и теми же зубьями зубчатого колеса, а фазы вращения зубчатого колеса противоположны, и расстояния от полуоси до этих мест зацепления зубьев максимальны, и существует не менее двух неизменных мест на зубчатом венце зубчатой поверхности, располагающихся равноудаленно друг от друга и противоположно друг другу по длине зубчатого венца зубчатой поверхности, поочередно взаимодействующих с зубчатым колесом, в которых зубья зубчатой поверхности зацепляются с одними и теми же зубьями зубчатого колеса, а фазы вращения зубчатого колеса противоположны, и расстояния от полуоси до этих мест зацепления зубьев минимальны, и в процессе перемещения по мере вращения зубчатого колеса места зацепления зубьев зубчатого колеса и зубчатой поверхности между любыми двумя ближайшими по расположению на зубчатом венце зубчатой поверхности такими местами происходит нескачкообразное изменение расстояния от полуоси до места зацепления зубьев;

- поддержание зацепления зубьев зубчатого колеса и зубчатой поверхности на протяжении всего хода ее возвратно-поступательного движения относительно полуоси вращения зубчатого колеса осуществляется опорным механизмом, состоящим из размещенного в пределах ограниченного зубчатым венцом зубчатой поверхности ее внутреннего пространства по другую сторону зубчатого колеса от крепления к нему полуоси, не препятствуя движению зубчатого колеса, ролика, свободно вращающегося на проходящей через него, расположенной не перпендикулярно полуоси, жестко связанной с зубчатой поверхностью одним концом, перемещающейся вместе с зубчатой поверхностью при ее возвратно-поступательном движении, и длиной, не препятствующей движению зубчатого колеса, оси вращения, и взаимодействующего с роликом на протяжении всего оборота зубчатого колеса кулачка соответствующего профиля, жестко связанного с зубчатым колесом и расположенного на нем на стороне ролика по другую сторону зубчатого колеса от крепления к нему полуоси.

Для повышения эффективности работы трансформоида, особенно в качестве преобразователя возвратно-поступательного движения во вращательное, необходимо придать участкам зубчатых венцов зубчатой поверхности и зубчатого колеса, при зацеплении зубьев в которых происходит ход поступательного или возвратного движения, такую форму, при которой касательная к профилю зубчатого колеса, проведенная к месту зацепления зубьев на таком участке, совпадала бы или была бы близка с направлением возвратно-поступательного движения зубчатой поверхности относительно полуоси. При этом передача силового усилия между зубчатой поверхностью и зубчатым колесом на таких участках была бы максимальной или близкой к ней. Для этих целей зубчатое колесо может иметь круговой или близкий к нему по форме сектор зубчатого венца, все зубья которого отстоят на максимальном или близком к нему расстоянии от полуоси, и это расстояние является исходящим от полуоси постоянным или изменяющимся радиусом этого кругового или близкого к нему по форме сектора, а зубчатый венец зубчатой поверхности может иметь два прямых, параллельных друг другу или близких к ним по форме и взаимному расположению, не прилегающих друг к другу и не соприкасающихся друг с другом, поочередно взаимодействующих с зубчатым колесом участка одинаковой длины, равной длине зубчатого венца кругового или близкого ему по форме сектора зубчатого колеса, которые в случае, если эти участки являются прямыми, а зубчатое колесо имеет круговой сектор, находятся друг напротив друга на расстоянии, равном удвоенному радиусу кругового сектора зубчатого колеса, причем при взаимодействии каждого из этих участков с зубчатым колесом во время поступательного или возвратного движения расстояние от полуоси до места зацепления зубьев будет максимально или близко к нему, для чего зубья этих прямых или близких к ним по форме участков зубчатой поверхности вступают в зацепление при вращении зубчатого колеса только с зубьями ее кругового или близкого к нему по форме сектора путем установки соответствующей начальной фазы вращения зубчатого колеса и полуоси и начального места зацепления зубьев на зубчатых венцах зубчатого колеса и зубчатой поверхности, а соединяться эти прямые или близкие к ним по форме участки в замкнутый непрерывный зубчатый венец зубчатой поверхности могут двумя фигурными участками зубчатого венца зубчатой поверхности равной длины, форма которых может быть одинакова, поочередно взаимодействующими с зубчатым колесом, зубья каждого из которых вследствие установки соответствующей начальной фазы вращения зубчатого колеса и полуоси и начального места зацепления зубьев на зубчатых венцах зубчатого колеса и зубчатой поверхности при вращении зубчатого колеса вступают в зацепление только с зубьями зубчатого колеса, находящимися вне ее кругового или близкого к нему по форме сектора, в течение времени которого за счет выбора профилей этих фигурных участков и профиля зубчатого венца зубчатого колеса за пределами ее кругового или близкого к нему по форме сектора происходит плавное снижение до минимальной величины, равной или близкой к нулю, расстояния от полуоси до места зацепления зубьев с последующим плавным увеличением этого расстояния, сопровождаемое сменой направления движения зубчатой поверхности относительно полуоси с поступательного на возвратное при взаимодействии зубчатого венца сектора зубчатого колеса, не являющегося круговым или близким к нему по форме, с одним из фигурных участков зубчатого венца зубчатой поверхности, или с возвратного на поступательное при взаимодействии зубчатого венца сектора зубчатого колеса, не являющегося круговым или близким к нему по форме, с другим фигурным участком зубчатого венца зубчатой поверхности. При этом поступательное движение может происходить в течение одной половины оборота зубчатого колеса и полуоси, во время которого в зацеплении участвуют зубья одной половины длины зубчатого венца зубчатой поверхности и всей длины зубчатого венца зубчатого колеса, а возвратное движение может происходить в течение другой половины оборота зубчатого колеса и полуоси, во время которого в зацеплении участвуют зубья другой половины длины зубчатого венца зубчатой поверхности и также всей длины зубчатого венца зубчатого колеса, а траектория возвратно-поступательного движения может быть прямолинейной, полуось - перпендикулярной направлению возвратно-поступательного движения и может исходить из точки, лежащей на профиле зубчатого колеса, не препятствуя взаимодействию зубьев зубчатого колеса и зубчатой поверхности, ролик и кулачок могут быть плоскими и параллельными зубчатому колесу, ось вращения ролика может быть параллельна полуоси, зубчатый венец зубчатой поверхности может состоять из четырех участков, каждому из которых соответствует зеркально симметричный ему по форме участок зубчатого венца зубчатой поверхности относительно каждой из двух одинаковых для всех участков взаимно перпендикулярных осей симметрии и ось вращения ролика может располагаться в точке пересечения этих осей симметрии, центр кулачка может находиться на прямой, проходящей через полуось и середину длины кругового сектора зубчатого венца зубчатого колеса, а профиль кулачка может состоять из двух зеркально симметричных относительно этой прямой участков.

Изобретение решает задачу преобразования с высоким коэффициентом полезного действия возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, упрощения конструкции и уменьшения количества деталей механизма по сравнению с выбранным прототипом, а также расширения арсенала технических средств, преобразующих возвратно-поступательного движение во вращательное и наоборот.

Техническим результатом будет являться возможность высокоэффективного преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, простота конструкции, а также реализация задачи расширения арсенала технических средств, преобразующих возвратно-поступательного движение во вращательное и обратно.

Изобретение поясняется чертежами, где

фиг.1 - фронтальный вид варианта конструктивного выполнения трансформоида с наличием прямых участков зубчатого венца зубчатой поверхности и кругового сектора зубчатого венца на зубчатом колесе;

фиг.2 - осевой вид варианта конструктивного выполнения трансформоида с наличием прямых участков зубчатого венца зубчатой поверхности и кругового сектора зубчатого венца на зубчатом колесе;

фиг.3 - задание системы координат на одном из фигурных участков зубчатого колеса для уравнения профиля его зубчатого венца;

фиг.4 - задание системы координат на зубчатой поверхности для уравнения профиля кулачка;

фиг.5 - задание системы координат на фигурном участке зубчатой поверхности для уравнения профиля его зубчатого венца;

фиг.6 - задание системы координат на кулачке для уравнения его профиля.

Представленный на фиг.1 и фиг.2 трансформоид состоит из зубчатой поверхности 1 с внутренним зацеплением зубьев с фигурным профилем зубчатого венца, имеющей зубчатое зацепление с зубчатым колесом 2 с фигурным профилем зубчатого венца, на одной стороне которого жестко закреплена полуось его вращения 3, расположенная на краю зубчатого колеса 2, а на другой стороне зубчатого колеса 2 жестко закреплен параллельно ему плоский кулачок 4, центр которого 5 смещен относительно полуоси 3 и находится на представленном на фиг.3 радиусе 6 кругового сектора 7 зубчатого колеса 2, проведенным от полуоси 3 до точки на середине длины зубчатого венца кругового сектора 7 зубчатого колеса 2. Кулачок 4 взаимодействует с круглым плоским роликом 8, свободно вращающимся вокруг проходящей через его центр, параллельной полуоси 3, находящейся в центре зубчатой поверхности 1, оси вращения 9, жестко закрепленной на держателе 10, который жестко закреплен на зубчатой поверхности 1. Круговой сектор 7 зубчатого венца зубчатого колеса 2 замыкается в его замкнутый фигурный зубчатый венец двумя его фигурными участками 11 зубчатого венца одинаковой длины, зеркально симметричными по форме относительно прямой, на которой расположен радиус 6, а зубчатая поверхность 1 имеет два прямых, параллельных друг другу и равных по длине участка 12 зубчатого венца, соединяющихся между собой двумя фигурными участками 13 зубчатого венца одинаковой длины и зеркально симметричными по форме относительно оси ОХ, в системе координат, приведенной на фиг.4.

Ширина кругового сектора 7 зубчатого венца зубчатого колеса 2 составляет 90 градусов ( /2 радиан).

Длина каждого прямого участка 12 зубчатого венца зубчатой поверхности 1 равна R/2, a расстояние между ними равно 2R, где R - радиус кругового сектора 7 зубчатого венца зубчатого колеса 2.

Уравнение, описывающее форму зубчатого венца каждого из фигурных участков 13 зубчатого венца зубчатой поверхности 1 путем установления зависимости декартовых координат согласно представленному на фиг.5 заданию координатных осей, имеет следующий вид:

при -R x R

где

R - радиус 6 кругового сектора 7 зубчатого венца зубчатого колеса 2;

x и y(x) - соответствующие друг другу координаты на представленной на фиг.5 системы координат каждого из фигурных участков 13 зубчатого венца зубчатой поверхности 1 (с учетом зеркальной симметричности участков относительно представленной на фиг.4 оси ОХ).

Форма каждого из фигурных участков 11 зубчатого венца зубчатого колеса 2 определена следующим уравнением, устанавливающим зависимость исходящего от полуоси 3 полярного радиуса от полярного угла, отсчитываемого от оси ОХ, проходящей через точку соединения фигурного участка 11 и кругового сектора 7 зубчатого колеса 2, в заданной полярной системе координат, приведенной на фиг.3:

r=Rcos2 при 0 /4

где

r - полярный радиус;

R - радиус 6 кругового сектора 7 зубчатого венца зубчатого колеса 2;

- полярный угол.

Формы зубчатых венцов зубчатой поверхности 1 и зубчатого колеса 2 в сочетании с установкой начальной фазы вращения зубчатого колеса 2 и начального места зацепления зубьев зубчатой поверхности 1 и зубчатого колеса 2, при которых зубья на всех границах прямых и фигурных участков зубчатого венца зубчатой поверхности 1 зацепляются с зубьями на границах кругового сектора и фигурных участков зубчатого венца зубчатого колеса 2, обеспечивают прямолинейную траекторию 14 возвратно-поступательного движения зубчатой поверхности 1 относительно полуоси 3.

Радиус ролика 8, при котором размеры кулачка 4 позволяют последнему находиться в пределах периметра профиля зубчатого колеса 2 определен следующим образом:

r_m=0,3R,

где

r_m - радиус ролика 8;

R - радиус 6 кругового сектора 7 зубчатого венца зубчатого колеса 2.

Центр 5 кулачка 4, задаваемый в качестве начала приведенной на фиг.6 декартовой системы координат, расположен от полуоси 3 на расстоянии:

где

r_с - расстояние от полуоси 3 до являющегося началом координат на фиг.6 центра 5 кулачка 4;

R - радиус 6 кругового сектора 7 зубчатого венца зубчатого колеса 2.

Профиль кулачка 4, определяемый с учетом радиуса ролика 8, состоит из двух участков, зеркально симметричных относительно оси ОХ в декартовой системе координат, представленной на фиг.6, и каждому значению координаты x_K1 профиля кулачка 4 соответствуют два равных по абсолютному значению, но противоположных по знаку значения координаты y_K1 профиля кулачка 4, положительное значение которой получается из ее отрицательного значения путем изменения на положительный ее отрицательного знака, а параметрические уравнения для вычисления значений соответствующих друг другу координат x_K1 и y_K1 с учетом радиуса ролика 8 для отрицательных значений y_K1 следующие:

где

x_K1 и y_K1 - координаты профиля кулачка 4 с учетом радиуса ролика 8 в представленной на фиг.6 декартовой системе координат для отрицательных значений y_K1;

x_K и y_K - соответствующие друг другу, находящиеся в функциональной зависимости друг от друга декартовы координаты профиля кулачка 4 без учета радиуса ролика 8;

r_m - радиус ролика 8;

y' _К(x_К) - производная функции зависимости координаты y_К от x_К кулачка 4 без учета радиуса ролика 8.

При этом декартовы координаты профиля кулачка 4 без учета радиуса ролика 8 определяются следующими параметрическими уравнениями:

при 0 /2

где

- угол поворота зубчатого колеса 2 и полуоси 3 при их вращении в направлении по часовой стрелке, нулевое значение которого соответствует фазе их вращения, при котором центр 5 кулачка 4 находится на оси ОХ заданной на фиг.4 системы координат;

x_К и y_К - декартовы координаты профиля кулачка 4 без учета радиуса ролика 8;

y₀ - координата по оси OY места зацепления зубьев зубчатой поверхности 1 и зубчатого колеса 2 в приведенной на фиг.4 системе координат, начало которой соответствует геометрическому центру зубчатой поверхности 1 и закрепленной на нем оси вращения ролика 8;

r_c - расстояние от полуоси 3 до являющегося началом координат на фиг.6 центра 5 кулачка 4.

В свою очередь зависимость координаты y₀ от угла поворота зубчатого колеса 2 и полуоси 3 при их вращении в приведенной на фиг.4 системе координат неоднозначна для разных диапазонов изменения этого угла и записывается двумя соответствующим этим диапазонам уравнениями:

при 0 /4: y₀=R

при /4< /2:

где

- угол поворота зубчатого колеса 2 и полуоси 3 при их вращении в направлении по часовой стрелке, нулевое значение которого соответствует фазе их вращения, при котором центр 5 кулачка 4 находится на оси ОХ заданной на фиг.4 системы координат;

y₀ - координата по оси OY места зацепления зубьев зубчатой поверхности 1 и зубчатого колеса 2 в приведенной на фиг.4 системе координат;

R - радиус 6 кругового сектора 7 зубчатого венца зубчатого колеса 2.

Производная функции зависимости координаты y_к от x_к кулачка 4 без учета радиуса ролика 8 также вычисляется двумя следующими уравнениями, каждое из которых соответствует определенному диапазону изменения угла поворота зубчатого колеса 2 и полуоси 3:

при 0 /4:

при /4< /2:

где

- угол поворота зубчатого колеса 2 и полуоси 3 при их вращении в направлении по часовой стрелке, нулевое значение которого соответствует фазе их вращения, при котором центр 5 кулачка 4 находится на оси ОХ заданной на фиг.4 системы координат;

y'_К(x_К) - производная функции зависимости координаты y_К от x_К кулачка 4 без учета радиуса ролика 8.

Длина хода возвратно-поступательного движения зубчатой поверхности 1 относительно зубчатого колеса 2 и полуоси 3 определяется по формуле:

L=4r_с ,

где

L - длина хода возвратно-поступательного движения зубчатой поверхности 1 относительно зубчатого колеса 2 и полуоси 3;

r_с - расстояние от полуоси 3 до являющегося началом координат на фиг.6 центра 5 кулачка 4;

R - радиус 6 кругового сектора 7 зубчатого венца зубчатого колеса 2.

Фиксация положения полуоси 3, а вместе с ней зубчатого колеса 2 и кулачка 4 в продольном относительно полуоси 3 направлении при возвратно-поступательном движении зубчатой поверхности 1 может быть осуществлена стойкой или внешним объектом, с которым взаимодействует полуось 3. При необходимости зубчатая поверхность 1 имеет направляющие своего возвратно-поступательного движения, не препятствующие ее ходу в направлении этого движения с возможностью ограничения длины этого хода длиной траектории возвратно-поступательного движения.

Изобретение работает следующим образом. При преобразовании возвратно-поступательного движения во вращательное зубчатую поверхность 1 крепят к внешнему объекту, совершающему возвратно-поступательное движение, таким образом, что направления, траектории и длины ходов такого движения этого объекта и зубчатой поверхности 1 совпадали бы, а вращательное движение снимают с полуоси 3.

При преобразовании вращательного движения в возвратно-поступательное от внешнего вращающегося объекта вращательное движение передают полуоси 3, а зубчатую поверхность 1 крепят к другому внешнему объекту, которому необходимо придать возвратно-поступательное движение с такими направлением, траекторией и длиной хода такого движения, которыми обладает зубчатая поверхность 1.