CS229618B2 - Apparatus for change of rectilinear motion into rotary motion - Google Patents

Description

- 1 - 1 229 618

Vynález se týká pracovního válce pro zařízení poháněnáplynným nebo kapalným mediem sloužícího k převodu přímočaré**ho pohybu na pohyb otáčivý, kde ma pracovní válec uzavřenývnitřní pracovní prostor, v němž se nachází píst, podélněposouvaný pneumatickým nebo hydraulickým mediem a připojenýk hřídeli, přičemž alespoň jeden konec hřídele je vyvedenz pracovního prostoru válce. U zařízení poháněných kapalným nebo plynným pracovnímmediem je práce dána tlakem pracovního media na píst utěs-něný ve válci a jeho pohybem. U části těchto zařízeni seaxiální pohyb pístu převádí na otáčivý pohyb mechanickoucestou. V jiných případech se dosahuje rotačního pohybu pomo-cí turbin a pod. V tomto případě je dán výkon otáčivého pohy-bu počtem otáček. V mnohých oblastech průmyslu, zemědělství i dopravy ječasto zapotřebí získat otáčivý pohyb i nekontinuální otáče-ní, tzn. otáčivý pohyb v určitém úhlovém rozsahu» V někte-rých případech vyvstává potřeba získat v určeném úhlovémrozsahu střídavý pohyb v obou směrech. Většinou přitom musíbýt přenášen velký kroutící moment při nepatrné úhlové rych-losti. U čerpadel na betonovou směs, auto jeřábů a ostatníchpřekladních zařízení musí být sloup často otočný v úhlovémrozsahu 360° až 400° na obě strany. Podobně je tomu u jeřá-bových, zemních a některých zemědělských strojů. Také při 229 618 rozkmitání podpěrné podlože různých strojů, při pohybu au-tomaticky se otvírajících dveří u vozidel, při obsluze spí-nacích zařízení, u řídících pochodů automatických strojů atd.je zapotřebí dosáhnout střídavého úhlového natočení·

Dosud se pohybovaly písty pracovních válců v hydraulic-kých nebo pneumatických systémech vratně v axiálním směru,a požadovaného otáčivého pohybu se dosahovalo různými vlo-ženými mechanismy, eventuálně hydromotory. U přímočaře pra-cujících válců jsou k pístům připojena prostřednictvím ozu-bených tyčí ozubená kola, pákové nebo kloubové převody a pod·

Tyto mechanismy pracují většinou se spatnou účinností, při-čemž neexistuje možnost zlepšeni této účinnosti nad určité meze. U známých pracovních válců existuje několik speciálníchopatření sloužících k získání rotačního pohybu. Typický při-kládaje uveden v DT-PS 1 576 142, kde je popsán hydraulickýnebo pneumatický pohon, u něhož jsou na koncích ojnice při-pevněné k pístům vytvořeny šroubové drážky a axiálním pohy-bem pístů se může rám, opatřený prvky, které zapadají do drá-bek, a ojnice vzájemně relativně pohybovat. U této konstrukceje k dosažení nepatrného úhlového natočení zapotřebí poměrně vel-kého axiálního zdvihu. Z toho důvodu je tato konstrukce pří-liš složitá a pozůstává z mnoha prvků, jejichž montáž je ob-tížná. Nepříznivé je dále ta skutečnost, ze jednotlivé prvkymusí být vyrobeny s vysokou přesnosti, nebol v této konstrukcimusí být mnohé plochy vzájemně přesně slícovány. 229 618 Z pohonu pópsáného v BT-PS Č. 1 953 496 pracujícího s tla-kovým mediem ee získává rotační pohyb spolu se značným zdvi-hovým pohybem· U tohoto řemení je nevýhodné, že přenos sil seuskutečňuje přes hřídele malých průměrů, popřipádně, že těle-so, pohon a pouzdro ojnice jsou vzájemně spojeny tenkými če- i py. Přes sví velké rozměry může konstrukce přenášet pouze ne-patrné momenty, takže i účinnost je nepatrná· Nepříznivé je dá'le to, že při postupném zdvihu pístů je spojeni mezi'písty aojnicí namáháno na tah.

Pracovní válce vhodné k získávání rotačního pohybu - rov-něž ty, jež byly popsány ve zmíněných patentových spisech -jsou konstruovány na stejném principu. V každém případě sestá-vají z hydraulické a mechanické části. V hydraulické části sezískává přímočarý axiální pohyb, a mechanické část transformu-je tento pohyb na pohyb rotační· Tato zařízení jsou nevýhodnánejen proto, že mají nepatrnou účinnost, nýbrž také proto, žepísty a ojnice vykonávají pohyb ve stejném smyslu, takže délkyzdvihu se sčítají a konstrukce tudíž zaujímá mnoho místa. Slo-žitost konstrukce a velké rozměry známých pracovních válců vy-plývají z toho, že přímočarý pohyb a rotační pohyb nejsou vy-vozovány jedněmi a týmiž prvky. Pro každý z obou druhů pohybuje totiž určena zvláštní konstrukční jednotka.

Vynález je založený na poznatku, že vyšší účinnosti můžebýt dosaženo tehdy, bude-li zařízení sestávat pouze ze tříhlav ;ích konstrukčních prvků, a to z pracovního válce, pístu 229 618 a hřídele· V tomto případě nevznikne žádná sekundární potře-ba přeměny axiálního pohybu na pohyb rotační, nebot daná dél-ka zdvihu může být zcela využita pro rotační pohyb· Výše uvedeiié nedostatky odstraňuje zařízení pro přeměnupřímočarého pohybu na pohyb rotační, které je opatřené hydrau-lickým nebo pneumatickým válcem, v jehož pracovním prostoruje uložen ve směru osy válce posuvný píst uložený na hřídeli,jehož alespoň jeden konec je vyveden z pracovního prostoruválce podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že pístje na své vnitřní obvodové stěně, která je ve styku s hříde-lem, a nebo na vnější obvodové stěně, která je ve styku s vál-cem, opatřen alespoň jednou šroubovou plochou souosou s vál-cem a hřídelem, proti niž je na hřídeli nebo na vnitřní stě-ně válce vytvořena odpovídající šroubová plocha téhož tvaru,přičemž uložení opačné obvodové stěny pístu vůči válci nebohřídeli je proti otáčení zajištěno·

Podle vynálezu je výhodné, jsou-li odpovídající si šrou-bové plochy tvořeny alespoň jednoduchým vnitřním a vnějším zá-vitem· Tvořícími křivkami odpovídajících šroubových ploch mo-hou být do sebe zapadající mnohoúhelníky. Je výhodné, je-litento mnohoúhelník tvořen pětiúhelníkem· Pro vhodné odděleníčástí pracovního prostoru a utěsnění jsou mezi pístem a válcemi mezi pístem a hřídelem provedena těsnění·

Pro případ, že rotační a přímočarý pohyb mají probíhat sou-časně, jsou píst a hřídel navzájem spojeny pevně. 5 229 618

Zařízení podle vynálezu může být vytvořeno také ve více-násobném provedení. Při zdvojeném uspořádání se mezi hřídelía vnějším pracovním válcem nachází vnitřní pracovní válec amezi vnějším pracovním válcem a vnější plochou vnitřního pra-covního válce je uspořádán první píst a mezi vnitřní plochouvnitřního pracovního válce a hřídelí je uspořádán druhý piet,přičemž mezi pracovními prostory ohraničenými vnitřní a vněj-ší plochou vnitřního pracovního válce jsou vytvořeny spojova-cí kanály.

Vynález je dále blíže objasněn za pomocí příkladů provedeníznázorněných na přiložených výkresech, na nichž značí: - obr. 1 podélný řez jednoho provedení zařízení podle vyná-lezu, - obr. 2 podélný řez jiného provedení zařízení podle vynálezu, - obr. 3 třetí provedení v podélném řezu, - obr. 4 detail spojní pracovního válce, pístu a hřídele v po-délném řezu, - obr. 5 detail spojení dle obr. 4 v příčném řezu, - obr. 6 alternativní řešení uložení válce, pístu a hřídelev podélném řezu, - obr. 7 pohled na uspořádání dle obr. 6 ve směru VII - VII, - obr· 8 další možné řešení spojení pracovního válce, pístua hřídele v podélném řezu, - obr. 9 pohled na uložení dle obr. 8 ve směru IX - IX a - obr. 10 podélný řez zařízením ve dvojnásobné^: uspořádání· 6 229 818

Na obr. 1 je znázorněn podélný řez jednoho provedení pra-covního válce podle vynálezu. Pracovní válec 1 je u tohoto pro-vedení tvořen trubkou zakončenou přírubami a uzavřenou prvním míi/ víkem 2 ® druhým víkem pracovním válcem 1 jsou uspořádány první těsnící kroužek 51 a druhý těsnící kroužek 52. Uvnitř pra-covního válce 1 se nachází hřídel jehož první konec 14 i dru-hý konec 15 vyčnívají z pracovního prostoru 12. nacházejícíhose mezi pracovním válcem 1 a prvním vlkem 2 a druhým víkem 2·Hřídel | je s výhodou uspořádán koaxiálně k pracovnímu válci1 a je uložen otočně ve víkách } a prostřednictvím prvníholožiska 16 a druhého ložiska il· U provedení znázorněného naobr. 1 nemůže hřídel £ vykonávat žádný pohyb ve směru osy. Abybyl pracovní prostor 12 těsně uzavřen, jsou jak první konec 14hřídele 4, tak i jeho druhý konec 15. vyčnívající vlky } a 2'ven, utěsněny prvním těsněním 2 ® druhým těsněním £·

Uzavřený prostor 12. vytvořený v pracovním válci 1, je roz-dělen pístem 6 na spodní část 12' a horní část 12', které jsouvzájemně utěsněny vnějším těsnícím kroužkem 7a a vnitřním těsní-cím kroužkem 7b. Píst 6 se může pohybovat v pracovním prostoru12 v osovém směru. Na obr. 4 až 9 jsou znározněna jednotlivámožná provedení pracovních válců·, pístů a hřídelů, z nichž jezřejmé, že vzájemným uložením píst 6 nemůže měnit svoji okamži-tou polohu vzhledem k pracovnímu válci 1 a hřídeli a tak přisvém pohybu v osovém směru donutí hřídel 4 k úhlovému natoče-ní vzhledem k pracovnímu válci 1^. 229 618 Píst 6 se pohybuje působeni™tlaku kapalného nebo plynné-ho media v pracovním prostoru 12« Pro vstup a výstup mediaslouží u provedení podle obr. 1 první otvor 8 a druhý otvor8* vytvořené v postranních stěnách pracovního válce 1. Tvarovýprofil hřídel£.£ odpovídá spirálové dráze 13. znázorněné čercho-vanou čarou v obr. 1·

Provedení znázorněné na obr. 2 souhlasí v podstatě s pro-vedením dle obr. 1. Rozdíl spočívá v tom, že z pracovníhoprostoru 12 vyčnívá pouze první konec 14 hřídele Po konstrukční stránce spočívá rozdíl v tom, že mezi druhým víkem 2*a pra-covním válcem 1_ je vytvořeno pevné spojení, např· svarový ne-bo šroubový spoj. Přírodní otvory 8 a 8'hydraulického mediajsou zde provedeny v prvním víku 2 a druhém víku 2· Hřídel £se rovněž zde může otáčet pouze kolem vlastní osy, pohybuv axiálním směru brání osazení uložené v prvním víku 2· Jekprvní ložisko 16, tak i druhé ložisko 17 je u tohotor provedenívytvořena jinak než u provedení podle obr. 1.

Na obr. 3 je znázorněno provedení pracovního válce 1 podlevynálezu, u něhož část hřídele £ vyčnívající z pracovního pros-toru 12 může vykonávat jak axiální posuv, tak i úhlové natoče-ní. Hřídel £ je vytvořen ve tvaru válce, na jehož spodní částije vytvořeno profilové, například pětiboké, osazení 18« Píst 6,je opatřen vrtáním pro profilové osazení 18. Píst 6 je pevněspojen s dolním koncem hřídele £ pomocí šroubu 19. Vzájemná po-loha pístu £ a hříoBLe £ se tedy nemůže měnit ani v osovém směru 229 618 ani co do úhlového natočení. U tohoto provedení je vnitřníprofil pracovního válce 1 vytvořen šroubově v souladu se spi-rálovou drahou U· K porozumění funkce pracovního válce podle vynálezu jenutné nejprve uvést vytvoření pracovního válce 1, pístuhřídele £, jakož i možnosti jejich vzájemného pohybu.

Obr. 4 představuje řez, na němž je znázorněno pouze bez-prostřední okolí pístu 6, Obr. 5 představuje půdorys částiznázorněné na‘ obr. 4. U tohoto řešení vykazuje pracovní vá-lec 1 pětiboký vnitřní profil, a vnější plochy 6a pístu 6jsou tomuto profilu přizpůsobeny. Hřídel £ je rovněž vytvořenjako pětiboký, a vnitřní plochy 6b pístu 6 jsou tomuto profiluhřídele £ přizpůsobeny. Všeobecně platí, že při vytvoření pro-filu ve formě pravidelného mnohoúhelníku mezi pístem a pra-covním válcem popřípadě pístem a hřídelí prostřednictvím pří-slušného těsnícího kroužku může být dosaženo vhodného utěsně-ní.

Na obr. 6 a 7 je znázorněno další možné provedení. Navnitřní stěně pracovního válce 1 jsou rovnoběžně s osou vytvo-řeny vodicí drážky Na horním a spodním konci pístu 6 se na-cházejí v místech odpovídajících vodicím drážkám £ půlkruhovéotvory, v kterých jsou uchyceny vodicí čepy 20 a to tak, že kaž-dý vodicí čep 20 tvoří spojení mezi vodicí drážkou £ a na ni na-vazujícím půlkruhovým otvorem pístu 6. Tak se nemohou píst 6a pracovní válec 1 vzájemně natáčet. Obě části pracovního prosto- 9 229 618 ru 12 jsou vzájemně utěsněny pomocí těsnění 21 uspořádanýchna vodicích čepech 20. Mezi vnitřní částí pístu 6 a vnějšípléšíovou plochou 4a hřídele £ je vytvořeno závitové spoje-ní. Závit má velké stoupání a může být také proveden jakovícechodý. Při posuvu pístu 6 ve vnitřním prostoru pracovní-ho válce J. tak dochází k otáčení hřídele £ v souladu a vytvo-řením závitu.

Provedení znázorněné na obr. 8 a 9 je v podstatě shodnés provedením znázorněným na obr. 6 a 7· Zde je zabráněno vzá-jemnému relativnímu pohybu mezi pracovním válcem 1 a pístem6. vodicí tyčí 10 vedené pracovním prostorem 12. Píst £ jev místech odpovídajících vodicí tyči 10 opatřen vrtáními. Utěs-nění mezi vodicí tyčí 10 a pístem 6, je provedeno dvěma malýmitěsnícími kroužky 22 a 21· Hřídel £ a píst 6 jsou zde rovněžvzájemně spojeny závitovým spojem. Stoupání je zvoleno takvelké, aby tření v závitu nebylo na překážku pohybu pístu £v osovém směru. Pevné spojení mezi pístem 6, a hřídelí £ můžebýt přirozeně místo závitového spojení provedeno také vytvoře-ním vícebokého profilu.

Na obr. 10 je znázorněno více společně uspořádaných pracov-ních válců, jež jsou vzájemně odděleny, popřípadě tvoří vzáje-mně komunikující pracovní prostory pouze prostřednictvím přepa-dových otvorů. Vnější pracovní válec 1A je těsně uzavřen prvnímvíkem 2 a druhým víkem 2*· Ve vnitřním prostoru vnějšího pracovního válce 1A se nachází vnitřní pracovní válec 1B. a mezi nimi 10 - 229 618 je uspořádán vnější píst 61. Vnější pláií vnitřního pracovní-ho válce 1B lze považovat vzhledem k vnějšímu pístu 61 zaplášl hřídele. Uvnitř vnitřního pracovního válce 1B je uspořá-dán hřídel 4 a pracovní prostor nacházející se mezi nimi je roz-dělen vnitřním pístem 62 na dvě části. Vnitřní plochy vnitřní-ho pracovního válce 1B vedou vnější plochy vnitřního pístu 62.jehož vnitřní plochy dosedají na plochy hřídele £· Co se týčehydraulického napájení, jsou vnitřní a vnější pracovní prostorvzájemně paralelně spojeny již zmíněnými přepadovými otvory.Hydraulické medium proudí prvním kanálem 24 a druhým kanálem 25uspořádanými v osovém směru dovnitř i ven. 5

Zařízení podle vynálezu pracuje tak, že do jednoho z prosto-rů pracovního prostoru 12 se přivádí tlakové medium, které po-souvá píst 6. v osovém směru. Mezi pracovním válcem 1, pístem6 a hřídelem £, kterým může být také vnější plášl pracovního vál-ce druhého systému u zdvojeného provedení, existuje pevné spoje-ní· U provedení znázorněného na obr. 1 a 2 sleduje profilové vy-tvoření hřídele 4 spirálovou dráhu 13. takže posuv pístu 6 v oso-vém směru je doprovázen otáčením hřídele Relativní natočenípístu 6 vzhledem k pracovnímu válci 1 je aretováno. Přirozeněnemusí být vytvořen jen hřídel £ ve tvaru spirály, ale může býttakto vytvořen i vnitřek pracovního válce 1· Tato možnost je zná-zorněna na obr. 3· Píst 6 vykonává složený pohyb; a totiž otáče-ní kolem osy a pohyb podélosy. U provedení znázorněného na obr. 3je rovněž jak axiální tak i otáčivý pohyb přenášen z pístu 6 na - 11 - 229 818 hřídel £· Je zřejmé, že v případě, kdy neexistuje nutnost pro-vádění axiálního pohybu, může píst 6. klouzat na hřídeli £ av tomto případě přenáší na hřídel £ pouze otáčení·

Kombinací řešení znázorněných na obr. 1 a 3 mohou být vy-tvořeny jak vnitřní profilové plochy pracovního válce 1,, tPk ivnější profilové plochy hřídele £ ve tvaru spirály a v cBsledkuaxiálního posuvu pístu 6 může hřídel £ vykonávat větší úhlové na-točení·

Ve zdvojeném uspořádání znázorněném na obr. 10 je vnitřníprofilová plocha vnějšího pracovního válce 1A vytvořena spirá-lovitě. V důsledku toho je posuv vnějšího pístu 61 doprovázentaké otáčením tohoto pístu, Otáčení vnějšího pístu 61 se přená-ší na vnitřní pracovní Včilec 1B, a když se vnitřní píst 62vnitřního pracovního válce 1B axiálně posouvá a hřídel £ vzhledemk vnitřnímu pracovnímu válci 1B otáčí, dosahuje hřídel £ vzhledemk vnějšímu pracovnímu válci 1A dvakrát tak velkého úhlového nato-čení· Néjvýhodnější je, když tvarové vytvoření odpovídá pravidel-nému polygonu, nebol v tomto případě lze poměrně jednoduše vy-řešit utěsnění. Forma polygonu probíhající spirálovitě podél osymůže být vytvořena známou technologií pro vytváření mnohoúhelní-ků·

Na základě předloženého popisu může odborník mimo konkrét-ních provedení znázorněných na výkresech realizovat ještě četnádalší ekvivalentní konstrukční provedení. Základní podmínka pro 12 - 229 618 použití řešení podle vynálezu je ta, že axiální poauv pístuje spojen s relativním úhlovým natočením pracovního válce 1 ahřídele £, přičemž v žádné poloze pístu nemůže dojít k volné-mu otáčení mezi pístem 6, a pracovním válcem 1, popřípadě mezipístem 6 a hřídelem 4, tzn., že veškerý pohyb je řízen·

Claims (7)

13 PŘEDMĚT VYNÁLEZU 229 618 1· Zařízení pro přeměnu přímočarého pohybu na pohyb rotačníopatřené hydraulickým nebo pneumatickým válcem v jehož pra-covním prostoru je uložen ve směru osy válce posuvný pístuložený na hřídeli, jehož alespoň jeden konec je vyvedenz pracovního prostoru válce, vyznačující se tím, že píst(6) je na své vnitřní obvodové stěně, která je ve stykus hřídelem (4), a nebo na vnější obvodové stěně, která jeve styku s válcem (1), opatřen alespoň jednou šroubovou plo-chou souosou s válcem (1) a hřídelem (4), proti níž je nahřídeli (4) nebo na vnitřní stěně válce (1) vytvořena odpo-vídající šroubová plocha téhož tvaru, přičemž uložení opačnéobvodové stěny pístu (6) vůči válci (1) nebo hřídeli (4) jezajištěno proti otáčení.

2· Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že odpovídajícíšroubové plochy jsou tvořeny alespoň jednochodým vnitřníma vnějším závitem

3. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že odpovídajícísi šroubové plochy mají v příčném průřezu tvar do sebe za-padajících mnohoúhelníků. - 14 229 618

4· Zařízení podle bodu 3» vyznačující se tím, že mnohoúhel-ník je pětiúhelník.

5. Zařízení podle bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že mezipístem (6) a pracovním válcem (1) je uspořádán vnější těs-nící kroužek (7a) a mezi pístem (6) a hřídelem (4) je uspo-řádán vnitřní těsnící kroužek (7b)„

6. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že píst (6) jes hřídelem (4) spojen pevně·

7. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že mezi hřídelem(4) a vnějším pracovním válcem (1A) je uložen vnitřní pra-covní válec (1B), kde mezi vnějším pracovním válcem (1A) avnitřním pracovním válcem (1B) je uspořádán vnější píst (61)a mezi vnitřním pracovním válcem (1B) a hřídelem (4) je uspořádán vnitřní píst (62), přičemž mezi oběma pracovními pros-tory oddělenými vnitřním pracovním válcem (1B) jsou vytvoře-ny spojovací kanály (24, 25)· 5 výkresů