RU2280795C1 - Gear converter of reciprocation into rotation and vise versa - Google Patents
Gear converter of reciprocation into rotation and vise versa Download PDFInfo
- Publication number
- RU2280795C1 RU2280795C1 RU2004137188/11A RU2004137188A RU2280795C1 RU 2280795 C1 RU2280795 C1 RU 2280795C1 RU 2004137188/11 A RU2004137188/11 A RU 2004137188/11A RU 2004137188 A RU2004137188 A RU 2004137188A RU 2280795 C1 RU2280795 C1 RU 2280795C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gear
- teeth
- rim
- wheel
- rotation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение зубчатый преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное и обратно, именуемый в дальнейшем "трансформоид", относится к области машиностроения, в частности к преобразователям видов движения. Изобретение можно применять для получения возвратно-поступательного движения из вращательного и обратно в поршневых двигателях, насосах, компрессорах и других устройствах.The invention is a gear converter of reciprocating motion into rotational and vice versa, hereinafter referred to as "transmoid", relates to the field of mechanical engineering, in particular to converters of types of movement. The invention can be applied to obtain reciprocating motion from rotational and vice versa in reciprocating engines, pumps, compressors and other devices.
Общеизвестен кривошипно-ползунный механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное и обратно (Смелягин А.И. Теория механизмов и машин. Курсовое проектирование: Учебное пособие. - М.: ИНФРА-М; Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003, с.18), содержащий ползун, кинематически связанный с ним с возможностью качения шатун, который в свою очередь кинематически связан с возможностью вращения с кривошипом, выполняемым конструктивно также и в виде коленчатого вала, при вращении которого происходит возвратно-поступательное движение ползуна. Его недостатком является ограниченная эффективность преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное ввиду непрерывного изменения в широком диапазоне углов направления приложения силы, в зависимости от вида преобразования движения, от кривошипа к шатуну или наоборот в точке крепления шатуна к кривошипу по мере перемещения ползуна и вращения кривошипа, в результате чего при движении ползуна и вращении кривошипа эффективность передачи усилия между шатуном и кривошипом не остается на постоянном уровне и в течение полного оборота кривошипа находится в непрерывном изменении от максимума до минимума (нуля) и наоборот, имея невысокое среднее значение. Это снижает эффективность кривошипно-ползунного механизма как преобразователя вращательного движения в возвратно-поступательное и обратно.It is a well-known crank-slide mechanism that converts rotational motion into reciprocating and vice versa (Smelyagin A.I. Theory of mechanisms and machines. Course design: Textbook. - M.: INFRA-M; Novosibirsk: Publishing house of NSTU, 2003, p. .18) containing a slider, a connecting rod kinematically connected with it with the possibility of rolling, which, in turn, is kinematically connected with the possibility of rotation with a crank, which is also constructed structurally in the form of a crankshaft, during the rotation of which there is a reciprocating movement a. Its disadvantage is the limited conversion efficiency of the reciprocating motion into rotational motion due to the continuous change in a wide range of angles of direction of application of force, depending on the type of motion conversion, from the crank to the connecting rod or vice versa at the point of attachment of the connecting rod to the crank as the slide moves and the crank rotates, as a result, when the slider moves and the crank rotates, the efficiency of the transfer of force between the connecting rod and crank does not remain at a constant level during the floor nd turnover crank is in a continuous change from a maximum to a minimum (zero), and vice versa, having a low average value. This reduces the effectiveness of the crank-slide mechanism as a transducer of rotational motion to the reciprocating and vice versa.
Наиболее близким по технической сущности является выбранное за прототип устройство преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное (патент России №2000126605, индекс МПК F 16 H 19/04, автор Ворогушин В.А. и Шишкин П.А.), содержащее вращающееся в одном направлении зубчатое колесо или диск с цевками, находящееся в поочередном зацеплении с зубчатыми рейками подвижной рамки, которые по торцам продолжены опорными полуокружностями с радиусом большим, чем наружный радиус у вращающегося зубчатого колеса, а зубья на зубчатом колесе нарезаны на части диска, тогда как другая часть диска колеса по наружному радиусу служит кулачком, перекатывающимся по поверхности опорных полуокружностей рамки и скользящим по поверхности продольных упоров, закрепленных на длине зубчатых реек.The closest in technical essence is the device selected for the prototype conversion of rotational motion into reciprocating (Russian patent No.2000126605, IPC index F 16 H 19/04, author Vorogushin VA and Shishkin PA), containing rotating in one the direction of the gear wheel or the disk with the gears, which is alternately engaged with the gear racks of the movable frame, which at the ends are continued by the supporting semicircles with a radius greater than the outer radius of the rotating gear, and the teeth on the gear us portions of the disk, whereas the other part of the wheel disk at the outer radius of the cam is, rolls along the surface of the support frame and the semicircles on the sliding surfaces of the longitudinal thrusts, fastened to the length of the toothed racks.
Основными его недостатками является отсутствие непрерывного зубчатого зацепления между рамкой и зубчатым колесом в течение всего хода поступательного и возвратного движения, что может привести к рассихронизации фазы вращения зубчатого колеса с положением рейки относительно него, ведущей к невозможности преобразования движения и работы устройства. Дополнительным недостатком является необходимость поперечного перемещения зубчатого колеса при смене рамкой направления движения с поступательного на возвратное или наоборот для перевода зацепления от одной зубчатой рейки к другой, что ограничивает диапазон возможных формируемых форм траекторий возвратно-поступательного движения и препятствует применению устройства при работе с большими скоростями вращения зубчатого колеса и перемещения рамки.Its main disadvantages are the lack of continuous gearing between the frame and the gear during the entire course of the translational and reverse motion, which can lead to the de-synchronization of the phase of rotation of the gear with the position of the rack relative to it, leading to the impossibility of converting the movement and operation of the device. An additional disadvantage is the need for transverse movement of the gear when the frame changes the direction of motion from translational to reverse or vice versa to transfer gearing from one gear rack to another, which limits the range of possible shapes of the reciprocating motion paths and prevents the use of the device when working with high speeds gear wheel and moving frame.
Сущность изобретения состоит в том, что преобразование возвратно-поступательного движения невращающейся жесткой фигурной зубчатой поверхности с внутренним зацеплением зубьев относительно жестко связанной с имеющим зацепление зубьев с зубчатой поверхностью жестким зубчатым колесом с непрерывным зубчатым венцом по всему его периметру, полуоси вращения зубчатого колеса в ее вращательное движение и наоборот, а также формирование и обеспечение постоянства траектории и соотношения в различных ее точках скоростей этого возвратно-поступательного движения осуществляется за счет того, что:The essence of the invention lies in the fact that the conversion of the reciprocating motion of a non-rotating rigid curly gear surface with internal gear engagement of the teeth is relatively rigidly connected to the gear gear with the gear surface with a gear gear with a continuous gear rim around its entire circumference, the axis of rotation of the gear wheel into its rotary movement and vice versa, as well as the formation and ensuring the constancy of the trajectory and the ratio at its various points of speed of this reciprocating tion movement is carried out by the fact that:
1) зубчатый венец зубчатой поверхности является непрерывным и замкнутым, а зубчатое колесо имеет фигурный профиль по его зубчатому венцу;1) the gear ring of the gear surface is continuous and closed, and the gear wheel has a figured profile along its gear ring;
2) размеры, фигурные формы профилей зубчатых венцов зубчатого колеса и зубчатой поверхности, а также расположение полуоси вращения на зубчатом колесе, установка начальной фазы вращения зубчатого колеса и начального места зацепления зубьев на зубчатых венцах зубчатого колеса и зубчатой поверхности подобраны таким образом, что:2) the dimensions, the shape of the profiles of the gear rims of the gear wheel and the gear surface, as well as the location of the half-axis of rotation on the gear wheel, the installation of the initial phase of rotation of the gear and the initial gear engagement point on the gear rims of the gear wheel and gear surface are selected in such a way that:
- длина зубчатого венца зубчатой поверхности в два раза превышает длину зубчатого венца зубчатого колеса, и количество зубьев зубчатого венца зубчатой поверхности в два раза превышает количество зубьев зубчатого венца зубчатого колеса;- the length of the gear rim of the gear surface is twice the length of the gear rim of the gear wheel, and the number of teeth of the gear rim of the gear surface is two times the number of teeth of the gear rim of the gear wheel;
- на части зубчатых венцов зубчатого колеса и зубчатой поверхности находятся участки, на протяжении каждого из которых радиус кривизны профиля по зубчатому венцу не является постоянным и нескачкообразно изменяется;- on the part of the gear rims of the gear wheel and the gear surface there are sections, during each of which the radius of curvature of the profile along the gear rim is not constant and changes non-jumply;
- в любых двух располагающихся равноудаленно друг от друга и противоположно друг другу по длине зубчатого венца зубчатой поверхности местах ее зубчатого венца радиус кривизны профиля зубчатой поверхности по ее зубчатому венцу одинаков;- in any two places equidistant from each other and opposite to each other along the length of the gear rim of the gear surface of the gear rim, the radius of curvature of the profile of the gear surface along its gear rim is the same;
- в любом месте зацепления зубьев зубчатого колеса и зубчатой поверхности, в котором профиль зубчатой поверхности по ее зубчатому венцу не является вогнутым внутрь ограниченного зубчатым венцом зубчатой поверхности ее внутреннего пространства, радиус кривизны профиля зубчатого колеса по его зубчатому венцу не превышает радиус кривизны профиля зубчатой поверхности по ее зубчатому венцу;- at any point of engagement of the gear teeth and the gear surface, in which the gear surface profile along its gear rim is not concave into the gear surface of its inner space bounded by the gear rim, the radius of curvature of the gear profile along its gear rim does not exceed the radius of curvature of the gear surface profile along its ring gear;
- в любой момент возвратно-поступательного движения зубчатой поверхности относительно полуоси зубья зубчатой поверхности зацепляются с зубьями зубчатого колеса только в одном месте их зубчатых венцов, и это место зацепления в течение полного оборота зубчатого колеса и полуоси при их вращении перемещается по всей длине зубчатого венца зубчатой поверхности и дважды по всей длине зубчатого венца зубчатого колеса;- at any moment of the reciprocating movement of the gear surface relative to the semiaxis, the teeth of the gear surface mesh with the teeth of the gear only in one place of their gear rims, and this gearing point moves over the entire length of the gear rim of the gear during their full rotation surface and twice along the entire length of the gear rim of the gear;
- существует не менее двух неизменных мест на зубчатом венце зубчатой поверхности, располагающихся равноудаленно друг от друга и противоположно друг другу по длине зубчатого венца зубчатой поверхности, поочередно взаимодействующих с зубчатым колесом, в которых зубья зубчатой поверхности зацепляются с одними и теми же зубьями зубчатого колеса, а фазы вращения зубчатого колеса противоположны, и расстояния от полуоси до этих мест зацепления зубьев максимальны, и существует не менее двух неизменных мест на зубчатом венце зубчатой поверхности, располагающихся равноудаленно друг от друга и противоположно друг другу по длине зубчатого венца зубчатой поверхности, поочередно взаимодействующих с зубчатым колесом, в которых зубья зубчатой поверхности зацепляются с одними и теми же зубьями зубчатого колеса, а фазы вращения зубчатого колеса противоположны, и расстояния от полуоси до этих мест зацепления зубьев минимальны, и в процессе перемещения по мере вращения зубчатого колеса места зацепления зубьев зубчатого колеса и зубчатой поверхности между любыми двумя ближайшими по расположению на зубчатом венце зубчатой поверхности такими местами происходит нескачкообразное изменение расстояния от полуоси до места зацепления зубьев;- there are at least two invariable places on the gear ring of the gear surface located equally spaced from each other and opposite to each other along the length of the gear ring of the gear surface, alternately interacting with the gear wheel, in which the teeth of the gear surface mesh with the same gear teeth, and the phases of rotation of the gear are opposite, and the distances from the axle shaft to these gear engagement points are maximum, and there are at least two invariable places on the gear ring of the gear surface parts located equidistant from each other and opposite to each other along the length of the gear rim of the gear surface, alternately interacting with the gear, in which the teeth of the gear surface mesh with the same gear teeth, and the phases of rotation of the gear are opposite, and the distance from the axle shaft to these points of engagement of the teeth are minimal, and in the process of moving as the gear rotates, the engagement of the teeth of the gear and the gear surface between any two nearest aspolozheniyu toothed gear ring on the surface of such seats occurs neskachkoobraznoe change in the distance from the semi-axis to place the engagement teeth;
- поддержание зацепления зубьев зубчатого колеса и зубчатой поверхности на протяжении всего хода ее возвратно-поступательного движения относительно полуоси вращения зубчатого колеса осуществляется опорным механизмом, состоящим из размещенного в пределах ограниченного зубчатым венцом зубчатой поверхности ее внутреннего пространства по другую сторону зубчатого колеса от крепления к нему полуоси, не препятствуя движению зубчатого колеса, ролика, свободно вращающегося на проходящей через него, расположенной не перпендикулярно полуоси, жестко связанной с зубчатой поверхностью одним концом, перемещающейся вместе с зубчатой поверхностью при ее возвратно-поступательном движении, и длиной, не препятствующей движению зубчатого колеса, оси вращения, и взаимодействующего с роликом на протяжении всего оборота зубчатого колеса кулачка соответствующего профиля, жестко связанного с зубчатым колесом и расположенного на нем на стороне ролика по другую сторону зубчатого колеса от крепления к нему полуоси.- maintaining the engagement of the teeth of the gear wheel and the gear surface throughout the entire course of its reciprocating motion relative to the half-axis of the rotation of the gear is carried out by a support mechanism consisting of a gear located on the other side of the gear from the semi-axle attached to the gear ring. without interfering with the movement of the gear wheel, roller, freely rotating on passing through it, located not perpendicular to the semi-axis rigidly connected to the gear surface at one end, moving together with the gear surface during its reciprocating motion, and a length that does not impede the movement of the gear wheel, the axis of rotation, and interacting with the roller throughout the entire revolution of the gear wheel of the cam of the corresponding profile, rigidly connected with gear and located on it on the side of the roller on the other side of the gear from the attachment of the axle shaft to it.
Для повышения эффективности работы трансформоида, особенно в качестве преобразователя возвратно-поступательного движения во вращательное, необходимо придать участкам зубчатых венцов зубчатой поверхности и зубчатого колеса, при зацеплении зубьев в которых происходит ход поступательного или возвратного движения, такую форму, при которой касательная к профилю зубчатого колеса, проведенная к месту зацепления зубьев на таком участке, совпадала бы или была бы близка с направлением возвратно-поступательного движения зубчатой поверхности относительно полуоси. При этом передача силового усилия между зубчатой поверхностью и зубчатым колесом на таких участках была бы максимальной или близкой к ней. Для этих целей зубчатое колесо может иметь круговой или близкий к нему по форме сектор зубчатого венца, все зубья которого отстоят на максимальном или близком к нему расстоянии от полуоси, и это расстояние является исходящим от полуоси постоянным или изменяющимся радиусом этого кругового или близкого к нему по форме сектора, а зубчатый венец зубчатой поверхности может иметь два прямых, параллельных друг другу или близких к ним по форме и взаимному расположению, не прилегающих друг к другу и не соприкасающихся друг с другом, поочередно взаимодействующих с зубчатым колесом участка одинаковой длины, равной длине зубчатого венца кругового или близкого ему по форме сектора зубчатого колеса, которые в случае, если эти участки являются прямыми, а зубчатое колесо имеет круговой сектор, находятся друг напротив друга на расстоянии, равном удвоенному радиусу кругового сектора зубчатого колеса, причем при взаимодействии каждого из этих участков с зубчатым колесом во время поступательного или возвратного движения расстояние от полуоси до места зацепления зубьев будет максимально или близко к нему, для чего зубья этих прямых или близких к ним по форме участков зубчатой поверхности вступают в зацепление при вращении зубчатого колеса только с зубьями ее кругового или близкого к нему по форме сектора путем установки соответствующей начальной фазы вращения зубчатого колеса и полуоси и начального места зацепления зубьев на зубчатых венцах зубчатого колеса и зубчатой поверхности, а соединяться эти прямые или близкие к ним по форме участки в замкнутый непрерывный зубчатый венец зубчатой поверхности могут двумя фигурными участками зубчатого венца зубчатой поверхности равной длины, форма которых может быть одинакова, поочередно взаимодействующими с зубчатым колесом, зубья каждого из которых вследствие установки соответствующей начальной фазы вращения зубчатого колеса и полуоси и начального места зацепления зубьев на зубчатых венцах зубчатого колеса и зубчатой поверхности при вращении зубчатого колеса вступают в зацепление только с зубьями зубчатого колеса, находящимися вне ее кругового или близкого к нему по форме сектора, в течение времени которого за счет выбора профилей этих фигурных участков и профиля зубчатого венца зубчатого колеса за пределами ее кругового или близкого к нему по форме сектора происходит плавное снижение до минимальной величины, равной или близкой к нулю, расстояния от полуоси до места зацепления зубьев с последующим плавным увеличением этого расстояния, сопровождаемое сменой направления движения зубчатой поверхности относительно полуоси с поступательного на возвратное при взаимодействии зубчатого венца сектора зубчатого колеса, не являющегося круговым или близким к нему по форме, с одним из фигурных участков зубчатого венца зубчатой поверхности, или с возвратного на поступательное при взаимодействии зубчатого венца сектора зубчатого колеса, не являющегося круговым или близким к нему по форме, с другим фигурным участком зубчатого венца зубчатой поверхности. При этом поступательное движение может происходить в течение одной половины оборота зубчатого колеса и полуоси, во время которого в зацеплении участвуют зубья одной половины длины зубчатого венца зубчатой поверхности и всей длины зубчатого венца зубчатого колеса, а возвратное движение может происходить в течение другой половины оборота зубчатого колеса и полуоси, во время которого в зацеплении участвуют зубья другой половины длины зубчатого венца зубчатой поверхности и также всей длины зубчатого венца зубчатого колеса, а траектория возвратно-поступательного движения может быть прямолинейной, полуось - перпендикулярной направлению возвратно-поступательного движения и может исходить из точки, лежащей на профиле зубчатого колеса, не препятствуя взаимодействию зубьев зубчатого колеса и зубчатой поверхности, ролик и кулачок могут быть плоскими и параллельными зубчатому колесу, ось вращения ролика может быть параллельна полуоси, зубчатый венец зубчатой поверхности может состоять из четырех участков, каждому из которых соответствует зеркально симметричный ему по форме участок зубчатого венца зубчатой поверхности относительно каждой из двух одинаковых для всех участков взаимно перпендикулярных осей симметрии и ось вращения ролика может располагаться в точке пересечения этих осей симметрии, центр кулачка может находиться на прямой, проходящей через полуось и середину длины кругового сектора зубчатого венца зубчатого колеса, а профиль кулачка может состоять из двух зеркально симметричных относительно этой прямой участков.To increase the efficiency of the transmoid, especially as a reciprocating to rotary transducer, it is necessary to give the parts of the gear rims of the gear surface and the gear wheel, when the gears mesh, in which the progress of the translational or return motion occurs, in such a shape that it is tangent to the gear profile drawn to the point of engagement of the teeth in such a section would coincide or be close to the direction of the reciprocating movement of the gear surface relative to the axis. In this case, the transfer of force between the gear surface and the gear in such areas would be maximum or close to it. For these purposes, the gear may have a circular or close in shape sector of the ring gear, all of whose teeth are spaced at a maximum or close to it distance from the semi-axis, and this distance is a constant or varying radius of this circular or close to it along the semi-axis the shape of the sector, and the toothed rim of the toothed surface can have two straight, parallel to each other or close to them in shape and relative position, not adjacent to each other and not in contact with each other, alternately operating with a gear of a section of the same length equal to the length of the ring gear of a circular or similar sector of the gear wheel, which, if these sections are straight and the gear has a circular sector, are opposite each other at a distance equal to twice the radius of the circular sectors of the gearwheel, moreover, when each of these sections interacts with the gearwheel during translational or reverse motion, the distance from the semi-axis to the point of engagement of the teeth will be whether it is close to it, for which the teeth of these straight or close-in-shape sections of the gear surface mesh when the gear rotates only with the teeth of its circular or close-in-shape sector by setting the corresponding initial phase of rotation of the gear and half shaft and the initial places of tooth engagement on the gear rims of the gear wheel and the gear surface, and these straight or close in shape sections to connect into a closed continuous gear rim of the gear surface can be two curly and sections of the gear rim of the gear surface of equal length, the shape of which can be the same, alternately interacting with the gear wheel, the teeth of each of which due to the installation of the corresponding initial phase of rotation of the gear wheel and axle shaft and the starting point of gear engagement on the gear rims of the gear wheel and gear surface during rotation the gears only mesh with the gears of the gear outside its circular or close to it sector shape for a period of time which o due to the choice of the profiles of these curved sections and the profile of the gear rim of the gear outside its circular or close to it sector shape, a gradual decrease to a minimum value equal to or close to zero, the distance from the semiaxis to the point of engagement of the teeth, followed by a gradual increase in this distance, accompanied by a change in the direction of movement of the gear surface relative to the semiaxis from translational to return when the gear rim of the gear sector is non-circular or close to it in shape, with one of the curved sections of the gear rim of the gear surface, or from reciprocal to translational when the gear rims of a sector of the gear wheel that is not circular or close to it in shape, with another curly section of the gear rim of the gear surface. In this case, the translational movement can occur during one half of the revolution of the gear wheel and the semi-axis, during which the teeth of one half of the length of the gear ring of the gear surface and the entire length of the gear ring of the gear wheel participate, and the return movement can occur during the other half of the revolution of the gear and semiaxes, during which the teeth of the other half of the length of the gear rim of the gear surface and also the entire length of the gear rim of the gear wheel participate in the meshing, and the trajectory the reciprocating motion can be rectilinear, the semi-axis perpendicular to the direction of the reciprocating motion and can come from a point lying on the gear profile, without interfering with the interaction of the gear teeth and the gear surface, the roller and cam can be flat and parallel to the gear, the axis the rotation of the roller can be parallel to the semiaxis, the toothed rim of the toothed surface can consist of four sections, each of which corresponds to a mirror-symmetric shape e section of the gear ring of the gear surface relative to each of two mutually perpendicular axes of symmetry identical for all sections and the axis of rotation of the roller can be located at the point of intersection of these axes of symmetry, the center of the cam can be on a straight line passing through the axis and the middle of the length of the circular sector of the gear ring of the gear , and the cam profile may consist of two mirror-symmetric sections with respect to this straight line.
Изобретение решает задачу преобразования с высоким коэффициентом полезного действия возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, упрощения конструкции и уменьшения количества деталей механизма по сравнению с выбранным прототипом, а также расширения арсенала технических средств, преобразующих возвратно-поступательного движение во вращательное и наоборот.The invention solves the problem of converting a high reciprocating motion into a rotational one and vice versa, simplifying the design and reducing the number of mechanism parts in comparison with the selected prototype, as well as expanding the arsenal of technical means that convert the reciprocating motion into rotational and vice versa.
Техническим результатом будет являться возможность высокоэффективного преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, простота конструкции, а также реализация задачи расширения арсенала технических средств, преобразующих возвратно-поступательного движение во вращательное и обратно.The technical result will be the possibility of highly efficient conversion of reciprocating motion into rotational and vice versa, simplicity of design, as well as the implementation of the task of expanding the arsenal of technical means that convert reciprocating motion into rotational and vice versa.
Изобретение поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where
фиг.1 - фронтальный вид варианта конструктивного выполнения трансформоида с наличием прямых участков зубчатого венца зубчатой поверхности и кругового сектора зубчатого венца на зубчатом колесе;figure 1 is a front view of a variant of the structural transformation of the transformoid with the presence of straight sections of the ring gear of the gear surface and the circular sector of the ring gear on the gear wheel;
фиг.2 - осевой вид варианта конструктивного выполнения трансформоида с наличием прямых участков зубчатого венца зубчатой поверхности и кругового сектора зубчатого венца на зубчатом колесе;figure 2 is an axial view of a variant of the structural transformoid with the presence of straight sections of the ring gear of the gear surface and the circular sector of the ring gear on the gear wheel;
фиг.3 - задание системы координат на одном из фигурных участков зубчатого колеса для уравнения профиля его зубчатого венца;figure 3 - the task of the coordinate system on one of the curly sections of the gear for the equation of the profile of its gear;
фиг.4 - задание системы координат на зубчатой поверхности для уравнения профиля кулачка;figure 4 - setting the coordinate system on the gear surface for the equation of the profile of the cam;
фиг.5 - задание системы координат на фигурном участке зубчатой поверхности для уравнения профиля его зубчатого венца;figure 5 - the task of the coordinate system on the curved section of the gear surface for the equation profile of its gear ring;
фиг.6 - задание системы координат на кулачке для уравнения его профиля.6 - setting the coordinate system on the cam for the equation of its profile.
Представленный на фиг.1 и фиг.2 трансформоид состоит из зубчатой поверхности 1 с внутренним зацеплением зубьев с фигурным профилем зубчатого венца, имеющей зубчатое зацепление с зубчатым колесом 2 с фигурным профилем зубчатого венца, на одной стороне которого жестко закреплена полуось его вращения 3, расположенная на краю зубчатого колеса 2, а на другой стороне зубчатого колеса 2 жестко закреплен параллельно ему плоский кулачок 4, центр которого 5 смещен относительно полуоси 3 и находится на представленном на фиг.3 радиусе 6 кругового сектора 7 зубчатого колеса 2, проведенным от полуоси 3 до точки на середине длины зубчатого венца кругового сектора 7 зубчатого колеса 2. Кулачок 4 взаимодействует с круглым плоским роликом 8, свободно вращающимся вокруг проходящей через его центр, параллельной полуоси 3, находящейся в центре зубчатой поверхности 1, оси вращения 9, жестко закрепленной на держателе 10, который жестко закреплен на зубчатой поверхности 1. Круговой сектор 7 зубчатого венца зубчатого колеса 2 замыкается в его замкнутый фигурный зубчатый венец двумя его фигурными участками 11 зубчатого венца одинаковой длины, зеркально симметричными по форме относительно прямой, на которой расположен радиус 6, а зубчатая поверхность 1 имеет два прямых, параллельных друг другу и равных по длине участка 12 зубчатого венца, соединяющихся между собой двумя фигурными участками 13 зубчатого венца одинаковой длины и зеркально симметричными по форме относительно оси ОХ, в системе координат, приведенной на фиг.4.Presented in figure 1 and figure 2, the transmoid consists of a
Ширина кругового сектора 7 зубчатого венца зубчатого колеса 2 составляет 90 градусов (π/2 радиан).The width of the
Длина каждого прямого участка 12 зубчатого венца зубчатой поверхности 1 равна πR/2, a расстояние между ними равно 2R, где R - радиус кругового сектора 7 зубчатого венца зубчатого колеса 2.The length of each
Уравнение, описывающее форму зубчатого венца каждого из фигурных участков 13 зубчатого венца зубчатой поверхности 1 путем установления зависимости декартовых координат согласно представленному на фиг.5 заданию координатных осей, имеет следующий вид:The equation describing the shape of the ring gear of each of the
при -R≤x≤R
гдеWhere
R - радиус 6 кругового сектора 7 зубчатого венца зубчатого колеса 2;R is the
x и y(x) - соответствующие друг другу координаты на представленной на фиг.5 системы координат каждого из фигурных участков 13 зубчатого венца зубчатой поверхности 1 (с учетом зеркальной симметричности участков относительно представленной на фиг.4 оси ОХ).x and y (x) are the coordinates corresponding to each other on the coordinate system shown in FIG. 5 of each of the
Форма каждого из фигурных участков 11 зубчатого венца зубчатого колеса 2 определена следующим уравнением, устанавливающим зависимость исходящего от полуоси 3 полярного радиуса от полярного угла, отсчитываемого от оси ОХ, проходящей через точку соединения фигурного участка 11 и кругового сектора 7 зубчатого колеса 2, в заданной полярной системе координат, приведенной на фиг.3:The shape of each of the figured
гдеWhere
r - полярный радиус;r is the polar radius;
R - радиус 6 кругового сектора 7 зубчатого венца зубчатого колеса 2;R is the
φ - полярный угол.φ is the polar angle.
Формы зубчатых венцов зубчатой поверхности 1 и зубчатого колеса 2 в сочетании с установкой начальной фазы вращения зубчатого колеса 2 и начального места зацепления зубьев зубчатой поверхности 1 и зубчатого колеса 2, при которых зубья на всех границах прямых и фигурных участков зубчатого венца зубчатой поверхности 1 зацепляются с зубьями на границах кругового сектора и фигурных участков зубчатого венца зубчатого колеса 2, обеспечивают прямолинейную траекторию 14 возвратно-поступательного движения зубчатой поверхности 1 относительно полуоси 3.The shapes of the gear rims of the
Радиус ролика 8, при котором размеры кулачка 4 позволяют последнему находиться в пределах периметра профиля зубчатого колеса 2 определен следующим образом:The radius of the
rm=0,3R,r m = 0.3R,
гдеWhere
rm - радиус ролика 8;r m is the radius of the
R - радиус 6 кругового сектора 7 зубчатого венца зубчатого колеса 2.R is the
Центр 5 кулачка 4, задаваемый в качестве начала приведенной на фиг.6 декартовой системы координат, расположен от полуоси 3 на расстоянии:The
гдеWhere
rс - расстояние от полуоси 3 до являющегося началом координат на фиг.6 центра 5 кулачка 4;r with - the distance from the
R - радиус 6 кругового сектора 7 зубчатого венца зубчатого колеса 2.R is the
Профиль кулачка 4, определяемый с учетом радиуса ролика 8, состоит из двух участков, зеркально симметричных относительно оси ОХ в декартовой системе координат, представленной на фиг.6, и каждому значению координаты xK1 профиля кулачка 4 соответствуют два равных по абсолютному значению, но противоположных по знаку значения координаты yK1 профиля кулачка 4, положительное значение которой получается из ее отрицательного значения путем изменения на положительный ее отрицательного знака, а параметрические уравнения для вычисления значений соответствующих друг другу координат xK1 и yK1 с учетом радиуса ролика 8 для отрицательных значений yK1 следующие:The
гдеWhere
xK1 и yK1 - координаты профиля кулачка 4 с учетом радиуса ролика 8 в представленной на фиг.6 декартовой системе координат для отрицательных значений yK1;x K1 and y K1 are the coordinates of the
xK и yK - соответствующие друг другу, находящиеся в функциональной зависимости друг от друга декартовы координаты профиля кулачка 4 без учета радиуса ролика 8;x K and y K are the corresponding to each other, which are functionally dependent on each other, the Cartesian coordinates of the
rm - радиус ролика 8;r m is the radius of the
y'К(xК) - производная функции зависимости координаты yК от xК кулачка 4 без учета радиуса ролика 8.y ' K (x K ) is the derivative of the dependence of the coordinate y K on x K of cam 4 without taking into account the radius of the
При этом декартовы координаты профиля кулачка 4 без учета радиуса ролика 8 определяются следующими параметрическими уравнениями:In this case, the Cartesian coordinates of the
при 0≤α≤π/2
гдеWhere
α - угол поворота зубчатого колеса 2 и полуоси 3 при их вращении в направлении по часовой стрелке, нулевое значение которого соответствует фазе их вращения, при котором центр 5 кулачка 4 находится на оси ОХ заданной на фиг.4 системы координат;α is the angle of rotation of the
xК и yК - декартовы координаты профиля кулачка 4 без учета радиуса ролика 8;x K and y K are the Cartesian coordinates of the
y0 - координата по оси OY места зацепления зубьев зубчатой поверхности 1 и зубчатого колеса 2 в приведенной на фиг.4 системе координат, начало которой соответствует геометрическому центру зубчатой поверхности 1 и закрепленной на нем оси вращения ролика 8;y 0 is the coordinate along the OY axis of the place of engagement of the teeth of the
rc - расстояние от полуоси 3 до являющегося началом координат на фиг.6 центра 5 кулачка 4.r c is the distance from the
В свою очередь зависимость координаты y0 от угла α поворота зубчатого колеса 2 и полуоси 3 при их вращении в приведенной на фиг.4 системе координат неоднозначна для разных диапазонов изменения этого угла и записывается двумя соответствующим этим диапазонам уравнениями:In turn, the dependence of the coordinate y 0 on the angle α of rotation of the
при 0≤α≤π/4: y0=Rαat 0≤α≤π / 4: y 0 = Rα
при π/4<α≤π/2:
гдеWhere
α - угол поворота зубчатого колеса 2 и полуоси 3 при их вращении в направлении по часовой стрелке, нулевое значение которого соответствует фазе их вращения, при котором центр 5 кулачка 4 находится на оси ОХ заданной на фиг.4 системы координат;α is the angle of rotation of the
y0 - координата по оси OY места зацепления зубьев зубчатой поверхности 1 и зубчатого колеса 2 в приведенной на фиг.4 системе координат;y 0 - coordinate along the OY axis of the place of engagement of the teeth of the
R - радиус 6 кругового сектора 7 зубчатого венца зубчатого колеса 2.R is the
Производная функции зависимости координаты yк от xк кулачка 4 без учета радиуса ролика 8 также вычисляется двумя следующими уравнениями, каждое из которых соответствует определенному диапазону изменения угла поворота зубчатого колеса 2 и полуоси 3:Derivative according to the y coordinate of x to the cam 4, excluding the radius of the
при 0≤α≤π/4:
при π/4<α≤π/2:
гдеWhere
α - угол поворота зубчатого колеса 2 и полуоси 3 при их вращении в направлении по часовой стрелке, нулевое значение которого соответствует фазе их вращения, при котором центр 5 кулачка 4 находится на оси ОХ заданной на фиг.4 системы координат;α is the angle of rotation of the
y'К(xК) - производная функции зависимости координаты yК от xК кулачка 4 без учета радиуса ролика 8.y ' K (x K ) is the derivative of the dependence of the coordinate y K on x K of cam 4 without taking into account the radius of the
Длина хода возвратно-поступательного движения зубчатой поверхности 1 относительно зубчатого колеса 2 и полуоси 3 определяется по формуле:The stroke length of the reciprocating movement of the
L=4rс,L = 4r s ,
гдеWhere
L - длина хода возвратно-поступательного движения зубчатой поверхности 1 относительно зубчатого колеса 2 и полуоси 3;L is the stroke length of the reciprocating movement of the
rс - расстояние от полуоси 3 до являющегося началом координат на фиг.6 центра 5 кулачка 4;r with - the distance from the
R - радиус 6 кругового сектора 7 зубчатого венца зубчатого колеса 2.R is the
Фиксация положения полуоси 3, а вместе с ней зубчатого колеса 2 и кулачка 4 в продольном относительно полуоси 3 направлении при возвратно-поступательном движении зубчатой поверхности 1 может быть осуществлена стойкой или внешним объектом, с которым взаимодействует полуось 3. При необходимости зубчатая поверхность 1 имеет направляющие своего возвратно-поступательного движения, не препятствующие ее ходу в направлении этого движения с возможностью ограничения длины этого хода длиной траектории возвратно-поступательного движения.The fixation of the position of the
Изобретение работает следующим образом. При преобразовании возвратно-поступательного движения во вращательное зубчатую поверхность 1 крепят к внешнему объекту, совершающему возвратно-поступательное движение, таким образом, что направления, траектории и длины ходов такого движения этого объекта и зубчатой поверхности 1 совпадали бы, а вращательное движение снимают с полуоси 3.The invention works as follows. When converting the reciprocating motion into a
При преобразовании вращательного движения в возвратно-поступательное от внешнего вращающегося объекта вращательное движение передают полуоси 3, а зубчатую поверхность 1 крепят к другому внешнему объекту, которому необходимо придать возвратно-поступательное движение с такими направлением, траекторией и длиной хода такого движения, которыми обладает зубчатая поверхность 1.When converting rotational motion to reciprocating from an external rotating object, the rotational motion is transmitted to the
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004137188/11A RU2280795C1 (en) | 2004-12-20 | 2004-12-20 | Gear converter of reciprocation into rotation and vise versa |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004137188/11A RU2280795C1 (en) | 2004-12-20 | 2004-12-20 | Gear converter of reciprocation into rotation and vise versa |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2280795C1 true RU2280795C1 (en) | 2006-07-27 |
Family
ID=37057874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004137188/11A RU2280795C1 (en) | 2004-12-20 | 2004-12-20 | Gear converter of reciprocation into rotation and vise versa |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2280795C1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2451518A1 (en) * | 1979-03-13 | 1980-10-10 | Lack Rene | Mechanism converting shaft rotation to reciprocal linear motion - uses quarter round pinion segment in slot hole with racks to long edges |
| US5528946A (en) * | 1994-05-06 | 1996-06-25 | Yadegar; Iraj | Apparatus for conversion of reciprocating motion to rotary motion and vise versa |
-
2004
- 2004-12-20 RU RU2004137188/11A patent/RU2280795C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2451518A1 (en) * | 1979-03-13 | 1980-10-10 | Lack Rene | Mechanism converting shaft rotation to reciprocal linear motion - uses quarter round pinion segment in slot hole with racks to long edges |
| US5528946A (en) * | 1994-05-06 | 1996-06-25 | Yadegar; Iraj | Apparatus for conversion of reciprocating motion to rotary motion and vise versa |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2385435C1 (en) | Eccentric-cycloidal engagement of complex tooth profiles | |
| RU2013108110A (en) | DUMPING DEVICE FOR INTERRUPTIVE DAMPING OF ROTARY MOTION | |
| RU2280795C1 (en) | Gear converter of reciprocation into rotation and vise versa | |
| CN105041984A (en) | Single-row speed reduction and speed change integrated rolling oscillating tooth mechanism | |
| RU2189472C2 (en) | Device to convert rotation into reciprocation | |
| RU2499934C2 (en) | Device for conversion of rotational movement to reciprocating movement and vice versa | |
| RU2297564C1 (en) | Toothed transformer of alternate/reciprocal motion into rotary and vice-verse | |
| RU2673318C9 (en) | Mechanism for transformation movement | |
| US5632705A (en) | Epicyclic roller gear including two rings having an internal profile and a rolling element capable of rolling on the inner side of the rings | |
| RU2153588C1 (en) | Internal combustion engine | |
| TWM520586U (en) | Speed reduction mechanism | |
| RU2805423C1 (en) | Crank arm-free mechanism | |
| TW585739B (en) | Fishing reel | |
| RU2274786C1 (en) | Gear transmission | |
| RU2341697C1 (en) | Eccentric plain bearing | |
| RU63476U1 (en) | ECCENTRIC ROLLING BEARING | |
| RU2180062C2 (en) | Device for transforming rotary motion into reciprocal motion provided with device for fixing extreme positions of toothed frame | |
| CN107035834B (en) | A kind of group of double-linked cam transmission device | |
| RU2828898C1 (en) | Device for reversible circular motion of working tool | |
| WO2001059328A1 (en) | Device for interconverting rotary reciprocating movement | |
| JP7505792B2 (en) | Piston Mechanism | |
| RU2188974C1 (en) | Device for conversion of rotary motion into reciprocating motion | |
| RU2568694C1 (en) | Movement conversion mechanism | |
| RU2202702C2 (en) | Method of plotting guide curve of cylindrical surface of force or housing (versions) | |
| RU2475665C1 (en) | Converter of rotational movement to translational movement |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121221 |