механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот

Формула изобретения

1. МЕХАНИЗМ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ И НАОБОРОТ, содержащий корпус с направляющей, установленный в ней с возможностью осевого перемещения шток, два кривошипа и механизм синхронизации их вращения в противоположных направлениях с равными угловыми скоростями, отличающийся тем, что механизм снабжен закрепленной на штоке кулисой с двумя пазами, при пересечении продольной оси которой с осями вращения кривошипов шипы последних расположены на противоположных концах кулисы и установлены в соответствующих ее пазах с возможностью осевого перемещения, а плоскости вращения кривошипов взаимно параллельны.

2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что механизм синхронизации вращения кривошипов выполнен в виде зубчатых венцов, размещенных на соответствующих кривошипах, и зубчатого колеса, установленного в корпусе и предназначенного для взаимодействия с зубчатыми венцами кривошипов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области зубчатых передач как механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, и может быть использовано в поршневых машинах, в приводах рабочих органов станков, в робототехнике.

Известны конструкции механизмов преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, используемые в поршневых машинах [1].

Наиболее близким техническим решением является механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, содержащий корпус с направляющей, установленный в нем с возможностью осевого перемещения шток, два кривошипа и механизм синхронизации их вращения в противоположных направлениях с равными угловыми скоростями [2].

Недостаток этого механизма - большие габариты, т.к. использование двух кривошипов, имеющих общую плоскость вращения увеличило поперечный размер механизма. Из-за этого недостатка этот механизм нельзя использовать для привода поршневых двигателей.

Для устранения указанного недостатка в механизме для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, содержащем корпус с направляющей, установленный в ней с возможностью осевого перемещения шток, два кривошипа и механизм синхронизации их вращения в противоположных направлениях с равными угловыми скоростями, механизм снабжен закрепленной на штоке кулисой с двумя пазами, в точке пересечения продольной оси которой с осями вращения кривошипов шипы последних расположены на противоположных концах кулисы и установлены в соответствующих ее пазах с возможностью осевого перемещения, плоскости вращения кривошипов взаимно параллельны. Механизм синхронизации вращения кривошипов выполнен в виде зубчатых венцов, размещенных на соответствующих кривошипах, и зубчатого колеса, установленного в корпусе и предназначенного для взаимодействия с зубчатыми венцами кривошипа.

На фиг. 1 представлен заявляемый механизм, разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - механизм, аксонометрия (без корпуса).

Механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот содержит корпус 1, в котором имеется направляющая 2, выполненная в виде короткой втулки. В направляющую 2 установлен шток 3, имеющий возможность свободного продольного возвратно-поступательного скольжения в ней. На штоке 3 укреплена кулиса 4. Ее продольная ось 5 перпендикулярна продольной оси 6 штока 3. Во время работы механизма кулиса испытывает высокую изгибающую нагрузку, поэтому она может быть изготовлена с центральным ребром жесткости, т.е. в виде профиля двутаврового сечения. При необходимости кулиса может быть усилена дополнительными ребрами жесткости (не показаны), что позволит ей выдерживать значительные нагрузки при минимальной массе и материалоемкости. В пазы кулисы 4 входят шипы 7 и 8 двух аналогичных кривошипов 9 и 10, закрепленных на валах 11 и 12. Плоскости вращения кривошипов 9 и 10 параллельны. Кривошипы 9 и 10 кинетически связаны механизмом синхронизации, включающим конические зубчатые венцы 13 и 14, жестко связанные с кривошипами 9 и 10, и коническое зубчатое колесо 15 с валом 16, входящее с зубчатыми венцами 13 и 14 в зацепление. С кулисой 4 могут быть связаны несколько штоков, что позволит с помощью одного механизма приводить в движение несколько рабочих органов (например, поршней в поршневом двигателе).

При преобразовании возвратно-поступательного движения во вращательное механизм работает следующим образом.

В момент поступательного воздействия на шток, например при давлении на шток, через связанный с ним поршень, сжатых газов в двигателе внутреннего сгорания, шток 3 поступательно скользит в направляющей поверхности 2 внутри корпуса 1, перемещая при этом кулису 4. Кулиса 4, воздействуя через шипы 7 и 8 на кривошипы 9 и 10, проворачивает их. Шипы 7 и 8 кривошипов 9 и 10 при этом скользят в пазах кулисы 4 в противоположных направлениях. Причем в точке пересечения продольной оси 5 кулисы 4 с осями вращения кривошипов 9 и 10 шипы 7 и 8 расположены на противоположных концах кулисы 4 (фиг.3). Кулиса 4 опускается до нижней мертвой точки механизма. После этого под воздействием кинетической энергии вращающихся кривошипов 9 и 10 совершает возвратное движение к верхней мертвой точке, перемещая при этом шток 3 и связанный с ним рабочий орган (поршень). Механизм синхронизации обеспечивает синхронное вращение кривошипов 9 и 10 навстречу друг другу, и таким образом исключается перекос кулисы 4 и боковое давление штока 3 на направляющую поверхность 2 в случае различного сопротивления вращения кривошипов 9 и 10. Крутящий момент снимается с любого из валов 11 и 12 кривошипов 9 и 10 или с вала 16 промежуточного конического зубчатого колеса 15.

При преобразовании вращательного движения в возвратно-поступательное механизм работает следующим образом.

При вращении вала 11 или 12 любого из кривошипов 9 или 10 кривошипы, связанные механизмом синхронизации, проворачиваются в противоположных направлениях с равными угловыми скоростями. Шипы 7 и 8 кривошипов 9 и 10 скользят в пазах кулисы 4 в противоположных друг другу направлениях, оказывая давление на внутреннюю поверхность пазов. Силы, прилагаемые к поверхности кулисы 4, симметричны, а их суммарный вектор совпадает с продольной осью 6 штока 3. Таким образом, при вращении кривошипов 9 и 10 крутящий момент трансформируется в продольное усилие, которое с помощью кулисы 4 передается штоку 3, а шток 3, скользя в направляющей 2, сообщает его рабочему органу (например, поршню двигателя внутреннего сгорания, резцу строгального станка и т.п.).