Важільно-кулачкова передача

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к устройствам для преобразования вращательного движения входного звена во вращательное движение выходного звена с заданным передаточным отношением. Известен кулачковый преобразователь вращения [1], включающий корпус, в котором соосно установлен вал с эксцентриком и кулачок, связанные между собой промежуточными звеньями. Известен преобразователь вращения [2], содержащий корпус, в котором соосно установлены вал с эксцентриком, вал с кривошипом и кулачок, связанные между собой промежуточными звеньями. Одно из звеньев выполнено в виде шатуна, установленного на эксцентрике. Второе звено соединено с кривошипом и контактирует с кулачком. Недостатком конструкций известных решений является то, что для преобразования вращательного движения в них использованы пары трения-скольжения: ползун - направляющая кривошипа, что значительно повышает коэффициент трения и, как следствие, снижает КПД механизма. Наличие пар трения приводит также к быстрому износу рабочих поверхностей пар и их выходу из строя. Кроме того, даже при небольшом износе поступательной пары возможно заклинивание механизма. В известном устройстве ролик, взаимодействующий с пазом кулачка, ограничен двумя рабочими профилями паза. При перекатывании ролик контактирует с одним из рабочих профилей паза. При изменении направления вращения или нагрузки возможен удар, приводящий к разрушению механизма. При этом в случае контакта ролика с рабочим профилем паза, выполненным на меньшем расстоянии от оси кулачка, повышаются контактные напряжения в паре кулачок - ролик, что приводит к усталостному выкрашиванию поверхности кулачка. Все это приводит к снижению долговечности и надежности преобразователя, В основу изобретения поставлена задача создать такую рычажно-кулачковую передачу, в которой новое выполнение кулачка и промежуточных звеньев позволило бы снизить коэффициент трения в кинематических парах, повысить КПД механизма, предотвратить заклинивание и минимизировать контактные напряжения в паре кулачок-ролик и за счет этого повысить работоспособность передачи. Поставленная задача решается тем, что в рычажно-кулачковой передаче, содержащей корпус, в котором соосно установлены вал с эксцентриком, вал с кривошипом и кулачок, связанные между собой промежуточными звеньями, одно из которых выполнено в виде установленного на эксцентрике шатуна, а второе звено соединено с кривошипом и контактирует с кулачком, согласно изобретению, кулачок выполнен дисковым с внутренним рабочим профилем, а второе промежуточное звено выполнено в виде шатуна. Кривошип выполнен в виде двух параллельно закрепленных дисков. Второе промежуточное звено установлено на оси между дисками кривошипа и контактирует с кулачком через ролик. Кулачок снабжен валом. Преимущества заявляемой рычажно-кулачковой передачи заключаются в следующем. Благодаря выполнению промежуточных звеньев, соединяющих все звенья передачи, в виде двух шатунов, снижается коэффициент трения и, следовательно, повышается КПД механизма. Это объясняется тем, что соединение шатунов представляет собой вращательную пару, а трение качения значительно меньше трения скольжения. Кроме того, использование в передаче пар качения предотвращает заклинивание механизма и снижает его износ. Выполнение же кулачка дисковым с рабочим профилем, охватывающим ролик, положительно влияет на приведенный радиус кривизны, что позволяет снизить контактные напряжения в паре кулачок-ролик и предотвратить усталостное выкрашивание рабочей поверхности кулачка. Кроме того, благодаря парам качения, передача бесшумна, что является положительным фактором с точки зрения эргономики. На фиг. 1 изображен общий вид передачи, разрез по оси валов (оси шатунов развернуты в одну линию); на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - кинематическая схема передачи с заданным передаточным отношением и четырьмя парами шатунов; на фиг. 4 - график зависимости КПД передачи при n= const; на фиг. 5 - график зависимости КПД передачи при Τ = const. Рычажно-кулачковая передача состоит из корпуса 1, в котором соосно установлены вал 2 с эксцентриком 3, вал 4 с кривошипом 5, выполненным в виде двух параллельно закрепленных дисков, и кулачок 6, связанные между собой промежуточными звеньями. Промежуточные звенья представляют собой пару шатунов 7, 8. Шатун 7 размещен на эксцентрике 3 вала 2, а шатун 8 - между дисками кривошипа 5 на оси 9. Между собой шатуны 7, 8 соединены осью 10. На оси 10 установлен ролик 11, посредством которого шатун 8 контактирует с кулачком 6, выполненным в виде диска 12 с внутренним рабочим профилем 13. Диск 12 закреплен в обойме 14. Для расширения функциональных возможностей передачи, в частности, возможности использования кулачка 6 как выходного звена, обойма 14 выполнена с валом 15. Для обеспечения полного качания шатунов 8, один из дисков кривошипа 5 выполнен с прорезями 16 по дугам окружностей. Передача работает следующим образом. При вращении, например, вала 2 с эксцентриком 3 при неподвижном кулачке 6 движение передается кривошипу 5 и валу 4 через шатуна 7, 8, которые совершают относительное движение при контакте роликов 10 с кулачком 6, профиль диска 12 которого обеспечивает различные передаточные отношения между эксцентриком 3 и кривошипом 5. В рычажно-кулачковой передаче как входным, так и выходным звеньями может быть любой из валов 2, 4, 14. Пример 1. При неподвижном кулачке 6 с валом 15 от ведущего вала 2 с эксцентриком 3 через шатуны 7 и 8 движение передается кривошипу 5 с валом 4 Передаточное отношение при этом где L - целое число циклов движения шатуна 8 за кинематический цикл механизма. В данном примере L =5 (см. профиль кулачка на фиг. 3). Пример 2. При неподвижном вале 4 с кривошипом 5 от ведущего вала 2 с эксцентриком 3 через шатуны 7 и 8 передается вращение кулачку 6 с валом 15. Передаточное отношение при этом Пример 3. При неподвижном вале 2 с эксцентриком 3 от вала 15 кулачка 6 через шатуны 7 и 8 вращательное движение передается кривошипу 5 с валом 4. Передаточное отношение при этом Пример 4. При кинематически соединенных валах 2, 15 и 3 передаточное отношение U2-15-4 = 1. На основании теоретических и экспериментальных данных построены графики зависимости КПД передачи при n = const = 2000 об/мин и Τ = const = 50 Нм (фиг 4, 5) для указанных выше передаточных отношений: Как видно из графиков, КПД заявляемой передачи составляет n=0,83-0,99. Кроме того, передача обеспечивает дифференциальный принцип работы.