PL163533B1 - Uklad do przeksztalcania ruchu prostoliniowego postepowo zwrotnego na ruch obrotowy PL - Google Patents

Abstract

1. Uklad do przeksztalcania ruchu prostoli- niowego postepowo zwrotnego na ruch obrotowy, do którego naped przekazywany jest poprzez krzywke na walek wprowadzany w ruch obrotowy, znamienny tym, ze pierwszy czlon ukladu zawiera zespól tlokowy (4), korzystnie element wprowa- dzany w ruch postepowo-zwrotny, który sprzezony jest jedna swoja koncówka z krzywka (2, 201, 202, 203, 204,220, 221), której najbardziej oddalona od zespolu tlokowego (4) powierzchnia (5) posiada robocze czesci (20, 21), a drugi czlon ukladu zawiera dwa ramiona prostopadle do wzdluznej osi walka (3), na którym sa sztywno osadzone w polo- zeniu wzajemnie przeciwstawnym i w postaci skrzydel o czesciach (6, 7) wraz z rolka (8, 9) korzystnie stanowia element zamocowany obro- towo na koncu kazdej czesci (6, 7), która przemie- szcza sie po uksztaltowanej roboczo powierzchni (20, 21) krzywki (2, 201, 202, 203, 204, 220, 221) Fig 1a PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ do przekształcania ruchu prostoliniowego posuwisto zwrotnego na ruch obrotowy. Układy tego rodzaju głównie stosuje się w ruchu prostoliniowym, postępowo zwrotnym tłoków napędowych, zwłaszcza silnika spalinowego lub silnika pneumatycznego.

Znane jest ze szwedzkiego opisu patentowego 8 702 622-5 urządzenie do przekształcania ruchu prostoliniowego na ruch obrotowy za pomocą krzywek. Zamiana ruchu prostoliniowego na ruch obrotowy następuje w tym rozwiązaniu dzięki oddziaływaniu poruszającego się prostoliniowego członu na krzywkę zamontowaną na wale. Urządzenie zawiera dwie krzywki zamontowane we wzajemnie równoległym układzie. Każda krzywka zaopatrzona jest we wzajemnie przeciwległe rozmieszczone części w postaci skrzydła, które wystają z wałka, przy czym krzywki przesunięte są względem siebie o kąt 90°. Urządzenie zawiera również dwa człony poruszające się liniowo w kierunku dd i do wałka za pomocą układu napędowego, gdzie pierwszy człon współpracuje z pierwszą krzywką, a drugi człon z drugą krzywką. Oba człony umieszczone są naprzeciwko siebie i poruszają się w kierunku od i do wałka. Człony są połączone ze sobą przez łącznik dystansowy.

Przedstawione urządzenie w efekcie ma zapewniony wyższy maksymalny moment niż konwencjonalny wał korbowy posiadający tą samą wielkość skoku. Wał korbowy podlega działaniu siły raz w ciągu jednego obrotu, a i wtedy tylko podczas jednej połowy obrotu. Jednakże układ dwóch cylindrów przesuniętych w fazie o 180° daje w efekcie dwa ekstrema momentu w ciągu jednego obrotu. Urządzenie to zawiera dwa cylindry i dwie krzywki, które dają cztery ekstrema momentu w trakcie każdego obrotu wałka, którym jeden z członów oddziaływuje ciągle na jedną z krzywek. Prędkość obrotowa wału liczona na jeden suw pracy napędu jest mniejsza o połowę niż uzyskana za pomocą wałka napędzanego przez dwa cylindry via wał korbowy. Badania wykonane z użyciem urządzenia stanowią w porównaniu z klasycznym wałem korbowym napędzanym przez to samo źródło napędowe o tym samym skoku, uzyskany za pomocą tego urządzenia wyższą wartość momentu maksymalnego jak i średniej wielkości momentu.

Urządzenie to ma pewne zalety w porównaniu z klasycznym wałem korbowym przy przekształcaniu ruchu prostoliniowego na ruch obrotowy. Pomimo tego urządzenie to ma pewne poważne niedogodności spowodowane głównie przez fakt przymocowania krzywki do obracanego wałka. Na skutek tego wykonanie krzywki jest zarówno kosztowne jak i skomplikowane. Poza tym, urządzenie to w kierunku zgodnym z przedłużeniem cylindra ma duży gabaryt, skąd ukształtowanie krzywki i uzyskanie najkorzystniejszego suwu powrotnego jest utrudnione. Zmiana ukształtowania krzywki w celu uzyskania innego wykresu momentu jest kosztowna.

Celem rozwiązania według wynalazku jest wyeliminowanie niedogodności występujących w znanych układach i urządzeniach przystosowanych do różnych potrzeb oraz dowolnego ich stosowania.

Układ przekształcający ruch prostoliniowy, postępowo-zwrotny na ruch obrotowy, w którym napęd przekazywany jest poprzez krzywkę na wałek wprowadzany w ruch obrotowy, w rozwiązaniu według wynalazku zawiera w pierwszym członie układu zespół tłokowy lub korzystnie element wprowadzony w ruch postępowo-zwrotny i sprzężony jedną swoją końcówką z krzywką, której najbardziej oddalona od zespołu tłokowego powierzchnia posiada ukształtowane robocze części, a drugi człon układu zawiera dwie sztywno zamocowane, w położeniu wzajemnie przeciwstawnym wystające z wałka części w postaci skrzydeł wraz z rolką lub korzystnie elementem zamocowanym obrotowo na końcu każdego ramienia w postaci skrzydła, które przemieszcza się po ukształtowanej roboczo powierzchni krzywki.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1a do 1i przedstawiają schematycznie fazy jednego obrotu wałka wchodzącego w skład układu, fig. 2 - w widoku z boku układ zawierający zespół napędowy, fig. 3 - w widoku z góry układ zawierający dwa wzajemnie przeciwstawne zespoły napędowe połączone łącznikiem dystansowym, fig. 4 - w widoku z boku układ z fig. 3, fig. 5a - w widoku z boku układ zawierającego cztery zespoły napędowe, fig. 5b - położenie poszczególnych części układu z fig. 5a, fig. 6a do 6d - różne rodzaje prowadnic krzywki będące częścią układu, fig. 7a, 7b w powiększeniu, zmodyfikowany przykład wykonania drugiego członu układu, fig. 8 - w widoku z boku układ zawierający dwa składniki ⁴ 163 533 wykonujące ruch obrotowy w przeciwnych kierunkach, fig. 9 - w widoku z góry układ z fig. 8.

Na figurze la uwidoczniono schematycznie układ według wynalazku, w danym momencie obrotu. Na fig. 1b do li uwidocznione są schematycznie poszczególne fazy jednego obrotu wałka układu. Zadaniem układu będącego przedmiotem wynalazku jest przekształcanie wykonywanego przez zespół napędowy 1 ruchu prostoliniowego na ruch obrotowy, zespół napędowy 1 współpracuje z krzywką 2 w przekazywaniu ruchu obrotowego na wałek 3. Układ będący według wynalazku zawiera pierwszy człon lub zespół zawierający co najmniej jeden zespół tłokowy 4 lub korzystnie element przemieszczany w ruch posuwisto zwrotny i krzywkę 2, sprzężoną z jednym końcem zespołu tłokowego 4. Uwidoczniony w przykładzie wykonania na fig. 1 zespół tłokowy 4 zawiera dwa wzajemnie równoległe pręty będące częścią napędu, przykładowo stanowiące trzony tłokowe układu tłok cylinder. Zakrzywione części robocze krzywki wykonane są tylko na powierzchni 5 krzywki 2 w obszarze najbardziej odległym od zespołu tłokowego 4.

Układ zawiera także drugi człon lub zespół, który posiada wystające z wałka 3 dwie, sztywno zamocowane, rozmieszczone wzajemnie przeciwstawnie części 6, 7 w postaci skrzydeł na końcu których jest zamocowana obrotowa rolka 8, 9 lub korzystnie element przemieszczający się po krzywce 2.

Dwa wzajemnie przeciwstawne i wystające na zewnątrz skrzydła części 6, 7 (fig. 2) ukształtowane są przez dwa wykonane w kształcie skrzydła wzajemnie równoległe i sąsiadujące ze sobą łączniki 10, 11 pomiędzy którymi umocowane są zewnętrzne części rolek 8,9. Każdy z łączników 10, 11 jest połączony z częścią wałka 3 wychodzącą z centralnej części poszczególnego łącznika 10, 11 (fig. 2), a wałek 3 stanowią dwa jego segmenty rozmieszczone z zachowaniem dystansu 12 pomiędzy łącznikami 10, 11. Zespół napędowy 1 (fig. 1a) w postaci dwucylindrowego 13, 14, jednosuwowego silnika pneumatycznego posiada trzony tłokowe 4.

Każdy z cylindrów ma kanały wlotowe 15, 16, przez które tłoczone jest sprężone powietrze oraz kanały wylotowe 17, 18 służące przewietrzaniu cylindra po każdym suwie pracy. Ponieważ obydwa trzony tłokowe 4 są połączone na sztywno z krzywką 2 to też obydwa tłoki są zsynchronizowane. Krzywka 2 posiada dwie części robocze 20,21 (fig. 1b) z których pierwsza 20 współpracuje z rolkami 8, 9 podczas wykonywania przez zespół tłokowy 4 suwu pracy, a druga część 21 współpracuje z rolkami 8, 9 w celu wykonania suwu powrotnego przez trzony tłokowe 4. Obie części robocze 20, 21 stykają się w przybliżeniu w połowie krzywki a ich tor przemieszczania stanowi krzywką ciągłą.

Na figurze 1b do 1i uwidoczniony jest suw roboczy i suw jałowy. Na fig. 1b uwidoczniono położenie wyjściowe. Trzony tłokowe 4 przemieszczają krzywkę 2 ku dołowi wprowadzając w ruch obrotowy wałek 3 z położenia wyjściowego w kierunku wskazanym przez strzałkę 22. Kiedy krzywka 2 przemieszcza się w dół podczas swojego suwu pracy, rolka 8 toczy się po części 20 krzywki 2. Podczas ruchu krzywki 2 w dół rolka 8 przemieszcza się w stronę boku krzywki (fig. 1d) do położenia uwidocznionego na fig. 1e. Po osiągnięciu tego położenia suw pracy jest zakończony. Najniższa część krzywki (fig. 1e) znajduje się poniżej poziomu na którym umieszczony jest wałek 3. Z tego powodu wałek 3 stanowią dwa segmenty, stąd krzywka może przekroczyć położenie wałka 3, wpływaaąc na znaczne zredukowanie wysokoścć układu w porównaniu z urządzeniem znanym zz. stanu techniki.

Na figurze 2 uwidoczniony jest w przykładzie wykonania układ według wynalazku, zawierający koło zamachowe 23, które zapewnia obrót wałka 3 po zakończeniu suwu roboczego i wykonanie suwu jałowego (fig. 1f do 1i). Podczas suwu jałowego koło zamachowe 23 wprowadza wałek 3 w ruch obrotowy w kierunku wskazanym strzałką 22. Rolka 9 przemieszcza się po części 21 zmuszając krzywkę 2 do ruchu w górę w obszarze uzyskanego położenia z fig. li. Po osiągnięciu tego położenia jałowy suw powrotny jest zakończony, a po nim następuje suw roboczy, w którym rolka 9 przemieszcza się po części 20 krzywki 2 i kolejny cykl z suwem powrotnym oraz następnymi fazami.

Dwie ekstremalne wartości momentu występują w tym układzie na każdy obrót wałka 3. Wielkość momentu zespołu napędowego oraz jego rozkład podczas suwu roboczego zależy od kształtu pierwszej części 20 krzywki 2. W celu uzyskania możliwie dużego momentu początek krzywej 20 powinien mieć stosunkowo duży spadek. Podczas dalszego przemieszczania rolki po

163 533 5 torze krzywki (fig. 1d) wielkość momentu uzyskiwana jest dzięki dłuższemu ramieniu momentu stąd ta część krzywej może posiadać ukształtowanie stosunkowo płaskiej krzywej.

Ukształtowanie zarysu krzywki może być łatwo przystosowane, stąd moment jest rozłożony w żądany sposób podczas suwu pracy. Różne rozkłady momentu mogą być odpowiednie dla różnych zastosowań. W odróżnieniu od urządzenia opisanego w stanie techniki krzywka posiada wyprofilowany cały obwód, zaś w rozwiązaniu według wynalazku wystarczy ukształtowanie zarysu tylko jednej powierzchni krzywki najbardziej odległe od zespołu trzonu tłokowego 4. Pozostała część krzywki może mieć dowolne ukształtowanie zarysu najlepiej równoległościenne.

W korzystnym przykładzie wykonania układu według wynalazku ukształtowanie obu części roboczych 20 i 21 zapewnia po zakończeniu suwu pracy rolce 8 współpracę z krzywką i w trakcie tego suwu podparcie się o część 20 krzywki 2 drugą rolką 9 opierającą się o część 21. W ten sposób eliminuje się ryzyko zderzenia gdy rolka mająca rozpocząć suw powrotny wchodzi w styczność z krzywką. W urządzeniu znanym ze stanu techniki jest to możliwe tylko przy bardzo określonych ukształtowaniach zarysu krzywek.

Jednakże nie zawsze jest konieczne, lub pożądane aby rolka wykonująca suw powrotny wchodziła w pełną styczność z krzywką dokładnie w momencie zakończenia suwu pracy przez drugą rolkę. W rozwiązaniu tym musi być zapewnione bardzo precyzyjne wzajemne dostosowanie ukształtowania zarysu roboczego obu części krzywki, w przypadku, gdy obie rolki nie stykają się z zarysem krzywki jednocześnie (inaczej niż w rozwiązaniu przedstawionym na fig. 1e), stąd pierwsza rolka powinna być prawie w styczności z powierzchnią roboczą krzywki w momencie gdy druga rolka zakończy suw pracy.

Zgodnie z korzystnym przykładem wykonania urządzenie zawiera rozmieszczone pomiędzy łącznikami 10, 11 dodatkowe rolki 24, 25 usytuowane pomiędzy zewnętrzną, a centralną częścią łącznika (fig. 7a). Zadaniem ich jest wejście w styczność z częścią 21 krzywki 2 po zakończeniu suwu pracy, gdy rolka 8 wykonująca suw pracy jest w styczności z częścią 20 krzywki 2. Z porównania rozwiązań uwidocznionych na fig. 7a i fig. 7b rolka 9 będzie również w styczności z częścią 21 krzywki 2 po wykonaniu przez wałek 3 obrotu o dany niewielki kąt. Przy dalszym obrocie wałka, w styczności z zakrzywioną częścią 21 będzie tylko rolka 9.

W korzystnym przykładzie wykonania krzywka 2 zawiera przelotową szczelinę 26 przebiegającą równolegle, w pewnej odległości poniżej części 21 krzywki 2 o którą opiera się rolka 8, 9 podczas suwu jałowego. Gdy rolka wchodzi w styczność z częścią 21 szczelina 26 łagodzi zetknięcie się rolki i krzywki. Język 27 powstały dzięki szczelinie 26 ugnie się wtedy lekko w kierunku pokazanym przez strzałkę 28 na fig. 7a.

Powyższy opis został przedstawiony w odniesieniu tylko do jednego przykładu wykonania, w którym na krzywkę oddziaływują dwa dwusuwowe pneumatyczne silniki.

Układ może składać się z kilku pierwszych i drugich członów współpracujących z jednym i tym samym wałkiem. Na fig. 5a uwidoczniony jest w przykładzie wykonania układ zawierający cztery krzywki 201202,203,204. Krzywki te oddziaływują na cztery pary łączników Dl, 102,103 D4, na których zamontowane są poszczególne rolki, a nośniki są sztywno połączone z jednym i tym samym wałkiem 130. Układ napędowy stanowią cztery pary dwusuwowych pneumatycznych okładów tłok-cylinder 30, 31, 32, 33. Położenie z fig. 5a przedstawione jest na fig. 5b z uwzględnieniem położenia poszczególnych krzywek i łączników. Układy napędowe z fig. 5b posiadają takie same oznaczenia jakich użyto na fig. 5a, a kierunki obrotu określono strzałką. Można również użyć innego rodzaju napędu niż silnik pneumatyczny.

W korzystnym przykładzie wykonania zespół napędowy stanowi dwusuwowy silnik spalinowy, w którym, suw roboczy wykonywany jest każdorazowo przy ruchu tłoka w dół, a suw jałowy każdorazowo przy ruchu tłoka w górę. Układ napędowy tego typu nie stanowi części układu według wynalazku, stąd nie jest szczegółowo opisywany, ale zaletą tego układu jest brak mocowania pomiędzy krzywką a rolką. Umożliwia to wyłączenie z pracy jednego lub więcej elementów napędu gdy nie jest konieczny pobór pełnej mocy układu. Przeprowadza się tą operację bardzo łatwo, blokując tłok w jego górnym zwrotnym położeniu pokazanym na fig. 5a. W wyniku tego współpracujące z unieruchomioną krzywką 2 łączniki 10, 11 i rolki 8, 9 obracające się razem z wałkiem 3 nie wchodząc w kontakt z krzywką 2 lub krzywkami.

Jeżeli rolki 8,9 po zakończeniu suwu roboczego wchodzą jednocześnie w styczność z częściami roboczymi 20, 21 krzywki 2 to tłoki napędu są zsynchronizowane.

163 533

Zgodnie z jednym z preferowanych przykładów wykonania dwa lub więcej zespołów napędowych synchronizowanych jest ze sobą czysto mechanicznie przez połączenie za pomocą łącznika dystansowego 34 (fig. 3 i fig. 4). Oznaczenia 35,36 z fig. 3 i 4 odnoszą się do dwóch par łączników 10, 11. Łącznik dystansowy 34 posiada proste boki 37,38 biegnące równolegle do zespołu tłokowego 4 i poruszające się po łożyskach 39, 40, 41, 42 przenoszących siły boczne występujące podczas współpracy rolek 8, 9 z krzywkami 2.

W przykładach wykonania bez łącznika dystansowego 34 siły boczne muszą być przenoszone innym sposobem. Na fig. 6a i 6b uwidoczniona jest w przykładzie wykonania krzywka 2 przemieszczająca się pomiędzy rzędami naprzeciwległych łożysk 43, 44, 45, 46, 47, 48. Na fig. 6c i 6d uwidoczniony jest alternatywny przykład wykonania, gdzie krzywka 2 porusza się po łożyskach ślizgowych w prowadnicach 49, 50.

Na figurze 8 i 9 uwidoczniony jest w jeszcze jednym przykładzie wykonania przedmiot wynalazku zawierający dwie wzajemnie połączone krzywki 220, 221. Części robocze krzywek 2 ukształtowane są tak stanowiąc wzajemne odbicia lustrzane, a krzywka 220 wprowadza w ruch obrotowy drugi człon układu 222 w kierunku prawej strony na fig. 9, a krzywka 221 wprowadza w ruch obrotowy człon 223 w kierunku lewej strony na fig. 9. Układ ten pozwala zredukować mogące wystąpić obciążenia ukośne. Jest on szczególnie efektywny, gdy obie krzywki są położone blisko siebie.

W przykładzie wykonania uwidocznionym na fig. 8 i 9 drugie człony układu są połączone za pośrednictwem układu kół zębatych zawierających dwa koła talerzowe 224, 225 i cztery koła obiegowe 226, 227,228, 229. Koła obiegowe obracają się wokół osi zamontowanych na sztywno w stosunku do całego układu. Każde z kół talerzowych połączone jest z odpowiednią osią 230, 231.

Układ według wynalazku eliminuje niedogodności występujące w urządzeniu znanym ze stanu techniki.

Fig. 7α

Fig. 3 Fig. 4

Fig. 1b .DtHl

Fig. 1c

Fig. 1d l_h

Fig 1e

Fig. 1g

Fig. 1i

Fig 1h

-0-,-4-

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ do przekształcania ruchu prostoliniowego postępowo zwrotnego na ruch obrotowy, do którego napęd przekazywany jest poprzez krzywkę na wałek wprowadzany w ruch obrotowy, znamienny tym, że pierwszy człon układu zawiera zespół tłokowy (4), korzystnie element wprowadzany w ruch postępowo-zwrotny, który sprzężony jest jedną swoją końcówką z krzywką (2, 201, 202, 203, 204, 220, 221), której najbardziej oddalona od zespołu tłokowego (4) powierzchnia (5) posiada robocze części (20, 21), a drugi człon układu zawiera dwa ramiona prostopadłe do wzdłużnej osi wałka (3) na którym są sztywno osadzone w położeniu wzajemnie przeciwstawnym i w postaci skrzydeł o częściach (6, 7) wraz z rolką (8, 9) korzystnie stanowią element zamocowany obrotowo na końcu każdej części (6, 7), która przemieszcza się po ukształtowanej roboczo powierzchni (20, 21) krzywki (2, 201, 202, 203, 204, 220, 221).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że krzywka (2,201,202,203,204,220,221) posiada części robocze (20, 21) z których część (20) współpracuje z rolkami (8,9) podczas suwu roboczego wykonywanego przez zespół tłokowy (4) a część (21) współpracuje z rolkami (8,9) podczas suwu jałowego wykonywanego przez zespół tłokowy (4).
3. 3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że dwie ukształtowane robocze części (20, 21) są połączone i stanowią zarys o krzywej ciągłej powierzchni.
4. 4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że ukształtowane części robocze (20, 21) mają położenie zapewniające po zakończeniu suwu roboczego jednej z rolek (8, 9) sprzężenie z krzywką (2) w zakresie tego suwu stanowiące styczność z częścią (20) zaś drugą z rolek (8,9) w tym czasie jest w obszarze bliskim sprzężenia z częścią (21) krzywki (2).
5. 5. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że dwie robocze części (20,21) mają ukształtowanie zapewniające po zakończeniu suwu roboczego położenie jednej z rolek (8,9) wywołujących ten suw położenie styczne z częścią (20) krzywki (2) i położenie drugiej z rolek (8, 9) w styku z częścią (21) krzywki (2).
6. 6. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że krzywki (2) zawierają przelotową szczelinę (26) przebiegającą równolegle i w pewnej odległości poniżej części roboczej (21) krzywki (2) po której przemieszcza się rolka (8, 9) podczas suwu jałowego.
7. 7. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że dwie wzajemnie przeciwstawnie rozmieszczone i wystające na zewnątrz w postaci skrzydła części (6, 7) ukształtowane są przez dwa wzajemnie równoległe i sąsiadujące ze sobą łączniki (10,11,101,102,103,104,105,106,107,1018,109,110,111, 112, 113, 114) stykające się z zewnętrznymi częściami rolek (8,9), przy czym każdy z łączników (10, 11, 101, 102, 103, 104,105, 106,107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114) połączony jest z częścią wałka (3,130) wyprowadzoną z centralnej części poszczególnego łącznika (10,11; 101,102,103,104,105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114).
8. 8. Układ według zastrz. 7, znamienny tym, ze pomiędzy łącznikami (10,11) umieszczona jest dodatkowa rolka (24, 25) usytuowana pomiędzy zewnętrzną a centralną częścią łącznika (10,11), która po zakończeniu suwu roboczego styka się z roboczą częścią (21) krzywki (2) przy czym jedna z rolek (8, 9) współpracuje z krzywką (2) w suwie roboczym jest jeszcze w styczności z częścią (20) krzywki (2).
9. 9. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, ze zawiera co najmniej dwa pierwsze (4,2) i drugie (6, 9) człony układu, przy czym pierwsze człony układu połączone są za pomocą łącznika dystansowego (34).
10. 10. Układ według zastrz. 9, znamienny tym, ze łącznik dystansowy (34) posiada proste boki (37, 38) równoległe do zespołu tłokowego (4) i łącznik (34) przemieszczany w łożyskach (39,40,41,42) przenoszących występujące siły boczne.
11. 11. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, ze napęd (1) ma postać dwucylindrowego (13,14), jednosuwowego silnika pneumatycznego, którego trzony tłokowe (4) połączone są z tą samą kizywką (2).

    163 533