SU1726874A1 - Converting gear mechanism - Google Patents

Abstract

Изобретение м.б. использовано в машиностроении . Цель -расширение функциональных возможностей. Преобразующий зубчатый механизм содержит корпус 3, две планетарные ступени 1 и 2. Кажда  ступень имеет центральные колеса б и 7, входное и выходное водила 4 и 5 с сателлитами 8 и 9, кинематически соединенными между собой по начальным окружност м. Отношение чисел зубьев центральных колес и сателлитов равно двум. Сателлиты могут быть соединены кинематической св зью в виде вращательной пары, сферической пары или двух подвижных звеньев и трех вращательных кинематических пар. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.Invention m. used in engineering. The goal is increased functionality. The transforming gear mechanism comprises a housing 3, two planetary stages 1 and 2. Each stage has central wheels b and 7, input and output carrier 4 and 5 with satellites 8 and 9, kinematically interconnected along initial circumferences. Ratio of teeth numbers of central wheels and satellites is two. Satellites can be connected by a kinematic coupling in the form of a rotational pair, a spherical pair or two moving links and three rotational kinematic pairs. 3 hp f-ly, 2 ill.

Description

Изобретение относитс  к устройствам, предназначенным дл  преобразовани  вращательного движени  входного звена в возвратно-вращательное выходного и может быть использовано преимущественно в машиностроении , а также в станкостроении, транспортирующих машинах и т.п.The invention relates to devices intended to convert the rotational movement of the input element into a reciprocating rotational output and can be used mainly in mechanical engineering, as well as in machine-tool construction, transporting machines, etc.

Известны рычажные, кулисные или кулачковые механизмы, состо щие из кинематически св занных звеньев: ползуна, рычага, коромысла, шатуна, кулиеы, кулачка , зубчатого колеса и стойки. С помощью этих механизмов можно преобразовывать вращательное движение в возвратно-вращательное , но эти механизмы имеют р д недостатков - большие габариты и инерционные нагрузки, малый угол размаха коромысла , а также не обеспечивают изменение положени  оси вращени  выходного звена на заданный угол,Lever, rocker or cam mechanisms are known, which consist of kinematically connected links: a ram, a lever, a rocker arm, a connecting rod, wings, a cam, a gear wheel and a rack. Using these mechanisms, it is possible to convert rotational motion into reciprocating, but these mechanisms have a number of disadvantages — large dimensions and inertial loads, small angle of swing of the rocker arm, and also do not provide for changing the position of the rotation axis of the output link by a given angle,

Известно также устройство дл  перемещени  исполнительного органа, содержащее корпус с размещенными в нем двум  планетарными механизмами, каждый из которых имеет водило, солнечное колесо, сателлит и паразитное колесо, расположенное между последними на оси водила. Водило второго планетарного механизма жестко соединено с сателлитом первого, а солнечное колесо первого планетарного механизма заторможено. Водила обоих планетарных механизмов выполнены одинаковой длины. При вращении первого водила второй сателлит совершает пр молинейное перемещение по диаметральной линии, проход щей через ось вращени  первого водила.It is also known a device for moving an actuator comprising a housing with two planetary mechanisms located therein, each of which has a carrier, a solar wheel, a satellite and a parasitic wheel located between the latter on the axis of the carrier. The carrier of the second planetary mechanism was rigidly connected to the satellite of the first, and the sun wheel of the first planetary mechanism was inhibited. Drove both planetary mechanisms are made of the same length. When the first carrier rotates, the second satellite performs a rectilinear movement along the diametral line passing through the axis of rotation of the first carrier.

Недостатками этого механизма  вл ютс  большие габариты., ограниченный ход ис- полнительного органа, невозможность возвратно-вращательного движени  выходного звена.The disadvantages of this mechanism are the large size., The limited course of the executive body, the impossibility of reciprocating the rotational movement of the output link.

Известна зубчата  передача, содержаща  корпус, размещенные в нем две ступени планетарных механизмов, кажда  из которых включает ведущий вал с кривошипом , установленное на нем зубчатое колесо с внутренними зубь ми и сателлит с наружными зубь ми.A gear is known, comprising a housing, two stages of planetary mechanisms accommodated therein, each of which includes a drive shaft with a crank, a gear mounted on it with internal teeth and a satellite with external teeth.

Зубчатое колесо установлено в этой передаче на кривошипе эксцентрично и ось колеса с внутренними зубь ми также эксцентрична относительно оси ведущего вала, а эксцентриситеты обоих зубчатых колес равны по величине и однонаправлены. Ведущие валы соседних ступеней соединены между собой, кривошипы расположены диаметрально противоположно, а зубчатые колеса с внутренними зубь ми соединеныThe gear is installed in this gear on an eccentric crank and the axis of the wheel with internal teeth is also eccentric relative to the axis of the drive shaft, and the eccentricities of both gears are equal in magnitude and unidirectional. The drive shafts of adjacent steps are interconnected, the cranks are diametrically opposed, and the gears with internal teeth are connected

между собой и имеют одинаковые числа - зубьев.between themselves and have the same numbers - the teeth.

При вращении ведущего вала первой ступени первый сателлит совершает круговое поступательное движение совместно с кривошипом и приводит во вращение ведомое колесо с внутренними зубь ми, За один оборот ведущего вала ведомое колесо поворачиваетс  на угол, определ емый отношением числа зубьев ведомого колеса и сателлита. Втора  ступень в этой передаче работает аналогично.When the first stage drive shaft rotates, the first satellite makes a circular translational motion together with the crank and rotates the driven wheel with internal teeth. During one rotation of the driving shaft, the driven wheel rotates through an angle determined by the ratio of the number of teeth of the driven wheel and the satellite. The second stage in this program works in the same way.

Недостатком этой зубчатой передачи  вл етс  невозможность в.процессе наладки или работы механизма измен ть взаимное расположение осей входного иThe disadvantage of this gearing is the impossibility in the process of adjusting or operating the mechanism to change the mutual arrangement of the axes of the input and

выходного звеньев в пространстве и поворачивать выходное звено за один оборот входного на любой заданный угол, что ограничивает его функциональные возможности , в частности этот механизм неприменим дл  получени  возвратно-вращательного движени  выходного звена.output links in space and rotate the output link for one revolution of the input at any given angle, which limits its functionality, in particular, this mechanism is not applicable to obtain a reciprocating rotational motion of the output link.

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей передачи .The aim of the invention is to enhance the transmission functionality.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в преобразующем зубчатом механизме, содержащем корпус, размещенные в нем двеThis goal is achieved by the fact that in a transforming gear mechanism comprising a housing, two

планетарные ступени, кажда  из которых имеет неподвижные центральные колеса с внутренними зубь ми, входное и выходное водила с сателлитами, сателлиты по началь- ным окружност м кинематически соединены между собой, а отношение чисел зубьев .центральных колес и сателлитов равно двум.the planetary stages, each of which has fixed central wheels with internal teeth, an input and output carrier with satellites, satellites on the initial circumferences are kinematically connected to each other, and the ratio of the number of teeth of the central wheels and satellites is two.

Возможно вместо вращательной кинематической пары примен ть сферическуюIt is possible to use a spherical instead of a rotational kinematic pair.

пару, элементы которой закреплены на начальных окружност х сателлитов. В предла- гаемом преобразующем механизме сателлиты могут быть соединены кинематической цепью из двух подвижных звеньев иa pair whose elements are attached to the initial circles of the satellites. In the proposed transforming mechanism, the satellites can be connected by a kinematic chain of two moving links and

трех кинематических пар.three kinematic pairs.

При соединении сателлитов одной вращательной парой обеспечиваетс  возможность преобразовани  вращательногоWhen the satellites are connected by one rotational pair, it is possible to transform the rotational

движени  входного звена в возвратно-вращательное выходного с регулируемым углом размаха. Соединив выходное звено с известными устройствами регулировки угловой скорости (вариатор, коробка передач ), можно получить механизм, в котором за один оборот входного звена выходное будет совершать несколько оборотов в одном направлении, а затем столько же оборотов в обратном и потому механизм может найти применение в различных техническихmovement of the input link in the reciprocating rotational output with an adjustable angle of scope. By connecting the output link with known devices for adjusting the angular velocity (variator, gearbox), you can get a mechanism in which the output link will make several turns in one direction during one revolution of the input link, and then the same number of turns in the opposite direction and therefore the mechanism can be applied in various technical

устройствах от инвалидных кол сок до прессов.devices from wheelchair juice to presses.

При соединении сателлитов сферической парой гарантируетс  поворот оси входного и выходного звеньев вокруг оси X в пределах угла, допускаемого сферическим соединением.When the satellites are connected by a spherical pair, the axis of the input and output links around the X axis is guaranteed to rotate within the angle allowed by the spherical connection.

На фиг.1 схематически показан внешний вид механизма; на фиг.2 - вариант выполнени  механизма с сателлитами, соединенными кинематической цепью.Figure 1 schematically shows the appearance of the mechanism; 2 shows an embodiment of the mechanism with satellites connected by a kinematic chain.

Преобразующий зубчатый механизм содержит две входную и выходную планетарные ступени 1 и 2, размещенные в корпусе 3. Кажда  имеет водила 4 и 5, невращающи- ес  центральные зубчатые колеса 6 и 7 с внутренними зубь  ми (зубчатое колесо 7  вл етс  пассивным звеном, используемым дл  получени  лучших условий передачи сил) и зацепл ющиес  с ними сателлиты 8 и 9.The transforming gearing mechanism comprises two inlet and outlet planetary stages 1 and 2 located in housing 3. Each has a carrier 4 and 5 which do not rotate the central gear wheels 6 and 7 with internal teeth (the gear wheel 7 is a passive link used for obtaining better conditions for the transfer of forces) and satellites 8 and 9 that are linked with them.

Сателлиты по начальным окружност м кинематически соединены между собой по меньшей мере одной вращательной парой, а отношение чисел зубьев центральных ко- лес и сателлитов равно двум. При этом обеспечиваетс  возможность преобразовывать вращательное движение входного звена в возвратно-вращательное движение выходного с регулируемым углом размаха и изме- нение в процессе наладки или работы механизма взаимного расположени  входного и выходного звеньев по оси X, отпадают требовани  к соосности входного и выходного звеньев, которые в этом случае могут соедин тьс  с другими элементами приводов жесткими муфтами, и снижаютс  требовани  к точности обработки рамы, на которой креп т элементы привода, удешевл етс  их изготовление. В предлагаемом зубчатом механизме сателлиты могут быть св заны сферической парой 10. котора  представл ет собой, например, сферический шарнир, элементы которого закреплены на начальных окружност х сателлитов 8 и 9. При таком выполнении механизма по вл етс  возможность поворачивать оси входного и выходного звеньев вокруг оси X в пределах угла, допускаемого сферическим соединением.The satellites in the initial circles are kinematically interconnected by at least one rotational pair, and the ratio of the numbers of teeth of the central wheels and the satellites is two. In this case, it is possible to transform the rotational motion of the input link into the reciprocating rotational motion of the output with an adjustable angle of magnitude and change in the process of setting up or operating the mechanism of relative positioning of the input and output links along the X axis, eliminating the requirements for alignment of the input and output links, which are In this case, rigid couplings can be connected with other drive elements, and the machining accuracy of the frame on which the drive elements are fixed decreases, making them less expensive Lenie. In the proposed gear mechanism, the satellites can be connected by a spherical pair 10. Which is, for example, a spherical hinge, the elements of which are fixed on the initial circumferences of the satellites 8 and 9. With this mechanism, it is possible to turn the axes of the input and output links around X axis within the angle allowed by the spherical joint.

Кроме того, в механизме сателлиты можно соединить кинематической св зью, включающей подвижное звено 11, три вращательные кинематические пары 12, 13, 14 и подвижное звено 15. Это позволит оси входного и выходного звеньев поворачивать вокруг оси X на любой угол. Измен   длину звеньев 11 или 15, соедин ющих сателлиты , можно передавать движение наIn addition, in the mechanism of the satellites, it is possible to connect a kinematic link, including a movable link 11, three rotational kinematic pairs 12, 13, 14 and a movable link 15. This will allow the axis of the input and output links to rotate around the X axis at any angle. By changing the length of the links 11 or 15 connecting the satellites, you can transmit motion to

любое практически необходимое рассто ние .any practically required distance.

Числа зубьев колес в предложенном механизме выбираютс  с соблюдением требований , предъ вл емых при проектировании сателлитных механизмов, но с об зательным выполнением дополнительных условий: , где Z - число зубьев соответствующего зубчатого колеса или сателлита .The number of teeth of the wheels in the proposed mechanism is chosen in compliance with the requirements for the design of satellite mechanisms, but with the obligatory fulfillment of additional conditions:, where Z is the number of teeth of the corresponding gear or satellite.

Угловые скорости водил 4 и 5 при этом получают значени , которые св заны зависимостью:The angular velocities of the carrier 4 and 5 at the same time get the values that are related by the dependence:

0)5 ЙМ0) 5 YM

Гуу8 31ПО4 rwg Sin «5 Guu8 31PO4 rwg Sin "5

где со - углова  скорость звена;where with - the angular velocity of the link;

а - угол поворота соответствующего водила от начального положени ;a is the angle of rotation of the respective carrier from the initial position;

rw - радиус начальной окружности соответствующего сателлита.rw is the radius of the initial circle of the corresponding satellite.

Очевидно, что при rwe rwg; (аа, - , т.е. водило 5 будет совершать полный оборот за один оборот водила 4. Оси входной и выходной ступени 1 и 2 размещены с эксцентриситетом АХ ±2(rwg- TWB). где АХ - рассто ние между ос ми водил 4 и 5 по оси X; rw - радиус начальной окружности соответствующего сателлита.Obviously, with rwe rwg; (aa, -, i.e. carrier 5 will complete a full revolution in one revolution of carrier 4. Axes of input and output stages 1 and 2 are placed with eccentricity AH ± 2 (rwg-TWB). where AH is the distance between the axes 4 and 5 along the X axis; rw is the radius of the initial circle of the corresponding satellite.

Преобразующий зубчатый механизм работает следующим образом.Converting gear mechanism works as follows.

При вращении водила 4 движение передаетс  на сателлит 8, у которого точки, расположенные на его начальной окружности, будут двигатьс  по пр мым, проход щим через геометрический центр центрального колеса 6. Так как сателлиты соединены в точках, лежащих на их начальных окружност х, то при пр молинейном возвратно-поступательном перемещении сферической пары 10 по оси X это движение преобразуетс  в планетарной передаче в сложное вращательное движение сателлита 9 и возвратно-вращательное водила 5,When the carrier 4 rotates, the movement is transmitted to the satellite 8, in which the points located on its initial circle will move along the direct, passing through the geometric center of the central wheel 6. Since the satellites are connected at the points lying on their initial circles, in the case of a straight-line reciprocating movement of the spherical pair 10 along the x-axis, this movement is converted into a planetary gear into a complex rotational motion of the satellite 9 and the reciprocating rotary carrier 5,

Числа зубьев колес, выбраны из услови  и , где Z - число зубьев соответствующего зубчатого колеса или сателлита, что позвол ет обеспечить преобразование вращательного движени  входной ступени в возвратно-вращательное выходной,The numbers of teeth of the wheels are chosen from the condition and, where Z is the number of teeth of the corresponding gear or satellite, which allows the rotational movement of the input stage to be converted into a reciprocating-rotational output,

Предлагаемое соединение колес обеспечивает максимальный угол размаха водила 5, который определ етс  соотношениемThe proposed connection of the wheels provides the maximum swing span 5, which is determined by the ratio

2г«8+ДХ.2g “8 + DH.

а-л-arccQSa-l-arccQS

2 rwg2 rwg

- arccos- arccos

2 rwe-AX 2 rwg2 rwe-AX 2 rwg

где rw - радиус начальной окружности соответствующего сателлита;where rw is the radius of the initial circle of the corresponding satellite;

а - угол размаха водила 5;and - the angle of swing drove 5;

АХ - рассто ние между ос ми водил 4 и 5 по оси X.AH is the distance between the axis 4 and 5 along the X axis.

Из приведенных формул видно, что угол размаха водила 5 можно не только задавать в стадии проектировани , выбира  rwg и rwg, но и измен ть в процессе эксплуатации механизма , варьиру  значени ми ЛХ в заданных пределах. Очевидно, что при этом будет мен тьс  и закон изменени  угловых скоростей водила.It can be seen from the above formulas that the swing angle of the carrier 5 can not only be set at the design stage, choose rwg and rwg, but also change during the operation of the mechanism by varying the values of HL within the specified limits. Obviously, in this case, the law of variation of the angular velocities of the carrier will also change.

Кроме того, в пределах, допускаемых сферической парой 10, в процессе наладки или даже во врем  работы планетарные ступени 1 и 2 могут быть повернуты относительно друг друга вокруг оси X.In addition, within the limits allowed by the spherical pair 10, in the process of adjustment or even during operation, the planetary stages 1 and 2 can be rotated relative to each other around the X axis.

Предлагаемый малогабаритный преобразующий механизм обеспечит при его применении в приводах, например- строгальных станков, механических прессов, качающихс  конвейеров увеличение КПД с 16 до 94%; уменьшение габаритов приводов; уменьшение металлоемкости конструкций; снижение энергетических затрат в 5-6 раз, а также требований к точности изготовлени  элементов приводов; уменьшение затрат на изготовление, монтаж и наладку;The proposed small-sized conversion mechanism, when used in drives, such as planing machines, mechanical presses, swing conveyors, will increase the efficiency from 16 to 94%; drive size reduction; reduction of metal structures; reduction of energy costs by 5-6 times, as well as accuracy requirements for the manufacture of drive components; reducing the cost of manufacturing, installation and commissioning;

уменьшение инерционных нагрузок в приводах , повышение долговечности и надежности их работы, увеличение межремонтных сроков, повышение производительности машин в среднем в 4 раза.reduction of inertial loads in the drives, increasing the durability and reliability of their work, increasing the time between repairs, increasing the productivity of machines by an average of 4 times.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и  FORUMAWLAH AND ISLANDS

Claims (4)

1.Преобразующий зубчатый механизм, содержащий корпус, размещенные в нем две планетарные ступени, кажда  из которых имеет неподвижные центральные колеса с внутренними зубь ми, входное и выходное водила с сателлитами, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей, сателлиты1. A transforming gearing mechanism comprising a housing, two planetary stages housed therein, each of which has stationary central wheels with internal teeth, an inlet and an output carrier with satellites, characterized in that, in order to expand the functionality, the satellites по начальным окружност м кинематически соединены между собой, а отношение чисел зубьев центральных колес и сателлитов равно двум.the initial circles are kinematically interconnected, and the ratio of the numbers of teeth of the central wheels and satellites is two. 2.Механизм по п. 1 /отличающий-. с   тем, что кинематическа  св зь представл ет собой по меньшей мере одну вращательную кинематическую пару.2. The mechanism according to claim 1 / distinguishing -. because the kinematic connection is at least one rotational kinematic pair. 3.Механизм по п.2, отличающийс  тем, что вращательна  кинематическа 3. The mechanism according to claim 2, characterized in that the rotational kinematic пара выполнена сферической.the pair is spherical. 4.Механизм по п.1, о т л и ч а ю щ и и - с   тем, что кинематическа  св зь выполнена из двух подвижных звеньев и трех кинематических пар.4. The mechanism according to claim 1, wherein the kinematic connection is made of two moving links and three kinematic pairs.