Механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ МЕХАНИЗМ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЗВРАТНОПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ(73) Патентообладатель Украинко Михаил хайлович(57) 1. Механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, содержащий корпус с направляющими, установленные в корпусе промежуточный и ведомый валы, кинематически связанные между собой, зубчатые колеса, установленные на валах, первую и вторую муфты и зубчатую рейку,расположенную в направляющих корпуса и кинематически связанную с упомянутыми зубчатыми колесами и валами, отличающийся тем, что он снабжен осью, на которой свободно и с возможностью перемещения вдоль последней установлена шестерня, находящаяся в зацеплении с рейкой, муфты выполнены кулачковыми, причем ведущие кулачки расположены на торцах шестерни по обе стороны рейки, а ведомые - на зубчатых колесах, при этом зубчатое колесо ведомых кулачков первой муфты находится в зацеплении с зубчатым колесом промежуточного вала, а второй муфты - с зубчатым колесом ведомого вала. 2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что зубчатая рейка и шестерня выполнены косозубыми, причем угол между зубьями и осью шестерни направлен в сторону ведомого вала. 2063 1 Изобретение относится к деталям машин и может быть использовано, например, для обеспечения преобразования в механическую работу тепловой энергии в поршневых машинах. Традиционным механизмом для преобразования вида движения в поршневых машинах является кривошипно-шатунный механизм. Однако, при некоторых условиях этот механизм не обеспечивает конкурентоспособности машины, т.к. требует повышенной точности изготовления, вызывает появление неуравновешенных сил при работе, недостаточно надежен в эксплуатации при отсутствии специальной системы смазки. Известны технические решения, позволяющие преобразовать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение исполнительного механизма при отсутствии в цилиндре двигателя нагруженных подшипников, например приведенный в справочном пособии 1 Механизм поршневой машины, в котором движение поршня преобразуют во вращение маховика с помощью рычажно-реечного механизма, что позволяет вынести за пределы цилиндра все нагруженные подшипники. Однако, известный механизм громоздок, требует дополнительных габаритов для размещения и не получил признания у разработчиков поршневых двигателей. Известны также технические решения, позволяющие использовать находящуюся в зацеплении с зубчатыми колесами рейку для передачи больших по величине усилий, например, Реечный механизм КретоваРепина по 2, в котором по обе стороны рейки установлены шестерни специального зацепления, которые через промежуточные валы и зубчатую передачу соединены с приводным валом. Однако, это техническое решение не может быть использовано для преобразования возвратнопоступательного движения в непрерывное вращательное, направленное в одну сторону. Известны также механизмы, в которых обеспечивается непрерывное движение входного и выходного звена при преобразовании видов движения, например, Зубчато-реечный механизм по 3, в котором для преобразования вращательного движения в поступательное введен дополнительно планетарный редуктор. При этом появляется возможность обеспечить непрерывное движение выходного звена. Однако, известная установка требует для реализации повышенной точности изготовления зубчатых колес, что увеличивает ее стоимость и снижает конкурентоспособность. Из известных технических решений наиболее близким объектом к заявляемому по совокупности существенных признаков является Механизм для преобразования возвратно-поступательного движения в непрерывное вращательное по 4, принятый автором за прототип заявляемого устройства. Принятый за прототип объект представляет собой механизм для преобразования возвратнопоступательного движения во вращательное, содержащий корпус с направляющими, установленные в корпусе промежуточный и ведомый валы, кинематически связанные между собой, зубчатые колеса, установленные на валах, первую и вторую муфту и зубчатую рейку, расположенную в направляющих корпуса и кинематически связанную с упомянутыми зубчатыми колесами и валами. Принятый за прототип обеспечивает сравнительно высокую эффективность преобразования видов движения, имеет малые габариты. Однако, высокая эффективность в прототипе достигается за счет применения сложной конструкции зубчатых зацеплений, а применение заклинивающихся муфт свободного хода приводит к дополнительным потерям. Задачей предлагаемого изобретения является создание простого в изготовлении и надежного в работе механизма для преобразования возвратно-поступательного движения в непрерывное вращательное, который может служить для отбора мощности, например, от поршневого двигателя. В результате решения этой задачи достигнут новый технический результат, заключающийся в расширении технологических возможностей механизма, получении высоких оборотов вала отбора мощности от сравнительно тихоходного двигателя при простой и дешевой в изготовлении конструкции самого механизма, что повышает конкурентоспособность двигательной установки в целом. Данный технический результат достигнут тем, что в механизме для преобразования возвратнопоступательного движения во вращательное, содержащем корпус с направляющими, установленные в корпусе промежуточный и ведомый валы, кинематически связанные между собой, зубчатые колеса, установленные на валах, первую и вторую муфту и зубчатую рейку, расположенную в направляющих корпуса и кинематически связанную с упомянутыми зубчатыми колесами и валами, согласно изобретению, он снабжен осью, на которой свободно и с возможностью перемещения вдоль последней установлена шестерня, находящаяся в зацеплении с рейкой, муфты выполнены кулачковыми, причем ведущие кулачки расположены на торцах по обе стороны рейки, а ведомые - на зубчатых колесах, при этом зубчатое колесо ведомых кулачков первой муфты находится в зацеплении с зубчатым колесом промежуточного вала, а второй муфты - с зубчатым колесом ведомого вала, кроме того, зубчатая рейка и шестерня выполнены косозубыми, причем угол между зубьями и осью шестерни направлен в сторону ведомого вала. Такое решение позволяет при возвратно-поступательном движении входного звена обеспечить непрерывное вращательное движение в одну сторону выходного звена механизма, при этом вращение выходного 2063 1 звена происходит с переменной угловой скоростью, что расширяет технологические возможности механизма, например, при использовании в различных перемалывающих и перемешивающих аппаратах. При необходимости получить постоянную скорость вращения на выходе могут быть использованы известные технические решения, например, маховик с дополнительной обгонной муфтой. Отличительной особенностью заявляемого изобретения является то, что механизм снабжен осью, на которой свободно и с возможностью перемещения вдоль последней установлена шестерня, находящаяся в зацеплении с рейкой, муфты выполнены кулачковыми, причем ведущие кулачки расположены на торцах по обе стороны рейки, а ведомые - на зубчатых колесах, при этом зубчатое колесо ведомых кулачков первой муфты находится в зацеплении с зубчатым колесом промежуточного вала, а второй муфты - с зубчатым колесом ведомого вала. Эти особенности механизма позволяют получить высокие обороты ведомого вала от сравнительно тихоходного двигателя при простой и дешевой в изготовлении конструкции самого механизма, его минимальных габаритах за счет установки на оси с возможностью перемещения вдоль оси основного элемента передачи шестерни с ведущими кулачками. При этом муфты свободного хода работают в более благоприятных условиях, их сцепление и расцепление осуществляется при минимальных окружных скоростях и, соответственно, минимальных усилиях взаимодействия. Открытые для обработки поверхности кулачков позволяют снизить стоимость изготовления муфт. Зубчатые пары передачи образованы элементами наружного зацепления, что снижает их стоимость, а отсутствие переключений в зубчатых парах повышает надежность работы и снижает требования к точности изготовления. В то же время механизм позволяет получить достаточно высокую скорость вращения выходного звена при передаче поршнем увеличенного усилия, что позволяет передавать достаточно большую мощность двигателя. Еще одной отличительной особенностью изобретения является то, что зубчатая рейка и шестерня выполнены косозубыми, причем угол между зубьями и осью шестерни направлен в сторону ведомого вала. Это позволяет использовать боковое усилие, возникающее в косозубом зацеплении, для замыкания муфты и поджатия ведущих и ведомых кулачков друг к другу, увеличивая тем самым надежность передачи усилия муфтой и снижая требования к ее конструктивным элементам. Таким образом, приведенные отличительные особенности заявляемого изобретения в сравнении с прототипом расширяют технологические возможности механизма, при этом заявляемая установка обеспечивает получение высоких оборотов ведомого вала от сравнительно тихоходного двигателя при простой и дешевой в изготовлении конструкции самого механизма, что повышает конкурентоспособность двигательной установки в целом. На фиг.1 представлен схематично продольный разрез заявляемого механизма. Стрелкой показано направление вращения ведомого вала. На фиг.2 представлен схематично поперечный разрез заявляемого механизма. Стрелкой показано направление движения зубчатой рейки. На фиг.3 представлен вид А на зубья рейки и показан угол наклона нарезки. На фиг.4 представлено схематично сечение Б-Б (см. фиг.1), при этом зубчатые колеса для упрощения рисунка изображены только делительными окружностями. На фиг.5 представлено схематично сечение В-В (см. фиг.1). Механизм содержит корпус 1, установленную в направляющих 2 зубчатую рейку 3, промежуточный вал 4 и ведомый вал 5, оснащенные зубчатыми колесами 6 и 7, находящимися в зацеплении. Механизм содержит также первую 8 и вторую 9 муфты свободного хода, с помощью которых кинематически связаны зубчатая рейка 3, промежуточный вал 4 и ведомый вал 5, для чего используются зубчатые колеса 10, 11 и 12. Механизм оснащен осью 13, на которой свободно установлена с возможностью перемещения вдоль оси шестерня 14, находящаяся в зацеплении с зубчатой рейкой 3. Муфты свободного хода выполнены кулачкового типа, причем ведущие кулачки установлены на шестерне 14 по обе стороны рейки 3, а ведомые снабжены зубчатыми колесами 11 и 12, при этом зубчатое колесо 11 ведомых кулачков первой муфты 8 находится в зацеплении с зубчатым колесом 10 промежуточного вала 4, а зубчатое колесо 12 второй муфты 9 - с колесом 7 ведомого вала 5. Заявляемый механизм работает следующим образом. При движении элемента источника механической энергии, например, поршня двигателя, соединенного с зубчатой рейкой 3, установленной в направляющих 2, поршень разгружается от боковых усилий, а зубчатая рейка совершает возвратно-поступательные движения. В случае, когда рейка 3 движется вниз (как показано на фиг.2), находящаяся с ней в зацеплении шестерня 14 вращается против часовой стрелки. В этом же направлении вращаются ведущие кулачки обеих муфт свободного хода 8 и 9, выполненные на торцевых поверхностях шестерни. При этом кулачки муфты 9 смыкаются, а муфты 8 размыкаются благодаря направлению углов нарезки кулачков, выполненных, как это показано на фиг.1, пилообразными, передающими движение для каждой из муфт только в одну сторону. Кроме того, так как нарезка зубьев рейки и шестерни выполнена косозубой с углом наклона, направленным 2063 1 в сторону ведомого вала, как это показано на виде А фиг.3, передающая усилие сторона зуба рейки обращена в сторону муфты, находящейся в зацеплении, а именно, при движении рейки 3 вниз - в сторону муфты 9 и зубчатого колеса 12, находящегося в зацеплении с зубчатым колесом 7 ведомого вала 5. В упомянутом случае замыкается муфта 9 и крутящий момент, создаваемый на шестерне 14 рейкой 3,передается на зубчатое колесо 12 и далее через зубчатое колесо 7 на ведомый вал 5, при этом вал 5 вращается против часовой стрелки. Промежуточный вал 4 при этом вращается по часовой стрелке от колеса 6 (см. В-В фиг.5) вхолостую. Муфта 8 в этом случае разомкнута, ее ведущие кулачки вращаются против часовой стрелки, а ведомые, приводимые от промежуточного вала 4 через зацепление зубчатых колес 10 и 11 (см. Б-Б фиг.4), вращаются по часовой стрелке. В случае, когда рейка 3 движется вверх, шестерня 14 вращается по часовой стрелке. Изменение направления движения в поршневом двигателе происходит при прохождении поршнем двигателя верхней или нижней мертвой точки. Линейные скорости при этом проходят через 0, передаваемые через механизм усилия меняют свое направление, и зубцы муфты 9, взаимодействуя уже другими, пологими поверхностями,размыкают эту муфту. При изменении направления усилия, передаваемого зубьями рейки 3, возникает также боковая сила, действующая на шестерню 14, которая перемещает последнюю вдоль оси 13. Шестерня 14 с ведущими кулачками переустанавливается под действием упомянутых усилий в другое (на фиг.1 в верхнее) положение, замыкая муфту 8. Так как скорости при этом минимальные, переключение муфт осуществляется безударно с небольшими усилиями, что обеспечивает надежность работы всего механизма и снижает потери. При этом, передаваемый муфтой 8 крутящий момент, создаваемый на шестерне 14 рейкой 3, передается на зубчатое колесо 11 и далее через зубчатое колесо 10, промежуточный вал 4 и зубчатые колеса 6, 7 - на ведомый вал 5, при этом вал 5 вращается опять-таки против часовой стрелки, что обеспечивает преобразование возвратно-поступательного движения поршня двигателя в непрерывное вращательное движение ведомого вала. Таким образом заявляемое изобретение обеспечивает получение простого в изготовлении и надежного в работе механизма для преобразования возвратно-поступательного движения в непрерывное вращательное,который может служить для отбора мощности от двигателя типа паровой машины, расширить технологические возможности механизма, принятого за прототип. При этом заявляемая установка обеспечивает получение высоких оборотов ведомого вала от сравнительно тихоходного двигателя при простой и дешевой в изготовлении конструкции самого механизма. Установка становится более конкурентоспособной в условиях развития рыночной структуры и появления спроса на машины в широком диапазоне мощностей, простые,надежные в эксплуатации. Заказ Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.