Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

ударно-поворотный механизм

Классы МПК:E21B6/02 с непрерывным вращением
B25D16/00 Переносные ударные устройства с наложением вращения на инструмент
Автор(ы):
Патентообладатель(и):Новосибирский государственный технический университет
Приоритеты:
подача заявки:
2001-04-16
публикация патента:

Изобретение относится к горной и строительной технике, в частности к устройствам для пробивки отверстий в кирпиче и бетоне. Сущность изобретения заключается в том, что ударно-поворотный механизм содержит корпус с конической поверхностью, дисковый кулачок с внутренними криволинейными поверхностями контакта с роликами толкателей, центральный стержень, концентрично размещенный на нем боек, шпиндель инструмента с цилиндрическим хвостовиком, концентрично расположенным в продольном отверстии центрального стержня, и снабжен пружинами, размещенными между двумя парами рычагов, одни из которых с шарнирно-рычажной связью с центральным стержнем, центробежными грузами и роликами, а другие с шарнирно-рычажной связью с бойком и первыми из рычагов, двухслойной фрикционной конусной муфтой, при этом дисковый кулачок жестко соединен с конусным хвостовиком неподвижного соединения с двигателем, шпиндель выполнен с конической поверхностью, сопряженной с охватываемым кольцом двухслойной конусной фрикционной муфты, а корпус - с конической поверхностью, сопряженной с охватывающим кольцом той же муфты. Изобретение позволяет повысить долговечность работы электродвигателя механизма. 3 ил.

Рисунки к патенту РФ 2200817

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

Изобретение относится к горной и строительной технике, в частности к устройствам для пробивки отверстий в кирпиче и бетоне.

Известен ударно-поворотный механизм по описанию к изобретению патента 2033520 РФ, содержащий корпус со свободно вращающимся в нем дисковым кулачком, две внутренние рабочие поверхности которого взаимодействуют с роликами двух толкателей поступательного движения, преобразуемого при помощи шарнирно-рычажного механизма в поступательные перемещения бойка и ползуна взаимно противоположного перемещения. Причем толкатели размещаются в отверстии, перпендикулярном оси центрального стержня, получающего вращение от двигателя, а боек, концентрично расположенный на этом стержне, перемещается с возможностью нанесения удара по торцу шпинделя инструмента после соприкосновения инструмента с породой или искусственным материалом под действием центробежных сил грузов, присоединенных к толкателям.

Недостатком этого технического решения является передача удара по цепи звеньев на двигатель по причине неразмыкания центрального стержня с двигателем при ударе бойка по торцу шпинделя инструмента; а также размещение конической поверхности сцепления трением дискового кулачка, близкое к габаритному диаметру корпуса, значительное количество деталей и сложность их геометрической формы, особенно бойка с продольными пазами для направляющей толкателей и форма толкателей с кольцевым пазом для увеличения массы присоединенных к ним центробежным грузам.

Кроме того, известен ударно-поворотный механизм центробежного действия по описанию изобретения к патенту 2118454 РФ, являющийся прототипом предлагаемого изобретения, содержащий корпус с внутренней конической поверхностью, расположенный в нем дисковый кулачок с внешней конической поверхностью, размещенный в этом корпусе центральный стержень, получающий вращение от двигателя, шпиндель инструмента с цилиндрическим хвостовиком, размещенный в продольном осевом отверстии стержня, боек, концентрично расположенный на стержне и имеющий пазовое подвижное соединение со шпинделем инструмента, а также шарнирные соединения с рычагами, на одних из которых неподвижно установлены центробежные грузы и ролики, взаимодействующие с внутренними криволинейными поверхностями дискового кулачка, вращаемого этими роликами на холостом ходу и замедляемого при помощи штифта от его соприкосновения с хвостовиком шпинделя инструмента и поверхностью паза дискового кулачка для контакта внешней конической поверхности этого кулачка с внутренней ответной поверхностью корпуса после соприкосновения инструмента с обрабатываемым материалом, обеспечивающего переход с холостого хода на рабочий режим бурения, регулируемый усилием нажатия в направлении продольной оси инструмента - бура.

Недостатком этого технического решения является передача ударов, снижающая долговечность электродвигателя вследствие неразъединения центрального стержня с двигателем при ударе по шпинделю инструмента.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение долговечности электродвигателя ударно-поворотного механизма.

Это достигается тем, что ударно-поворотный механизм, содержащий корпус с конической поверхностью, дисковый кулачок с внутренними криволинейными поверхностями контакта с роликами толкателей, центральный стержень, концентрично размещенный на нем боек, шпиндель инструмента с цилиндрическим хвостовиком, концентрично расположенным в продольном отверстии центрального стержня, рычаги, одни из которых с шарнирно-рычажной связью с центральным стержнем, центробежными грузами и роликами, а другие с шарнирно-рычажной связью с бойком и первыми из рычагов, снабжен пружинами, размещенными между двумя указанными парами рычагов, двухслойной фрикционной конусной муфтой, при этом дисковый кулачок жестко соединен с конусным хвостовиком неподвижного соединения с двигателем, шпиндель выполнен с конической поверхностью, сопряженной с охватываемым кольцом двухслойной конусной фрикционной муфты, а корпус - с конической поверхностью, сопряженной с охватывающим кольцом той же муфты.

На фиг. 1 - 3 представлен ударно-поворотный механизм, содержащий корпус 1 с внутренней конической поверхностью, дисковый кулачок 2 с двумя внутренними криволинейными поверхностями и конусным хвостовиком, центральный стержень 3 с проушинами шарнирной связи с рычагами 4, оснащенными роликами 5 и с неподвижно установленными на них центробежными грузами 6 и отверстиями шарнирной связи с рычагами 7, имеющими шарнирную связь с бойком 8, пружины 9, размещенные между рычагами 4 и 7 в направляющих глухих отверстиях и шпиндель 10 инструмента с цилиндрическим хвостовиком, концентрично размещенным в центральном стержне 3. Между коническими поверхностями шпинделя 10 инструмента и корпуса 1 размещаются охватывающие кольца 11 и кольца 12 двухслойной фрикционной конусной муфты. Боек 8 и шпиндель 10 имеют пазовое подвижное в осевом направлении соединение.

Ударно-поворотный механизм работает следующим образом. Дисковый кулачок 2 получает вращение от двигателя через конический хвостовик, до начала вращения дискового кулачка 2 ролики 5 прижимаются пружинами 9 к цилиндрической круговой внутренней поверхности дискового кулачка 2. До соприкосновения инструмента с обрабатываемым материалом или породой имеется холостой ход, т. е. вращение дискового кулачка 2 не преобразуется в возвратно-поступательное движение рычагов 4 и 7 и возвратно-поступательное перемещение бойка 8. Под действием касательных составляющих усилий со стороны криволинейных поверхностей дискового кулачка 2 в этом случае происходит вращение центрального стержня 3 с рычагами 4 и 7, центробежными грузами 6 и бойком 8. После соприкосновения инструмента с породой или обрабатываемым материалом шпиндель 10 останавливается или замедляет свое вращение. При этом под действием дискового кулачка 2 сжимаются пружины 9 и уменьшаются углы наклона рычагов 4 и 7 к оси центрального стержня 3. В точках, ближних к оси вращения центрального стержня 3 подъема профилей криволинейных поверхностей дискового кулачка 2, под действием центробежных сил грузов 6 и пружин 9 после размыкания роликов 5 с дисковым кулачком 2 происходит поворот рычагов 4 и 7 с поступательным перемещением бойка 8 к торцовой поверхности шпинделя 10, которое завершается ударом по этой поверхности. Затем цикл работы повторяется.

Таким образом, в связи с разъединением центрального вала 3 от дискового кулачка 2 исключается передача ударов по цепи звеньев на двигатель. При этом повышается долговечность двигателя.

Энергия удара Ауд в рассматриваемом случае, в основном под действием центробежных сил, выражается равенством

ударно-поворотный механизм, патент № 2200817

где mгр - масса центробежных грузов, ударно-поворотный механизм, патент № 2200817 - угловая скорость дискового кулачка 2, сообщаемая центральному стержню 3. Для привода от электродрели мощностью 400 Вт с частотой вращения ее шпинделя, равной 1000 об/мин ударно-поворотный механизм, патент № 2200817 100 с-1, R и r - соответственно максимальный и минимальный радиальные координаты центра масс центробежных грузов, для R=50 мм и r=40 мм и mгр=1 кг

Ауд = 1 10000(0,052 - 0,042)/2 = 0,5 10000(0,0025 - 0,0016) = 5 Дж.

Причем размеры одного центробежного груза усеченной конической формы определяются равенством

mгр/2 = L(ударно-поворотный механизм, патент № 2200817d2/4)ударно-поворотный механизм, патент № 2200817;

здесь L - длина груза, d - его средний диаметр, ударно-поворотный механизм, патент № 2200817 - удельная масса, для d = 5 см, ударно-поворотный механизм, патент № 2200817 = 7,8 г/см3 (для стали)

L = (mгр/2)/(ударно-поворотный механизм, патент № 2200817ударно-поворотный механизм, патент № 2200817d2/4) = 500/(7,8 3,14 52/4) = 3,125 см.

Такие размеры центробежных грузов и значение энергии удара приемлемы для ручного ударно-поворотного механизма.

Энергия удара, накапливаемая двумя пружинами, определяется равенством

Ауд = 2[cпрS2/2] = 2[Fпр/S)S2/2] = 2[(d2ударно-поворотный механизм, патент № 2200817[ударно-поворотный механизм, патент № 2200817]/8c)S/2 = (22 3,14 500)/[(8 5)2] = 80 Нмм = 0,08 Дж.

здесь cпр - коэффициент жесткости пружины, Fпр - усилие пружины, S - высота сжатия пружины, принимается S=3 мм, d - диаметр проволоки пружины, принимается равным 2 мм, с=D/d - индекс пружины, D - средний диаметр цилиндрической винтовой пружины, принимается с = 5. При этом высота пружины H = id + 1,5d + 1,1S; i - число рабочих витков пружины,

i = (GdS)/(8Fпрc3) = (8 104 2 2)/(8 157 125) = 2;

Н = 2 2 + 3 + 2,2 = 9,2 мм.

Время t пуска такого механизма определяется по уравнению движения машины при приблизительно постоянном приведенном моменте инерции Iпр к дисковому кулачку 2

Iпр(ударно-поворотный механизм, патент № 2200817/t) = (Мдтр).

При приведенном моменте инерции, приблизительно равном моменту инерции ротора электродвигателя, равном 0,01 кгм2, передаточном числе редуктора u = 10 полезной мощности 250 Вт, моменте движущих сил Мд = 250/100 = 25 Нм и моменте сил трения Мтр = 2 Нм для угловой скорости 100 с-1.

t = Iпрударно-поворотный механизм, патент № 2200817/(Мдтр) = 0,01 100/(25-2) = 0,04 с-1.

Коэффициент ударно-поворотный механизм, патент № 2200817 неравномерности движения ротора электродвигателя при использовании рассматриваемого механизма определяется равенством

ударно-поворотный механизм, патент № 2200817 = (ударно-поворотный механизм, патент № 2200817max-ударно-поворотный механизм, патент № 2200817min)/ударно-поворотный механизм, патент № 2200817cp;

где индексы соответствуют максимальной, минимальной и средней угловым скоростям ротора электродвигателя.

При этом по уравнению движения в форме кинетических энергий

Iпр(ударно-поворотный механизм, патент № 2200817max)2/2 = (Mд-Mтр)ударно-поворотный механизм, патент № 2200817ударно-поворотный механизм, патент № 2200817;

для ударно-поворотный механизм, патент № 2200817

для ударно-поворотный механизм, патент № 2200817

здесь ударно-поворотный механизм, патент № 2200817 - угол давления,

tgударно-поворотный механизм, патент № 2200817 = [(Rкул-rкул)/ударно-поворотный механизм, патент № 2200817п]/[Rкул-(Rкул-rкул)].

При Rкул = 35 мм и rкул = 32 мм ударно-поворотный механизм, патент № 2200817п = ударно-поворотный механизм, патент № 2200817/2; tgударно-поворотный механизм, патент № 2200817 = 0,025 и ударно-поворотный механизм, патент № 2200817 = 0,025 рад

ударно-поворотный механизм, патент № 2200817min = 98 с-1; ударно-поворотный механизм, патент № 2200817 = 0,02.

Такое значение коэффициента неравномерности движения соответствует регламентируемому режиму работы электродвигателя при использовании предлагаемого размыкания звеньев для удара с целью повышения его долговечности.

При остановке звеньев во время удара минимальная угловая скорость двигателя становится равной нулю, и коэффициент неравномерности движения равен 2, т.е. имеет недопустимое значение по регламентируемым величинам.

Необходимое усилие Fн нажатия в рассматриваемом случае определяется с учетом угла ударно-поворотный механизм, патент № 2200817 наклона конических поверхностей двухслойной конусной фрикционной муфты по уравнению движения

Iпрударно-поворотный механизм, патент № 2200817 = Мд - Мтр - zfRтрFн/sinударно-поворотный механизм, патент № 2200817;

где ударно-поворотный механизм, патент № 2200817 - угловое ускорение шпинделя за время перехода на рабочий режим бурения, принимаемое за 20 с и равное 100/20 = 5 с-2; z - число поверхностей трения двухслойной конусной фрикционной муфты, z = 2; f - коэффициент трения с учетом возможного попадания смазки, принимаемый равным 0,1; Rтр - средний радиус поверхностей трения может быть осуществлен равным 0,015 м; ударно-поворотный механизм, патент № 2200817 = 0,1. Поэтому усилие нажатия выражается равенством и может составлять при рассматриваемых размерах ударно-поворотного механизма значение

ударно-поворотный механизм, патент № 2200817

соответствующее, регламентируемому, равному 120 Н.

Из вышесказанного следует, что обеспечивается исключение передачи удара по цепи звеньев на двигатель при ударе бойка по шпинделю инструмента, останавливающегося от ударного воздействия в обрабатываемом материале и с повышением коэффициента неравномерности движения приводит к повышению долговечности электродвигателя ударно-поворотного механизма.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ударно-поворотный механизм, содержащий корпус с конической поверхностью, дисковый кулачок с внутренними криволинейными поверхностями контакта с роликами толкателей, центральный стержень, концентрично размещенный на нем боек, шпиндель инструмента с цилиндрическим хвостовиком, концентрично расположенным в продольном отверстии центрального стержня, рычаги, одни из которых с шарнирно-рычажной связью с центральным стержнем, центробежными грузами и роликами, а другие с шарнирно-рычажной связью с бойком и первыми из рычагов, отличающийся тем, что он снабжен пружинами, размещенными между двумя указанными парами рычагов, двухслойной фрикционной конусной муфтой, при этом дисковый кулачок жестко соединен с конусным хвостовиком неподвижного соединения с двигателем, шпиндель выполнен с конической поверхностью, сопряженной с охватываемым кольцом двухслойной конусной фрикционной муфты, а корпус - с конической поверхностью, сопряженной с охватывающим кольцом той же муфты.

Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс E21B6/02 с непрерывным вращением

Класс B25D16/00 Переносные ударные устройства с наложением вращения на инструмент


Наверх