механизм для преобразования движения (варианты)

Формула изобретения

1. Механизм для преобразования движения, содержащий корпус с направляющими, установленный в них ползун, кинематически соединенный с выходным валом посредством трех отрезков зубчатого венца, с возможностью поочередного взаимодействия отрезка венца, выполненного на окружности выходного вала, с двумя отрезками венца, размещенными со стороны ползуна с оппозитно ориентированными зубьями, отличающийся тем, что крайний зуб оконечностей отрезка венца на выходном валу и, по меньшей мере, предпоследний зуб каждой периферии других двух отрезков выполнены с поверхностью усечения тела как минимум с одним перегибом, наклонно ориентированной под острым углом одной оконечностью к поверхности вершины и другой оконечностью перпендикулярно к одному из торцев, а поверхность усечения тела зуба вместе с обрезком вершины, по гребню, ориентирована на зубьях оппозитно установленных отрезков венца таким образом, что при их противоположном относительном перемещении в зоне разминовки гребни вершин упомянутых зубьев совмещены с незначительным зазором.

2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что наклонная часть поверхности усечения тела зуба выполнена с несколькими перегибами в виде ступенчатого марша.

3. Механизм по п.1 или 2, отличающийся тем, что с поверхностью усечения тела выполнены два предпоследних зуба оконечностей отрезков зубчатых венцов, взаимодействующих с отрезком венца на выходном валу.

4. Механизм для преобразования движения, содержащий корпус с направляющими, установленный в них ползун, кинематически соединенный с выходным валом посредством трех отрезков зубчатого венца с возможностью поочередного взаимодействия отрезка венца, выполненного на окружности выходного вала, с остальными двумя отрезками венца, размещенными со стороны ползуна с оппозитно ориентированными зубьями, отличающийся тем, что крайний зуб оконечностей отрезка венца на выходном валу и предпоследний зуб каждой периферии других двух отрезков выполнены с поверхностью усечения тела как минимум с одним перегибом, наклонно ориентированной под острым углом одной оконечностью к поверхности вершины и другой оконечностью перпендикулярно к одному из торцев, а поверхность усечения тела зуба вместе с обрезком вершины, по гребню, ориентирована на зубьях оппозитно установленных отрезков венца таким образом, что при их противоположном относительном перемещении в зоне разминовки гребни вершин упомянутых зубьев совмещены с незначительным зазором, причем каждый из упомянутых отрезков зубчатых венцов, взаимодействующих с отрезком венца выходного вала, в свою очередь, кинематически связан с ползуном посредством отдельного вспомогательного вала.

5. Механизм по п.4, отличающийся тем, что наклонная часть поверхности усечения тела зуба выполнена с несколькими перегибами в виде ступенчатого марша.

6. Механизм по п.4 или 5, отличающийся тем, что отрезок венца выходного вала выполнен в виде зубчатого сектора с длиной дуги между его оконечными зубьями по периферийным точкам их углового шага, соответствующей как минимум дуге центрального угла 180°.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и обратно, и может быть применено в механических системах с поршневыми, ползунными, сльфонными, мембранными и т.п. узлами.

По первому варианту. Известен механизм для преобразования движения (устройство для преобразования возвратно-поступательного движения), содержащий корпус с направляющими (направляющей), установленный в них ползун (блок двухсторонней рейки), кинематически соединенный с выходным валом (валом) посредством трех отрезков зубчатого венца (шестерни и зубчатых реек в двухсторонней рейке) и с возможностью поочередного взаимодействия отрезка венца (шестерни), выполненного на окружности выходного вала (вала), с двумя отрезками венца (зубчатыми рейками), размещенными со стороны ползуна с оппозитно ориентированными зубьями (АС 1270459; кл. F16H 19/04; 84 г.), в котором ползун кинематически непосредственно связан с выходным валом и отрезки зубчатых венцов различаются только радиусами кривизны. Отрезок зубчатого венца с радиусом кривизны, равным бесконечности, являет собой спрямленный участок в виде зубчатой рейки на ползуне.

Особенностью известного механизма является то, что для разминовки оконечных полнопрофильных зубьев одного из отрезков основного трека в другом, взаимодействующем с ним, отрезке на соответствующем интервале зубья отсутствуют (периферийный зуб шестерни и часть зубьев на одной оконечности каждой рейки в двусторонней рейке); дополнительные зубья (6 и 7), установленные вне упомянутого трека, также не участвуют в разминовке с зубьями основного трека; отрезок зубчатого венца на выходном валу выполнен с размером дуги по длине его делительной поверхности, меньшим, чем размер длины дуги центрального угла 180°, что определяет увеличенные зазоры между зубьями на фазе переключения зубчатого венца выходного вала с одного на другой отрезок венца, установленный со стороны ползуна.

Недостаток известного механизма заключается в его ненадежности при работе, т.к. упомянутый значительный торцевой зазор (на рейке, между плоскостью 5 и ближайшим зубом) на участке разминовки зубьев (увеличенный шаг) определяет повышенные ударные нагрузки на предпоследний зуб отрезка венца выходного вала, взаимодействующий с зубом, ближайшим со стороны плоскости 5 ведущего отрезка венца (рейки) ползуна. Результатом этого, как минимум, является повышение вибрационных нагрузок, а реальная возможность начала реверсного хода ползуна (для любого из режимов - с ведущим звеном в качестве выходного вала или ползуна) раньше начала поворота выходного вала, т.е. сразу после его позиционирования (особенно в случае режима с ведущим звеном - ползуном), предопределяет нарушение порядка взаимодействия зубьев отрезка венца вала с оконечными участками остальных отрезков зубчатых венцов (зубчатых реек), главным образом, из-за увеличенной протяженности впадины между соседними концевыми зубьями, что влечет за собой заклинивание механизма.

Известен также принятый в качестве прототипа механизм для преобразования движения, содержащий корпус с направляющими (подшипники и опорные ролики), установленный в них ползун (шток), кинематически соединенный с выходным валом (ведущий вал) посредством трех отрезков зубчатого венца (зубчатый сектор и зубчатые рейки) и с возможностью поочередного взаимодействия отрезка венца, выполненного на окружности выходного вала, с двумя отрезками венца, размещенными со стороны ползуна с оппозитно ориентированными зубьями (АС 1270459; F16H 19/04; 83 г), в котором ползун кинематически непосредственно связан с выходным валом.

Особенностью упомянутого механизма является то, что оконечные зубья отрезка зубчатого венца выходного вала выполнены со срезом активной поверхности профиля зуба (так называемое, корригирование) по всей длине зуба в виде поверхности вращения, образующая прямая которой ориентирована параллельно оси выходного вала, и отрезок зубчатого венца на выходном валу выполнен с числом зубьев, сумма угловых шагов которых по длине дуги его делительной поверхности меньше дуги центрального угла 180°, для обеспечения разминовки соответствующих зубьев отрезков в зонах пересечения их треков при разнонаправленном перемещении относительно друг друга и при непременном условии принудительного обеспечения фиксации (позиционирования) ползуна в процессе разминовки этих зубьев на фазе переключения отрезка венца, выполненного на выходном валу, с одного на другой из отрезков венцов (реек), установленных на ползуне (см. описание, колонка 2, строки 36-43, АС 1270459; F16H 19/04; 83 г).

Недостатками упомянутого механизма являются увеличенный торцевой зазор в режиме зубчатого зацепления между зубьями со сплошным срезом активной поверхности и при взаимодействии их с соседними зубьями и условие его функционирования только при наличии отдельного привода позиционирования ползуна в крайних точках его выбега относительно корпуса. На больших скоростях вращения вала, характерных для режимов работы двигателей внутреннего сгорания, увеличенные торцевые зазоры при взаимодействии зубьев, предназначенных для разминовки, определяют увеличенные динамические нагрузки на зубья, а следовательно, повышенную вибрацию и шум. Реальность факторов неточности принудительного позиционирования, инерционности при срабатывании устройства позиционирования ползуна и несогласованность с возможностью позиционирования ползуна за счет периферийных зубьев отрезков венцов (реек) на нем определяет неизбежность уменьшения амплитуды хода ползуна, влекущего износ зубьев по срезам активной поверхности и, как следствие, нарушение порядка взаимодействия зубьев при переключении с одной рейки на другую. Результатом этого является усиление вибрации из-за повышения уровня динамических нагрузок на зубья и последующее заклинивание механизма.

Задачей изобретения является уменьшение торцевых зазоров при режимах зубчатого зацепления и позиционирования для зубьев, расположенных в зонах разминовки, а также снижение вероятности контакта упомянутых зубьев при относительном, противоположном перемещении оппозитно ориентированных отрезков венцов.

В соответствии с поставленной задачей в механизме для преобразования движения, содержащем корпус с направляющими, установленный в них ползун, кинематически соединенный с выходным валом посредством трех отрезков зубчатого венца и с возможностью поочередного взаимодействия отрезка венца, выполненного на окружности выходного вала, с двумя отрезками венца, размещенными со стороны ползуна с оппозитно ориентированными зубьями, согласно изобретению крайний зуб оконечностей отрезка венца на выходном валу и соответствующие им зубья других двух отрезков в зонах разминовки выполнены с поверхностью усечения тела, как минимум, с одним перегибом, наклонно ориентированной под острым углом одной оконечностью к поверхности вершины и другой оконечностью перпендикулярно к одному из торцов, а поверхность усечения тела зуба, вместе с обрезком поверхности вершины, ориентирована на зубьях оппозитно установленных отрезков венца таким образом, что при их противоположном относительном перемещении в зоне разминовки соответствующие гребни вершин зубьев совместимы с незначительным зазором.

Кроме того, отрезок венца выходного вала выполнен в виде зубчатого сектора с длиной дуги между его оконечными зубьями по периферийным точкам их углового шага, соответствующей, как минимум, дуге центрального угла 180°, и поверхность усечения тела выполнена на паре предпоследних зубьев оконечностей отрезков зубчатого венца, взаимодействующих с отрезком венца выходного вала таким образом, что протяженность обрезка поверхности вершины с полной высотой профиля каждого из них крайнего зуба по длине гребня меньше протяженности аналогичной поверхности соседнего зуба в паре.

Каждый из отрезков выполнен в виде блока из четырех одинаковых отрезков зубчатого венца, совмещенных между собой по торцам зубьев таким образом, что поверхности усечения тел зубьев разминовки ориентированы зеркально относительно каждой очередной плоскости совмещения отрезков в блоке.

Наклонная оконечность поверхности усечения тела зуба выполнена с несколькими перегибами в виде ступенчатого марша.

Каждый отрезок зубчатого венца с поверхностью усечения тела зубьев выполнен в виде пакета из отрезков венцов шириной, кратной размеру шага ступенчатого марша по ширине пакета.

Каждый из отрезков венца выполнен в виде блока сопряженных отрезков с косыми зубьями, совмещенных в виде шевронных, и с прямыми зубьями, причем на отдельном отрезке венца выполнены только зубья с поверхностью усечения тела или позиционирующие зубья с последними.

Отрезки зубчатых венцов выполнены с размером углового шага зуба по дуге делительной поверхности, соответствующего трем стандартным угловым шагам, и с профилем рабочих поверхностей зуба соответствующего стандартного шага.

Наконец, в плоскости перемещения отрезков зубчатого венца ползуна и симметрично продольной оси последнего на его периферийных поверхностях установлено по опорной траверсе, совмещенной по длине с дополнительным зубчатым венцом и взаимодействующей с двумя опорными поворотными роликами, каждый из которых совмещен в виде блока с шестерней и образующей поверхностью вращения совпадающий с делительным диаметром последней.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в снижении уровня его вибраций и устранении основных предпосылок заклинивания механизма за счет комбинированной поверхности усечения зубьев зон разминовки, обеспечивающей нормализацию режима работы зубчатого зацепления уменьшением в сторону нормы торцевых зазоров между ними.

По второму варианту. Известен механизм для преобразования движения (поршневой двигатель внутреннего сгорания), содержащий корпус с направляющими (цилиндр 1), установленный в них ползун (поршень 2), кинематически связанный с выходным валом (7), наряду с другими элементами (механизм 6 свободного хода и, соосный выходному валу 7, вал 5), посредством двух постоянно взаимодействующих зубчатого венца (шестерня 4) и отрезка зубчатого венца (рейка 3), один из которых (зубчатая рейка 3) установлен со стороны ползуна (на поршне 2) (патент РФ 2028480, F02B 75/32, 95 г.), в котором выходной вал (7) кинематически непосредственно (из-за механизма свободного хода 6) не связан с ползуном (поршень 2) и отрезки зубчатых венцов различаются только радиусами кривизны. Отрезок зубчатого венца с радиусом кривизны, равным бесконечности, являет собой спрямленный участок в виде зубчатой рейки на ползуне.

Недостаток механизма - в неоправданных возможностях надежного срабатывания механизма свободного хода при режимах скоростей вращения, характерных для двигателей внутреннего сгорания (не менее 1,5 тыс.об/мин), и в усложняющем конструкцию кривошипно-шатунном механизме для позиционирования ползуна в крайних точках его выбега (так называемые, верхняя и нижняя мертвые точки поршня).

Известен также принятый в качестве прототипа механизм для преобразования движения, содержащий корпус с направляющими (подшипники и опорные ролики), установленный в них ползун (шток), кинематически соединенный с выходным валом (ведущий вал) посредством трех отрезков зубчатого венца (зубчатый сектор и зубчатые рейки) и с возможностью поочередного взаимодействия отрезка венца, выполненного на окружности выходного вала, с двумя отрезками венца, размещенными со стороны ползуна с оппозитно ориентированными зубьями (АС 1270459; F16H 19/04; 83 г), в котором ползун кинематически непосредственно связан с выходным валом.

Особенностью упомянутого механизма является то, что оконечные зубья отрезка зубчатого венца выходного вала выполнены со срезом активной поверхности профиля зуба (так называемое, корригирование), в виде поверхности вращения, образующая прямая которой ориентирована параллельно оси выходного вала, и отрезок зубчатого венца на выходном валу выполнен с числом зубьев, сумма угловых шагов которых по длине дуги его делительной поверхности меньше дуги центрального угла 180°, для обеспечения разминовки соответствующих зубьев отрезков в зонах пересечения их треков при разнонаправленном перемещении относительно друг друга и при непременном условии неподвижности (позиционирования) ползуна в процессе разминовки этих зубьев на фазе переключения отрезка венца, выполненного на выходном валу, с одного на другой из отрезков венцов (реек), установленных на ползуне (см. описание, колонка 2, строки 36-43, АС 1270459; F16H 19/04; 83 г).

Недостатками упомянутого механизма являются увеличенный торцевой зазор в режиме зубчатого зацепления между зубьями со сплошным срезом активной поверхности и при взаимодействии их с соседними зубьями и условие его функционирования только при наличии отдельного привода позиционирования ползуна в крайних точках его выбега относительно корпуса. На больших скоростях вращения вала, характерных для режимов работы двигателей внутреннего сгорания, увеличенные торцевые зазоры при взаимодействии зубьев, предназначенных для разминовки, определяют увеличенные динамические нагрузки на зубья, а следовательно, повышенную вибрацию и шум. Реальность факторов неточности принудительного позиционирования, инерционности при срабатывании устройства позиционирования ползуна и несогласованность с возможностью позиционирования ползуна за счет периферийных зубьев отрезков венцов (реек) на нем определяет неизбежность уменьшения амплитуды хода ползуна, влекущего износ зубьев по срезам активной поверхности и, как следствие, нарушение порядка взаимодействия зубьев при переключении с одной рейки на другую. Результатом этого является усиленная вибрация из-за повышения уровня динамических нагрузок на зубья и последующее заклинивание механизма.

Задачей изобретения является уменьшение торцевых зазоров при режимах зубчатого зацепления и позиционирования для зубьев, расположенных в зонах разминовки, а также снижение вероятности контакта упомянутых зубьев при относительном, противоположном перемещении оппозитно ориентированных отрезков венцов.

В соответствии с поставленной задачей в механизме для преобразования движения, содержащем корпус с направляющими, установленный в них ползун, кинематически соединенный с выходным валом посредством трех отрезков зубчатого венца и с возможностью поочередного взаимодействия отрезка венца, выполненного на окружности выходного вала, с двумя отрезками венца, размещенными со стороны ползуна с оппозитно ориентированными зубьями, согласно изобретению крайний зуб оконечностей отрезка венца на выходном валу и соответствующие им зубья других двух отрезков в зонах разминовки выполнены с поверхностью усечения тела, как минимум, с одним перегибом, наклонно ориентированной под острым углом одной оконечностью к поверхности вершины и другой оконечностью перпендикулярно к одному из торцев, а поверхность усечения тела зуба, вместе с обрезком поверхности вершины, ориентирована на зубьях оппозитно установленных отрезков венца таким образом, что при их противоположном относительном перемещении в зоне разминовки соответствующие гребни вершин зубьев совместимы с незначительным зазором, причем каждый из отрезков зубчатых венцов, взаимодействующих с отрезком венца выходного вала, установлен на отдельном вспомогательном валу, кинематически постоянно связанным, в свою очередь, с ползуном посредством шестерни и дополнительного отрезка зубчатого венца, установленного на ползуне.

Кроме того, отрезок венца выходного вала выполнен в виде зубчатого сектора с длиной дуги по периферии угловых шагов оконечных зубьев, соответствующей центральному углу 180°.

Каждый из отрезков выполнен в виде блока из четырех одинаковых отрезков зубчатого венца, совмещенных между собой по торцам зубьев таким образом, что поверхности усечения тел зубьев разминовки ориентированы зеркально относительно каждой очередной плоскости совмещения отрезков в блоке.

Наклонная поверхность усечения тела зуба выполнена с несколькими перегибами в виде ступенчатого марша; каждый отрезок зубчатого венца с поверхностью усечения тела зубьев выполнен в виде пакета из отрезков венцов шириной, кратной размеру шага ступенчатого марша по ширине пакета.

Каждый из отрезков венца выполнен в виде блока сопряженных отрезков с косыми зубьями, совмещенными в виде шевронных, и с прямыми зубьями, причем на отдельном отрезке венца выполнены только зубья с поверхностью усечения тела или позиционирующие зубья с последними.

Отрезки зубчатых венцов выполнены с размером углового шага зуба по дуге делительной окружности, соответствующего трем стандартным угловым шагам, с профилем рабочих поверхностей зуба соответствующего стандартного шага.

Каждый зубчатый венец ползуна по длине совмещен с опорной траверсой, взаимодействующей с двумя опорными поворотными роликами, в свою очередь, каждый из которых совмещен в виде блока с шестерней и образующей поверхностью вращения совпадающий с делительным диаметром последней, одна из которых со стороны каждой траверсы установлена на соответствующем вспомогательном валу.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в снижении уровня его вибраций и устранении основных предпосылок заклинивания механизма за счет комбинированной поверхности усечения зубьев зон разминовки, обеспечивающей нормализацию режима работы зубчатого зацепления уменьшением в сторону нормы торцевых зазоров между ними.

Оба варианта относятся к объектам одного вида, имеют одинаковое назначение и обеспечивают получение одного и того же технического результата. Таким образом, удовлетворяют требованию единства изобретения.

Анализ научно-технической и патентной литературы показал, что изобретение отвечает критериям "новизна" и "существенные отличия".

Отличительные особенности предлагаемого изобретения более подробно излагаются в нижеприведенном описании в сочетании с сопутствующими чертежами, где на:

фиг.1 показан общий вид механизма по первому варианту;

фиг.2 приведен вид и сечение двух разминовывающихся зубьев;

фиг.3 представлена схема зацепления отрезков зубчатого венца в механизме;

фиг.4 изображены фазы работы механизма;

фиг.5 отражена особенность конструкции зубчатой передачи механизма;

фиг.6 дан пример блочного исполнения одного из основных отрезков венца;

фиг.7 выполнен вариант поверхности усечения тела зубьев;

фиг.8 предложен вариант пакетного исполнения основных отрезков зубчатого венца;

фиг.9 изображена компоновка разных типов зубьев на отдельном отрезке венца;

фиг.10 показан вариант с усиленным профилем зубьев;

фиг.11 приведено устройство разгрузки направляющих поверхностей ползуна;

фиг.12 показан общий вид механизма по второму варианту;

фиг.13 приведен вид и сечение двух разминовывающихся зубьев;

фиг.14 представлен основной вариант конструкции отрезка венца выходного вала;

фиг.15 и 16 изображены фазы работы механизма;

фиг.17 отражена особенность конструкции отрезков зубчатого венца механизма;

фиг.18 выполнен вариант поверхности усечения тела зубьев;

фиг.19 предложен вариант пакетного исполнения основных отрезков зубчатого венца;

фиг.20 показан вариант с усиленным профилем зубьев;

фиг.21 приведено устройство разгрузки направляющих поверхностей ползуна.

По первому варианту. Механизм для преобразования движения содержит корпус 1 (Фиг.1) с направляющими поверхностями 2, установленный в них ползун 3, кинематически соединенный с выходным валом 4 посредством трех отрезков зубчатого венца 5-7. Кроме того, выходной вал 4 совмещен с маховиком (не показан) для оптимизации работы механизма, особенно в положениях точек крайнего выбега ползуна 3. На окружности выходного вала 4 выполнен отрезок 5 зубчатого венца с возможностью поочередного взаимодействия с остальными двумя 6 и 7 отрезками венца, размещенными со стороны ползуна 3 с оппозитно ориентированными зубьями. Конечные рабочие зубья 8-13 краев отрезков 5-7 венца выполнены с поверхностью 14-15 усечения тела с одним перегибом а-а и наклонно ориентированной под углом около 30° (Фиг.2) одной оконечностью 15 к поверхности 16 вершины зуба полного профиля и противоположной оконечностью 14 перпендикулярно к одному из торцов. Поверхность усечения 14-15 тела зуба, вместе с обрезком поверхности 16 вершины, на оппозитно установленных отрезках 5 и 6 или 5 и 7 венца ориентирована таким образом, что при их противоположном относительном перемещении соответствующие пары рабочих зубьев 8, 10; 8, 12; 9, 11; 9, 13 совместимы гребнями с незначительным зазором.

Позиционирующие зубья 17-20 (Фиг.1), расположенные после конечных рабочих зубьев 8-13 у самых обрезов отрезков венцов 6 и 7 и с рабочими полуконтурами с-с, выполняют функцию стопоров, т.к. их периферийные полуконтуры c-d не участвуют во взаимодействии с зубьями отрезка венца 5 выходного вала 4. Число зубьев отрезка венца 5 соответствует числу впадин между позиционирующими зубьями 17 и 20, 18 и 19 на остальных отрезках 6 и 7 венца. Отрезок 5 (Фиг.3) венца выходного вала 4 выполнен в виде зубчатого сектора с длиной дуги r-r по периферии угловых шагов оконечных зубьев, соответствующей центральному углу <180°.

Регламентность кинематического совмещения между собой отрезков зубчатых венцов 5-7 (Фиг.4б и 4д) определяется в положении одной из крайних точек выбега ползуна 3, когда конечные зубья 8 и 9 отрезка венца 5 размещены в оконечных впадинах отрезков 6 и 7 зубчатых венцов у позиционирующих зубьев 17 и 18 или 19 и 20.

Механизм для преобразования движения работает следующим образом.

В режиме, когда ведущим звеном в механизме является ползун 3 (Фиг.1), отрезки зубчатого венца 6 и 7, установленные на последнем и выполненные в виде рейки, участвуют в поступательном движении, например, в указанную стрелкой сторону А. В случае взаимодействия одного (6) из отрезков венца на ползуне 3 с отрезком зубчатого венца 5, выходной вал 4 получает вращение по направлению, указанному стрелкой В. Перед финишным взаимодействием своего конечного рабочего зуба 8 (Фиг.4а) с соответствующим позиционирующим зубом 17 отрезка венца 6 конечный рабочий зуб 9 на противоположном конце отрезка 5, ввиду наличия поверхности 14-15 (Фиг.2) усечения его тела, начинает разминовываться с соответствующим оппозитным рабочим зубом 11, аналогичным по поверхности усечения тела, при противоположном перемещении относительно отрезка зубчатого венца 7 до входа в контакт с его позиционирующим зубом 18. Одновременный контакт попарно зубьев 8 с 17 и 9 с 18 (Фиг.4б) определяют момент позиционирования (фиксации) ползуна в определенном крайнем положении его выбега в одну сторону относительно корпуса 1.

Затем зуб 9 (Фиг.4в), продолжая вращение в том же направлении по инерции с помощью маховика, настигается зубом 11 и начинает работать в режиме нормального зацепления с зубом 11 отрезка венца 7 после начала движения ползуна (не показан) в обратном направлении и, так как толкающим в паре 9, 11 является зуб 11 отрезка венца 7, выходной вал 4 продолжает вращение в том же направлении В. В то же время зуб 8 отрезка венца 5 уходит из контакта с позиционирующим зубом 17 и ввиду наличия поверхности 14-15 (Фиг.2) усечения его тела начинает разминовываться с соответствующим оппозитным зубом 10, аналогичным по поверхности усечения тела, при противоположном перемещении относительно отрезка зубчатого венца 6 (Фиг.4в) и выходит из зоны взаимодействия с последним.

Поворачиваясь далее, отрезок зубчатого венца 5 (Фиг.4г) своим оконечным зубом 8 теперь входит в финишное взаимодействие с позиционирующим зубом 19 на отрезке 7 венца, при этом оконечный зуб 9 ввиду наличия поверхности 14-15 (Фиг.2) усечения тела начинает разминовываться с соответствующим оппозитным зубом 13 (Фиг.4г), аналогичным по поверхности усечения тела, при противоположном относительном перемещении до входа в контакт с его позиционирующим зубом 20. Следующий за этим одновременный контакт зубьев 9, 20 и 8, 19 (Фиг.4д) определяют момент позиционирования (остановки) ползуна в противоположном крайнем положении его выбега в другую сторону относительно корпуса. Затем зуб 9 (Фиг.4е),), продолжая вращение в том же направлении по инерции с помощью маховика, настигается зубом 13 и начинает работать в режиме нормального зацепления после начала движения ползуна снова в направлении А и, так как толкающим в паре 9, 13 является зуб 13 отрезка венца 6, отрезок венца 5 на выходном валу 4 продолжит вращение в обычном направлении В. В то же время зуб 8 уходит из контакта с позиционирующим зубом 19 и ввиду наличия поверхности 14-15 (Фиг.2) усечения его тела начинает разминовываться с соответствующим оппозитным зубом 12 (Фиг.4е), аналогичным по поверхности усечения тела, при противоположном перемещении относительно отрезка зубчатого венца 7 и выходит из зоны взаимодействия с последним. Далее процесс поочередного взаимодействия отрезка зубчатого венца 5 с отрезками зубчатых венцов 6 и 7 ползуна 3 повторяется в описанном выше порядке.

В режиме, когда ведущим звеном в механизме является выходной вал 4 с отрезком зубчатого венца 5, поворачивающегося в указанную стрелкой сторону В, порядок взаимодействия последнего с отрезками зубчатых венцов 6 и 7 отличается лишь тем, что после фазы позиционирования в первичных взаимодействующих парах с другим составом 9, 18 (Фиг.4в) или 9, 20 (Фиг.4д) толкающим является уже зуб 9 отрезка венца 5 выходного вала 4.

Таким образом, при противоположном относительном перемещении оппозитно ориентированных отрезков венца зубья с поверхностью усечения тел расходятся без взаимного контакта их вершин, а при попутном перемещении взаимодействующих упомянутых зубьев обеспечивается нормальный режим зубчатого зацепления.

Возможности предложенного механизма в преобразовании возвратно-поступательного движения во вращательное и обратно (Фиг.4), т.е. вращательное в возвратно-поступательное, функциональными элементами одних и тех же звеньев логично совместимы с режимом работы двигателей внутреннего сгорания, когда в положении так называемых крайних точек выбега поршня (ползуна) функции ведущего звена берет на себя коленчатый вал (выходной вал) на время перемены направления движения поршня (ползуна).

Кроме того, для большей нормализации величин торцевого зазора между зубьями зон разминовки отрезок 5 (Фиг.5) венца выходного вала 4 выполнен в виде зубчатого сектора с длиной дуги r-r между его оконечными зубьями по периферийным точкам их углового шага m^a, соответствующей, как минимум, дуге центрального угла 180°, и поверхность усечения тела 14-15 (Фиг.2) может быть выполнена на паре предпоследних зубьев 10, 21 11, 22, 12, 23 13, 24 (Фиг.5) оконечностей отрезков 6, 7 зубчатого венца, взаимодействующих с отрезком 5 венца таким образом, что протяженность обрезка поверхности 16 вершины с полной высотой профиля каждого из них крайнего зуба по длине гребня меньше протяженности аналогичной поверхности соседнего зуба в паре.

Несколько одинаковых отрезков зубчатых венцов, например четыре (Фиг.6), могут быть выполнены с совмещением между собой по торцам зубьев таким образом, что поверхности 14-15 усечения их тел и обрезок поверхности 16 вершин ориентированы зеркально относительно каждой очередной плоскости n¹ -n¹, n²-n ²,... n^a-n^a совмещения отрезков в едином блоке F, а в оппозитно установленном ему подобном блоке G совмещенные на одном уровне участки 16 обрезков поверхностей вершин зубьев 8-13 расположены над соответствующими состыкованными оконечностями поверхностей 14 усечения тел зубьев.

Наклонная поверхность 15 (Фиг.1) усечения тела зуба, в свою очередь, может быть выполнена с несколькими перегибами (Фиг.7) в виде ступенчатого марша.

Каждый отрезок зубчатого венца с поверхностью усечения тела на рабочих зубьях может быть выполнен в виде пакета (Фиг.8) из отрезков венцов шириной, кратной, например, размеру шага ступенчатого марша по ширине пакета. Каждый уступ d¹, d², d ^a ступенчатого уклона зуба по поверхности усечения тела фактически является вершиной зауженного по ширине венца и урезанного, кроме начального уступа с поверхнностью 16 у одного из торцев, до определенной высоты рабочего зуба, который в режиме нормального зубчатого зацепления (взаимодействующие зубья перемещаются в одном направлении) входит укороченным участком своего рабочего контура в контакт с участком рабочего контура соответствующего уступа взаимодействующего оппозитного зуба. Таким образом, поочередное взаимодействие соответствующих оппозитных пар уступов на своем определенном участке профиля создает условие непрерывности контакта между собой каждой пары зубьев с зоной усечения профиля в зоне рабочего взаимодействия.

Каждый отрезок зубчатого венца, изображенный, например, схематично на Фиг.9 и условно в виде развернутой в плоскости зубчатой рейки, может быть выполнен в виде блока параллельно сопряженных отрезков с косыми зубьями 25, совмещенными в виде шевронных, и на отдельном отрезке с прямыми 26 зубьями выполнены только рабочие зубья с поверхностью усечения тела или позиционирующие зубья и последние. Применение комбинированного набора зубьев на отрезках венцов обеспечит более низкую динамическую нагрузку на остальные рабочие зубья вне зон разминовки.

Для повышения надежности работы основного зубчатого зацепления механизма отрезки 5-7 (Фиг.10) зубчатых венцов могут быть выполнены с размером углового шага М зуба по дуге делительной окружности, соответствующего трем стандартным угловым шагам m, с профилем рабочих поверхностей зуба соответствующего стандартного шага m.

В плоскости перемещения отрезков 6 и 7 (Фиг.11) зубчатого венца ползуна 3 и симметрично продольной оси последнего на его периферийных поверхностях может быть установлено по опорной траверсе 27 и 28, совмещенной по длине с дополнительным зубчатым венцом в виде зубчатой рейкой 29, 30 и взаимодействующей с двумя опорными поворотными на осях роликами 31 и 32, каждый из которых совмещен в виде блока с шестерней 33 и образующей поверхностью вращения совпадающий с делительным диаметром последней. Дополнительные направляющие катящиеся опоры 31 и 32 обеспечивают снижение притирающих нагрузок между направляющими поверхностями корпуса 1 и ползуна 3 от реакций взаимодействия зубчатых передач на последний.

Наконец, кроме зубчатого зацепления может быть применено, например, цевочное зацепление.

По второму варианту. Механизм для преобразования движения содержит корпус 1 (Фиг.12) с направляющими 2, установленный в них ползун 3, кинематически соединенный с выходным валом 4, в ряду с другими звеньями, посредством трех отрезков зубчатого венца 5-7. Кроме того, выходной вал 4 совмещен с маховиком (не показан) для оптимизации работы механизма, особенно в положениях точек крайнего выбега ползуна 3. На окружности выходного вала 4 выполнен отрезок 5 зубчатого венца с возможностью поочередного взаимодействия с остальными двумя 6 и 7 отрезками венца, каждый из которых размещен на отдельном вспомогательном валу 34, 35, и с оппозитно ориентированными зубьями. Конечные рабочие зубья 8-13 краев отрезков 5-7 венца выполнены с поверхностью усечения тела 14-15 с одним перегибом а-а, наклонно ориентированной под углом около 30° (Фиг.13) одной оконечностью 15 к поверхности 16 вершины рабочего зуба полного профиля и противоположной оконечностью 14 перпендикулярно к одному из торцов. Поверхность усечения 14-15 тела зуба, вместе с обрезком поверхности 16 вершины, в виде гребня зуба, на оппозитно установленных отрезках 5 и 6 или 5 и 7 венца ориентирована таким образом, что при их противоположном относительном перемещении соответствующие пары рабочих зубьев 8, 10; 8, 12; 9, 11; 9, 13 по поверхностям усечения тел 14-15 и обрезку поверхности 16 вершины зуба ориентированы таким образом, что совместимы с незначительным зазором.

Позиционирующие зубья 17-20 (Фиг.12), расположенные после конечных рабочих зубьев 8-13 у самых обрезов отрезков венцов 6 и 7 и с рабочими полуконтурами с-с, выполняют функцию стопоров, т.к. их периферийные полуконтуры c-d не участвуют во взаимодействии с зубьями отрезка венца 5 выходного вала 4. Число зубьев отрезка венца 5 соответствует числу впадин между позиционирующими зубьями 17 и 20, 18 и 19 на остальных отрезках 6 и 7 венца. Каждый из вспомогательных валов 34, 35, в свою очередь, кинематически непосредственно связан с ползуном 3 посредством находящейся в постоянном взаимодействии шестерни 36 и соответствующего дополнительного отрезка венца, выполненного в виде зубчатой рейки 37. Отрезок 5 (Фиг.14) венца выходного вала 4 выполнен в виде зубчатого сектора с длиной дуги r-r по периферии угловых шагов оконечных зубьев, соответствующей центральному углу <180°.

Регламентность кинематического совмещения между собой отрезков зубчатых венцов 5-7 определяется в положении одной из крайних точек выбега ползуна 3, когда конечные зубья 8 и 9 (Фиг.15б и 16б) отрезка венца 5 размещены в оконечных впадинах отрезков 6 и 7 зубчатых венцов у позиционирующих зубьев 17 и 18 или 19 и 20.

Механизм для преобразования движения работает следующим образом.

В режиме, когда ведущим звеном в механизме является ползун 3 (Фиг.12), зубчатые рейки 37, установленные на последнем, участвуют в поступательном движении, например, в указанную стрелкой сторону А, и через соответствующие шестерни 36, соответственно установленные на вспомогательных валах 34 и 35, отрезки зубчатых венцов 6, 7 начинают поворот в противоположных направлениях С и С°. В случае взаимодействия одного (6) из отрезков венца (6, 7) с отрезком зубчатого венца 5 выходной вал 4 начинает вращение по направлению, указанному стрелкой В, и перед финишным взаимодействием своего конечного рабочего зуба 8 (Фиг.15а) с соответствующим позиционирующим зубом 17, конечный рабочий зуб 9 на противоположном конце отрезка 5 ввиду наличия поверхности 14-15 (Фиг.12) усечения его тела начинает разминовывается с соответствующим оппозитным рабочим зубом 11 (Фиг.15а), аналогичным по поверхности усечения тела, при противоположном перемещении относительно отрезка зубчатого венца 7 до входа в контакт с его позиционирующим зубом 18. Одновременный контакт попарно зубьев 8 с зубом 17 и 9 с зубом 18 (Фиг.15б) определяют момент позиционирования (остановки) ползуна в определенном крайнем положении его выбега в одну сторону относительно корпуса.

Затем зуб 9 (Фиг.15в), продолжая вращение в том же направлении по инерции с помощью маховика, настигается зубом 11 и начинает работать в режиме нормального зацепления с зубом 11 отрезка венца 7 после начала движения ползуна (не показан) в обратном направлении и, так как толкающим в паре 9, 11 является зуб 11 отрезка венца 7, выходной вал 4 продолжает вращение в том же направлении В. В то же время зуб 8 отрезка венца 5 уходит из контакта с позиционирующим зубом 17 и ввиду наличия поверхности 14-15 (Фиг.12) усечения его тела начинает разминовываться с соответствующим оппозитным рабочим зубом 10, аналогичным по поверхности усечения тела, при противоположном перемещении относительно отрезка зубчатого венца 6 (Фиг.14в) и выходит из зоны взаимодействия с последним.

Поворачиваясь далее, отрезок зубчатого венца 5 (Фиг.16а) своим оконечным рабочим зубом 8 теперь входит в финишное взаимодействие с позиционирующим зубом 19 на отрезке 7 венца, при этом оконечный зуб 9 ввиду наличия поверхности 14-15 усечения тела начинает разминовываться с соответствующим оппозитным рабочим зубом 13, аналогичным по поверхности усечения тела, при противоположном относительном перемещении до входа в контакт с его позиционирующим зубом 20. Следующий за этим одновременный контакт зубьев 9, 20 и 8, 19 (Фиг.16б) определяют момент позиционирования (остановки) ползуна в противоположном крайнем положении его выбега в другую сторону относительно корпуса. Затем зуб 9 (Фиг.16в), продолжая вращение в том же направлении по инерции с помощью маховика, настигается зубом 13 и начинает работать с ним в режиме нормального зацепления после начала движения ползуна (условно не показан) в обратном направлении и, так как толкающим в паре 9, 13 является рабочий зуб 13 отрезка венца 6, отрезок венца 5 на выходном валу 4 продолжит вращение в обычном направлении В. В то же время рабочий зуб 8 уходит из контакта с позиционирующим зубом 19 и ввиду наличия поверхности 14-15 усечения его тела начинает разминовываться с соответствующим оппозитным рабочим зубом 12, аналогичным по поверхности усечения тела, при противоположном перемещении относительно отрезка зубчатого венца 7 и выходит из зоны взаимодействия с последним. Далее процесс поочередного взаимодействия отрезка зубчатого венца 5 с отрезками зубчатых венцов 6 и 7 ползуна 3 повторяется в описанном выше порядке.

В режиме, когда ведущим звеном в механизме является выходной вал 4 с отрезком зубчатого венца 5, поворачивающегося в указанную стрелкой сторону В, порядок взаимодействия последнего с отрезками зубчатых венцов 6 и 7 отличается лишь тем, что после фазы позиционирования в первичных взаимодействующих парах с другим составом 9, 18 (Фиг.15б) или 9, 20 (Фиг.16б) толкающим является уже зуб 9 отрезка венца 5 выходного вала 4.

Таким образом, при противоположном относительном перемещении оппозитно ориентированных отрезков венца зубья с поверхностью усечения тел расходятся без взаимного контакта их вершин, а при попутном перемещении взаимодействующих упомянутых зубьев обеспечивается нормальный режим зубчатого зацепления.

Возможности предложенного механизма в преобразовании возвратно-поступательного движения во вращательное и обратно (Фиг.15-16), т.е. вращательное в возвратно-поступательное, функциональными элементами одних и тех же звеньев логично совместимы с режимом работы двигателей внутреннего сгорания, когда в положении так называемых крайних точек выбега поршня (ползуна) функции ведущего звена берет на себя коленчатый вал (выходной вал) на время перемены направления движения поршня (ползуна).

Кроме того, для большей нормализации величин торцевого зазора между зубьями зон разминовки отрезок 5 (Фиг.17) венца выходного вала 4 выполнен в виде зубчатого сектора с длиной дуги r-r между его оконечными зубьями по периферийным точкам их углового шага m, соответствующей, как минимум, дуге центрального угла 180°.

Несколько одинаковых отрезков зубчатых венцов, например четыре (Фиг.6), могут быть выполнены с совмещением между собой по торцам зубьев таким образом, что поверхности 14-15 усечения их тел и поверхности 16 обрезков вершин ориентированы зеркально относительно каждой очередной плоскости n¹-n¹, n ²-n²,... n^a -n^a совмещения отрезков в едином блоке F, а в оппозитно установленном ему подобном блоке G совмещенные на одном уровне участки 16 обрезков поверхностей вершин рабочих зубьев 8-13 расположены над соответствующими состыкованными оконечностями 14 поверхностей усечения, ориентированными перпендикулярно торцам совмещенных рабочих зубьев.

Наклонная поверхность 15 (Фиг.13) усечения тела зуба может быть выполнена с несколькими перегибами (Фиг.18) в виде ступенчатого марша.

Каждый отрезок зубчатого венца с поверхностью усечения тела на рабочих зубьях может быть выполнен в виде пакета (Фиг.19) из отрезков венцов шириной, кратной, например, размеру шага ступенчатого марша по ширине пакета. Каждый уступ d¹, d², d ^a ступенчатого уклона зуба по поверхности усечения тела фактически является вершиной зауженного по ширине венца и урезанного, кроме начального уступа 16 у одного из торцов, до определенной высоты рабочего зуба, который в режиме нормального зубчатого зацепления (взаимодействующие зубья перемещаются в одном направлении) входит укороченным участком своего рабочего контура в контакт с участком рабочего контура соответствующего уступа взаимодействующего оппозитного зуба. Таким образом, поочередное взаимодействие соответствующих оппозитных пар уступов на своем определенном участке профиля создает условие непрерывности контакта между собой каждой пары зубьев с зоной усечения профиля в зоне рабочего взаимодействия.

Каждый отрезок зубчатого венца, изображенный, например, схематично на Фиг.9 и условно в виде развернутой в плоскости зубчатой рейки, может быть выполнен в виде блока параллельно сопряженных отрезков с косыми зубьями 25, совмещенными в виде шевронных, и на отдельном отрезке с прямыми 26 зубьями выполнены только рабочие зубья с поверхностью усечения тела или позиционирующие зубья и последние. Применение комбинированного набора зубьев на отрезках венцов обеспечит более низкую динамическую нагрузку на остальные рабочие зубья вне зон разминовки.

Для повышения надежности работы основного зубчатого зацепления механизма отрезки 5-7 (Фиг.20) зубчатых венцов могут быть выполнены с размером углового шага М зуба по дуге делительной окружности, соответствующего трем стандартным угловым шагам m, с профилем рабочих поверхностей зуба соответствующего стандартного шага m.

Каждая зубчатая рейка 37 (Фиг.21) ползуна 3 по длине может быть совмещена с отдельной опорной траверсой 27, 28 взаимодействующей одновременно с двумя опорными поворотными роликами 31, 32, каждый из которых совмещен в виде блока с шестерней 36, 38 и образующей поверхностью вращения совпадающий с делительным диаметром последних, одна 36 из которых со стороны каждой траверсы 27, 28 установлена на соответствующем вспомогательном валу 34, 35. Дополнительные направляющие катящиеся опоры 31 и 32 обеспечивают снижение притирающих нагрузок между направляющими поверхностями корпуса 1 и ползуна 3 от реакций взаимодействия зубчатых передач на последний.

Наконец, кроме зубчатого зацепления может быть применено, например, цевочное зацепление.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в снижении уровня его вибраций и устранении основных предпосылок заклинивания механизма.

Использование предполагаемого изобретения обеспечивает высокую надежность преобразования движения, поскольку зубья разминовки выполнены с комбинированной поверхностью усечения тела, что практически исключает контакт вершин оппозитных зубьев при противоположном относительном перемещении в зоне разминовки без использования дополнительного привода фиксации ползуна, и обеспечивают нормализацию режима зубчатого зацепления при попутном перемещении взаимодействующих между собой зубьев разминовки и примыкающих к ним соседних зубьев на оппозитно ориентированных отрезках венцов.