Важільно-кулачковий механізм-редуктор

Изобретение относится к машиностроению. в частности - к редукторостроению, и может быть использовано в приводах различных машин и механизмов, где требуется передача вращательного момента с понижением числа оборотов и изменением направления вращения ведомого вала. Известны механические импульсные передачи, содержащие соосно расположенные в корпусе ведущий и ведомый валы, поворотную обойму и преобразующие механизмы, включающие рабочие тела и взаимодействующий с ними контактный диск, кинематически связанный с поворотной обоймой, на обоих торцах контактного диска выполнены зубцы, передача снабжена связанными с валами двумя дополнительными дисками, установленными с обоих торцов контактного диска, рабочие тела шарнирно укреплены на торцах обоих дополнительных дисков, обращенных к контактному диску, и взаимодействуют с зубцами последнего. Недостатком этой передачи является то, что наличие нескольких рабочих тел, шарнирно укрепленных и поджатых с помощью пружин к торцевым сторонам контактного зубчатого диска, приводит к значительному увеличению уровня динамической напряженности отдельных деталей, усложняет конструкцию, требует высокой точности изготовления деталей, снижает нагрузочную способность, долговечность и надежность передачи - см. А.с. №954678, 1984г. [1] и Мальцев В.Ф. Ме ханические импульсные передачи. - М.: Машиностроение, 1978, с.31, фиг.26 [2]. Известен также рычажно-кулачковый механизм, содержащий корпус с расположенными в нем ведущим валом и толкателем рабочего органа в виде подпружиненного к корпусу двуплечего рычага, размещенные на валу управляющий кулачок, взаимодействующий с толкателем и имеющий возможность свободного вращения вспомогательный кулачок, взаимодействующий с управляющим через соединительное звено зубчатую передачу, колеса которой жестко связаны: ведущее - с ведущим валом, а ведомое - со вспомогательными кулачками. В ступице управляющего кулачка выполнен кольцевой паз, управляющий кулачок размещен на валу с возможностью осевого перемещения, а соединительное звено выполнено в виде подпружиненного к корпусу рычага с двумя роликами, взаимодействующими один с вспомогательным кулачком, а другой - с кольцевым пазом - см. А.с. №1216504, F16H21/04, 1984г. [3]. Недостатком этой передачи является то, что наличие многозвенности кинематических связей, наличие зубчатых пар, связь ведущего з убчатого колеса с ведомым через дополнительные промежуточные зубчатые колеса, установленные на самостоятельном валу при несоосностях и перекосах приводит к быстрому изнашиванию последних и, следовательно, требует высокой точности изготовления и монтажа, что усложняет передачу и снижает ее надежность. Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является рычажно-кулачковый механизм - редуктор, помещенный в корпус и содержащий ведущий вал, на котором жестко установлены по меньшей мере два приводных кулачка со смещением по фазе на угол где n - количество приводных кулачков, и который выполнен с возможностью взаимодействия с ведомым звеном посредством соединительного звена, при этом ведомое звено выполнено в виде по меньшей мере одного выходного вала, на котором жестко посажены по меньшей мере две неподвижные относительно выходного вала зубчатые полумуфты, а соединительное звено - в виде по меньшей мере двух подпружиненных к приводным кулачкам качающихся рычагов, один конец каждого из которых снабжен роликом и выполнен с возможностью взаимодействия с соответствующим приводным кулачком, а другой жестко связан со свободно посаженной на выходном валу шлицевой втулкой, шлицы которой на наружной поверхности втулки имеют возможность взаимодействия с соответствующими им шлицами на внутренней поверхности ступиц подвижных зубчаты х полумуфт, установленных на выходном валу с возможностью осевого перемещения и вращательного взаимодействия с неподвижными зубчатыми полумуфтами посредством устройства зацепления/расцепления, выполненного в виде прижимных пружин (см. описание к патентам РФ №2011071, F16H21/04, 15.04.94г. [4] и Украины №4518, F16H21/04, 31.08.94г. [5] - Прототип. Недостатком этого механизма является то, что при возврате качающегося рычага в исходное положение во время холостого хода зубья подвижных полумуфт скользят по скосам зубьев неподвижных полумуфт, перемещаясь при этом в осевом направлении и сжимая прижимные пружины, которые затем за счет силы сжатия толкают подвижную муфту в зацепление с неподвижной. При этом возникает шум от щелчков при вхождении в зацепление зубьев подвижной и неподвижной полумуфт и износ скосов зубьев от их взаимного скольжения под давлением прижимных пружин. Кроме того, в указанном механизме отсутствуе т возможность изменения направления вращения ведомого вала (реверс), которое осуществлялось бы с помощью кинематических звеньев самого механизма (наиболее простым способом). Таким образом, технической задачей данного изобретения является создание возможности реверса ведомого звена посредством улучшения свойств кинематических звеньев самого механизма, а также снижение уровня шума, создаваемого работающим редуктором, и повышение надежности редуктора за счет снижения износа его губчаты х полум уфт посредством усовершенствования устройства зацепления/расцепления зубчатых полум уфт и связанного с этим усовершенствования соединительного звена редуктора. Поставленная в изобретении задача решается тем, что в известном рычажно-кулачковом механизме редукторе, размещенном в корпусе и содержащем ведущий вал, на котором жестко установлены по меньшей мере два приводных кулачка со смещением по фазе на угол где n - количество приводных кулачков, и который выполнен с возможностью взаимодействия с ведомым звеном посредством соединительного звена, при этом ведомое звено выполнено в виде по меньшей мере одного выходного вала, на котором жестко посажены по меньшей мере две неподвижные относительно выходного вала зубчатые полумуфты, а соединительное звено в виде по меньшей мере двух подпружиненных к приводным кулачкам рычагов, один конец каждого из которых снабжен роликом и выполнен с возможностью взаимодействия с соответствующим приводным кулачком, а другой - жестко связан со свободно посаженной на выходном валу шлицевой втулкой, шлицы которой на наружной поверхности втулки имеют возможность взаимодействия с соответствующими им шлицами на внутренней поверхности ступиц подвижных зубчатых полумуфт, установленных на выходном валу с возможностью осевого перемещения и вращательного взаимодействия с неподвижными зубчатыми полумуфтами посредством устройства зацепления/расцепления, согласно изобретению, рычажно-кулачковый механизм-редуктор дополнительно снабжен устройством реверса ведомого звена, соединительное звено выполнено с двуплечими рычагами V-образной формы с углом a между осями плеч рычага и возможностью одновременного взаимодействия с приводным кулачком посредством одного из роликов, установленных на верхних концах плеч рычага, а устройство зацепления/расцепления полумуфт содержит по меньшей мере два двуплечих рычага, каждый из которых имеет возможность поворота вокруг оси посредством подшипника, неподвижная обойма которого жестко связана с корпусом и который снабжен вилками на концах, одна из которых имеет копир с возможностью его взаимодействия с пазом, выполненным на боковой поверхности управляющего кулачка, жестко укрепленного на управляющем валу, а другая - шарнирно связана с подвижной зубчатой полумуфтой с возможностью обеспечения возвратно-поступательного ее осевого перемещения и взаимодействия на протяжении рабочего хода приводного кулачка с неподвижной зубчатой полумуфтой. Поставленная задача решается и тем, что угол a между осями плеч двуплечего рычага составляет величину, меньшую 90°. Задача решается и тем, что выходной вал может быть установлен под углом к направлению оси ведущего вала, а зубья торцевых зубчаты х колес полумуфт в поперечном сечении могут быть выполнены равноскосыми и иметь форму равнобедренного треугольника и/или равносторонней трапеции. Кроме того, задача, поставленная в изобретении решается тем, что длина рабочей поверхности приводных кулачков на участке рабочего хода кулачка превышает по своей протяженности дугу, соответствующую углу поворота ведущего вала, равного 180°, а на участке холостого хода - составляет величину, меньшую половины длины окружности. Поставленная в изобретении задача решается также тем, что устройство реверса ведомого звена содержит шарнирно связанные между собой посредством упругого элемента две тяги, одна из которых шарнирно соединена с рычагом, а другая - с ползуном, выполненным с возможностью возвратнопоступательного перемещения между жестко связанными с корпусом направляющими посредством шарнирно связанного с ним кривошипно-шатунного механизма, снабженного рычагом управления с рукояткой на одном конце, храповым устройством и собачкой, выполненными с возможностью взаимодействия с кривошипом, - на другом. Задача также решается тем, что управляющие кулачки установлены на валу со сдвигом по фазе на угол b равный где m - количество управляющих кулачков. Управляющий вал может быть также выполнен с возможностью синхронного вращения с ведущим валом. В качестве управляющего может быть использован ведущий вал. Копир устройства зацепления/расцепления может быть выполнен в виде шарнирных шти фтов или роликов, выполненных с возможностью взаимодействия с пазом на боковой поверхности управляющего кулачка. Шарнирное соединение вилки двуплечего рычага устройства зацепления/расцепления с подвижной зубчатой полумуфтой может быть выполнено посредством шарнирных шти фтов, размещенных в отверстиях на боковой поверхности полумуфты и/или в отверстиях на хомуте, установленном в канавке, выполненной на боковой поверхности полумуфты. Решение поставленной в изобретении задачи будет также достигнуто тем, что упругий элемент устройства реверса ведомого звена может быть выполнен в виде амортизатора с возможностью использования сил растяжения/сжатия. Направляющие в устройстве реверса ведомого звена могут быть выполнены в виде втулки. Наконец, задача решается и тем, что упругий элемент и ползун могут быть размещены внутри втулки. Изобретение иллюстрируется фигурами чертежей, на которых схематически показаны: фиг.1 - фрагмент заявленного рычажно-кулачкового механизма - редуктора с ведущим валом, соединительным и ведомым звеньями, вид спереди, частичный вырыв, поперечное сечение; фиг.2 - то же с устройством реверса ведомого звена и устройством зацепления/расцепления зубчатых полумуфт, вид сбоку, поперечное сечение. Заявленный рычажно-кулачковый механизм - редуктор (фиг.1 и 2) размещен в корпусе 1 и содержит ведущий вал 2, на котором жестко установлены два приводных кулачка 3 и 4 со смещением по фазе на угол 180°. Приводные кулачки взаимодействуют с ведомым звеном редуктора, которое выполнено в виде выходного вала 5, на котором жестко посажены неподвижные относительно выходного вала зубчатые полумуфты 6 (не показана) и 7 посредством шпонок 8. Профиль приводных кулачков 3 и 4 выполнен по кривой, обеспечивающей равномерность вращения выходного вала 5, и состоит из двух участков: участка А рабочего хода, на котором приводной кулачок вступает в силовое взаимодействие с выходным валом, и участка 5 холостого хода, на котором указанное силовое взаимодействие отсутствует. Ведущий вал 2 связан с ведомым звеном редуктора посредством соединительного звена, выполненного в виде двух подпружиненных к приводным кулачкам посредством буферных пружин 9 приводных рычагов 10. Каждый из рычагов выполнен двуплечим и имеет V-образную форму с углом между осями плеч 11 и 12 рычага. На концах плеч установлены контактные ролики 13 и 14 для взаимодействия с приводными кулачками. Угол a между осями плеч 11 и 12 двуплечего рычага имеет величину, достаточную для одновременного взаимодействия с приводным кулачком лишь одного из контактных роликов, однако эта величина угла в конкретном примере выполнения меньше 90° и составляет 38°. В месте соединения плеч 11 и 12 двуплечий рычаг жестко связан со шлицевой втулкой 15, которая свободно помещена на выходном валу 5 с помощью шарикоподшипников 16 и зафиксирована в осевом направлении упорными втулками 17 и 18. Втулка 15 каждого из рычагов 11 и 12 своими шлицами 19 на наружной поверхности имеет возможность взаимодействия с соответствующими шлицами 20 на внутренней поверхности ступицы подвижной относительно выходного вала зубчатой полумуфты 21 и 22. Зубча тые полумуфты 6, 21 и 7, 22 выполнены с возможностью попарного взаимодействия для передачи вращательного момента в течение рабочего хода соответствующего приводного кулачка с помощью торцевых зубьев 23 и 24, равноскосными по длине зуба, выполненными в поперечном сечении в форме равнобедренных тре угольников и/или равносторонней трапеции. Каждая подвижная зубчатая полумуфта (21 или 22) кинематически связана (фиг.2) с устройствам зацепления/расцепления зубчатых полум уфт, которое в примере конкретного выполнения содержит два двуплечи х рычага 25, каждый из которых имеет возможность поворота вокруг оси 26 посредством установки в подшипнике, наружная обойма которого (не показана) жестко связана с корпусом 1. Рычаг 25 снабжен на концах вилками 27 и 28. Верхняя вилка 27 снабжена копиром 29, выполненным в виде шарнирных штифтов (или роликов) 30, постоянно взаимодействующих с пазом 31, выполненным на боковой поверхности управляющего кулачка 32, жестко укрепленного на ведущем валу 2. Нижняя вилка 28 шарнирно связана с подвижной зубчатой полумуфтой 22 при помощи штифтов 33, размещенных в отверстиях на хомуте 34, установленном в кольцевой канавке 35, выполненной на боковой поверхности зубчатой полумуфты и о хва тывающем кольцевую канавку. Устройство для изменения направления вращения (реверса) ведомого звена заявленного редуктора поясняется чертежом, схематически показанные также на фиг.2. Устройство содержит шарнирно связанные между собой посредством упругого элемента 36, в качестве которого использован амортизатор, две тяги 37 и 38. Тягой 37 амортизатор шарнирно связан с двуплечим рычагом 10, и тягой 38 - с ползуном 39, выполненным с возможностью возвратно-поступательного перемещения между жестко связанными с корпусом 1 направляющими 40 посредством шарнирно связанного с ползуном кривошипно-шатунного механизма, состоящего из кривошипа 41 и шатуна 42. Кривошипно-шатунный механизм снабжен рычагом 43 управления реверсом, снабженным рукояткой 44, укрепленной на одном конце рычага 43, другой конец которого снабжен храповым устройством и собачкой (не показаны), выполненными с возможностью взаимодействия с кривошипом 41. Амортизатор 36 в описываемом варианте редуктора выполнен с возможностью использования сил растяжения/сжатия в виде жестко обязанных с корпусом направляющих, которые в устройстве реверса выходного вала 5 выполнены в виде втулки 40, внутри которой размещены амортизатор, шарнирная тяга 38 и ползун 39. Заявленный рычажно-кулачковый механизм - редуктор работает следующим образом. В исходном положении рычагом 43 управления реверсом с помощью рукоятки 44, храповика и собачки (оба не показаны) устанавливают кривошип 41 в положение, близкое к положению I или положению II, т. е. в положение, при котором кривошип 41, ползун 39 и связанный с ним через тяги 37 и 38 и амортизатор 36 двуплечий рычаг 10 занимают одно из крайних положений I или II, а именно в верхней, например, мертвой точке. При установке кривошипа 41 в положение I двуплечий качающийся рычаг 10 переместится в крайнее правое положение и через ролик 14 левое плечо качающегося рычага 10 вступит во взаимодействие с левой, т.е. рабочей, стороной А профиля приводного кулачка 4. При установке кривошипа 41 в положение II двуплечий качающийся рычаг 10 переместится в крайнее левое положение и через ролик 13 правое плечо 11 вступит во взаимодействие с правой, т. е. нерабочей, стороной профиля Б приводного кулачка 4. Изменение направления вращения (реверс) выходного вала 5 обеспечивают за счет того, что при одном и том же положении ведущего вала 2 и, следовательно, одном и том же положении жестко связанного с ним приводного кулачка 3 или 4 обеспечивают его силовое взаимодействие либо с левым 11, либо с правым 12 плечом двуплечего рычага 10. В первом случае при набегании участка профиля кулачка, соответствующего увеличивающемуся радиусу-вектору, т. е. участку рабочего хода, рычаг будет вращать выходной вал 5 в одну сторону, а во втором - при набегании участка профиля кулачка, соответствующего уменьшающемуся радиусу-вектору, рычаг 10 будет враща ть выходной вал 4 в противоположную сторону. Цикл движений заявленного рычажно-кулачкового механизма, определяемый периодом вращения ведущего вала 2, согласован с моментами зацепления и расцепления зубчатых полумуфт 6, 21 (не показаны) и 7, 22 посредством устройства зацепления/расцепления, т.е. с помощью двуплечего рычага 25 и управляющего его движениями цилиндрического кулачка 32. При этом, когда включены в зацепление зубчатые полумуфты 6, 21, которые осуществляют рабочий ход, тогда др угая пара зубчатых полум уфт, а именно 7, 22, расцеплена и осуществляет холостой ход на выходном валу 5. И наоборот, моменты зацепления и расцепления зубчатых полумуфт и их при этом осевого возвратно-поступательного перемещения на выходном валу 5 зависят от формы профиля паза 31 на боковой поверхности управляющего кулачка 32. Для поддержания непрерывного и равномерного вращения выходного вала 5 приводные 3, 4, и управляющие 32 кулачки располагают со сдвигом по фазе, соответственно. на угол где n - количество приводных кулачков, и угол где m - количество управляющих кулачков. Согласование сцепления/расцепления зубчатых полумуфт с рабочим и холостым ходом соединительного звена достигается следующим образом. При повороте ведуще го вала 2 с установленными на нем приводными 3, 4 и управляющими 32 кулачками приводные кулачки 3, 4 участками рабочего хода своих профилей, контактирующи х с одним из роликов 13, 14 каждого плеча качающегося рычага 10, поворачивают этот рычаг относительно оси выходного вала 5, а с ним - и подвижную зубчатую полумуфту 21, 22, которая при рабочем ходе введена в зацепление с неподвижной зубчатой полумуфтой 6, 7 посредством двуплечего рычага 25 с помощью управляющего кулачка 32. Когда ролик одного из плеч качающихся рычагов 10 огибает профиль кулачка 3, 4 по восходящей кривой от минимального его радиуса до максимального, осуществляется рабочий ход и качающийся рычаг 10 перемещается в одну сторону, при этом двуплечий рычаг 25 обеспечивает зацепление зубьев полумуфт 6, 21 и 7, 22 с помощью управляющего кулачка 32. Когда же ролик одного из плеч качающихся рычагов 10 огибает кривую профиля кулачка 3, 4 по радиусу от максимального до минимального осуществляется холостой ход, и двуплечий рычаг 25 посредством управляющего кулачка 32 обеспечивает расцепление зубьев полумуфт 6, 21 и 7, 22, a соответствующий качающийся рычаг 10 проворачивается в противоположном направлении, возвращаясь в исходное положение для совершения нового рабочего хода. Поскольку приводные 3, 4 и управляющие 32 кулачки размещены попарно в противофазе друг относительно друга, то при наличии двух пар зубчаты х полум уфт 6, 21 и 7, 22 рабочий и холостой ход одного и другого качающихся рычагов 10 непрерывно чередуются, обеспечивая непрерывность вращения выходного вала 5. Для обеспечения надежности и равномерности вращения выходного вала 5 профили радиальных приводных кулачков строятся с перекрытием холостого хода рабочим ходом, т. е. длина рабочей поверхности профиля рабочего хода приводного кулачка превышает по своей протяженности дугу, соответствующую углу поворота ведущего вала. равного 180°, а на участке холостого хода - составляет величину, меньшую половины длины окружности. Перекрытием холостого хода рабочим ходом приводных кулачков обеспечивают преемственность перевода вращения выходного вала 5 от одной пары зубчатых полумуфт к вращению вала 5 от другой пары. Во время перекрытия выходной вал вращается обеими парами зубчатых полумуфт, находящимися в это время в зацеплении. Заявленный рычажно-кулачковый механизм - редуктор обеспечивает возможность реверса ведомого звена, снижает уровень шума, создаваемого при работе редуктора, повышает его надежность. В сравнении с известными редукторами заявленный рычажно-кулачковый механизм - редуктор обеспечивает следующие преимущества : - упрощение конструкции, металлоемкость и габариты которой снижаются в 5 - 12 раз; - значительное увеличение КПД - до 99,5% на одну ступень; - значительное увеличение передаточного отношения - до 1 : 3375000 и более для трех ступеней; - инерционность и люфт, шумы при работе отсутствуют, вибрация при работе отсутствует, повышена надежность работы - наработка на отказ составляет не менее 10 лет непрерывной эксплуатации, при этом без ремонта и замены деталей и узлов; - снижаются требования к смазке при эксплуатации.