RU2328640C2

RU2328640C2 - Pulse drive

Info

Publication number: RU2328640C2
Application number: RU2006125871/11A
Authority: RU
Inventors: Глеб Юрьевич Волков (RU); Глеб Юрьевич Волков; Михаил Михайлович Бутаков (RU); Михаил Михайлович Бутаков
Priority date: 2006-07-17
Filing date: 2006-07-17
Publication date: 2008-07-10
Also published as: RU2006125871A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to pulsed drives designed to vary output shaft r.p.m. and can be used in various machinery. The drive incorporates a post, a motor, a driving shaft with a cam, a driven ratchet wheel with a pawl provided with a tooth to interact with the said ratchet wheel and a hole to interact with the cam. Note that the drive is furnished with the pawl position control system. The control system consists of an electrical magnet mounted onto the post nearby the pawl tooth and designed to hold out of contact with the ratchet wheel, and another electrical magnet arranged opposite the pawl medium part and designed to press it against the ratchet wheel.

EFFECT: automatically controlled gear ratio.

3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к импульсным приводам, применяемым для изменения скорости вращения выходного вала, и может быть использовано в различных машинах.The invention relates to mechanical engineering, namely to pulse drives used to change the speed of rotation of the output shaft, and can be used in various machines.

Известны импульсные приводы, содержащие генератор импульсов, передаточный механизм и механизм свободного хода. В части из них варьирование скорости вращения выходного вала достигается за счет изменения амплитуды импульсов в генераторе (например: Мальцев В.Ф. Механические импульсные передачи. Изд. 3-е. М.: Машиностроение. 1978. 376 с., - с.26) или в передаточном механизме (например: Мальцев В.Ф. Механические импульсные передачи. Изд. 3-е. М.: Машиностроение. 1978. 376 с., - с.27). Причем это варьирование производится путем изменения геометрических параметров звеньев в том числе автоматически (например Мальцев В.Ф. Механические импульсные передачи. Изд. 3-е. М.: Машиностроение. 1978. 376 с. - с.62). В других приводах варьирование происходит за счет использования сил инерции (Леонов А.И. Инерционные автоматические трансформаторы вращающего момента. - М.: Машиностроение, 1978. - 224 с., ил. - с.9-19).Known pulse drives containing a pulse generator, gear and freewheel. In some of them, the variation in the speed of rotation of the output shaft is achieved by changing the amplitude of the pulses in the generator (for example: Maltsev V.F. Mechanical Pulse Transmissions. Ed. 3rd. M.: Mechanical Engineering. 1978. 376 p., - p. 26 ) or in the transmission mechanism (for example: Maltsev V.F. Mechanical impulse transmissions. Ed. 3rd. M.: Mechanical Engineering. 1978. 376 p., - p. 27). Moreover, this variation is carried out by changing the geometric parameters of the links, including automatically (for example, Maltsev VF Mechanical impulse transmissions. Ed. 3rd. M: Mechanical Engineering. 1978. 376 p. - p.62). In other drives, variation occurs due to the use of inertia forces (Leonov A.I. Inertial automatic torque transformers. - M.: Mashinostroenie, 1978. - 224 p., Ill. - p. 9-19).

Общим недостатком упомянутых приводов является конструктивная сложность механической части системы управления, которая делает нерациональным использование этих приводов в большинстве реальных машин.A common drawback of these drives is the structural complexity of the mechanical part of the control system, which makes it irrational to use these drives in most real machines.

Известна храповая передача вращательного момента, снабженная устройством уменьшения скорости (GB 580046 A, F16Н 29/02, опубликована 26.08.1946). Она содержит ведущий кулачок, коромысловый толкатель, собачку, закрепленную на толкателе и взаимодействующую с ведомым храповым колесом, а также устройство управления, обеспечивающее удержание коромыслового толкателя в верхнем положении вне контакта с кулачком. Конструкция содержит пружины: прижимающую собачку к храповому колесу, толкатель к кулачку и пружину, удерживающую толкатель в верхнем положении.Known ratchet torque transmission equipped with a speed reduction device (GB 580046 A, F16H 29/02, published 26.08.1946). It contains a leading cam, rocker pusher, a dog mounted on the pusher and interacting with the driven ratchet wheel, as well as a control device that ensures that the rocker pusher is held in the upper position out of contact with the cam. The design contains springs: pressing the dog to the ratchet wheel, the pusher to the cam and the spring holding the pusher in the upper position.

Большое количество пружин и кинематических пар делает конструкцию сложной и снижает ее КПД и надежность работы.A large number of springs and kinematic pairs makes the design complex and reduces its efficiency and reliability.

Наиболее близкой по совокупности конструктивных признаков к предлагаемому изобретению является простейшая храповая передача (Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике: Справочное пособие для инженеров, конструкторов и изобретателей. В 7-ми Т.-Т. 3. 2-е изд., перераб. - М.: Наука, 1979 г. - с.102), которая содержит стойку, ведущий вал с установленным эксцентриком - генератор импульсов, ведомое храповое колесо и собачку, имеющую зуб для взаимодействия с храповым колесом и отверстие для взаимодействия с эксцентриком.The closest set of design features to the proposed invention is the simplest ratchet transmission (Artobolevsky II Mechanisms in modern technology: A reference guide for engineers, designers and inventors. In 7 T.-T. 3. 2nd ed., revised - M .: Nauka, 1979 - p.102), which contains a stand, a drive shaft with an eccentric mounted — a pulse generator, a driven ratchet wheel and a dog with a tooth for interacting with a ratchet wheel and an opening for interacting with an eccentric.

Недостаток этого импульсного привода - отсутствие регулирования передаточного отношения.The disadvantage of this pulse drive is the lack of gear ratio regulation.

Для устранения этого недостатка в импульсном приводе, содержащем стойку, двигатель, ведущий вал с эксцентриком, ведомое храповое колесо и собачку, на которой выполнены зуб для взаимодействия с храповым колесом и отверстие для взаимодействия с эксцентриком, привод снабжен системой управления положением собачки, включающей два электромагнита, один из которых установлен на стойке вблизи зуба собачки и предназначен для ее удержания вне контакта с храповым колесом, а другой электромагнит расположен напротив средней части собачки и предназначен для ее прижатия к храповому колесу.To eliminate this drawback in a pulse drive containing a rack, an engine, a drive shaft with an eccentric, a driven ratchet wheel and a dog, on which a tooth for interacting with a ratchet wheel and an opening for interacting with an eccentric are made, the drive is equipped with a dog position control system including two electromagnets , one of which is mounted on a rack near the dog’s tooth and is designed to hold it out of contact with the ratchet wheel, and the other electromagnet is located opposite the middle part of the dog and is intended Designed to hold it against the ratchet wheel.

Указанное расположение электромагнитов обеспечивает их работу не на притягивание, а только на удержание собачки, что минимизирует энергопотери и габариты электромагнитов.The indicated location of the electromagnets ensures their work not to attract, but only to keep the dog, which minimizes the energy loss and dimensions of the electromagnets.

При отключенной собачке ведущий вал накапливает кинетическую энергию, а при включенной отдает ее храповому колесу, вращая последнее. Частота и продолжительность включения задается системой управления собачки в зависимости от скорости вращения ведущего вала. При этом максимальная средняя скорость ведомого вала соответствует передаточному числу храповой передачи, а минимальная средняя скорость практически не ограничена. Максимальный вращающий момент T₂ на храповом колесе ограничен условием А_i<К·Е₁,With the dog turned off, the drive shaft accumulates kinetic energy, and when turned on, it gives it to the ratchet wheel, rotating the latter. The frequency and duration of inclusion is set by the dog control system depending on the speed of rotation of the drive shaft. Moreover, the maximum average speed of the driven shaft corresponds to the ratchet gear ratio, and the minimum average speed is practically unlimited. The maximum torque T ₂ on the ratchet wheel is limited by the condition A _i <K · E ₁ ,

где A_i - полезная работа при повороте храпового колеса на один угловой шаг,where A _i - useful work when turning the ratchet wheel by one angular step,

E₁ - кинетическая энергия ведущего звена,E ₁ - kinetic energy of the leading link,

;

,

;

,

z₂ - число зубьев храпового колеса,z ₂ - the number of teeth of the ratchet wheel,

J₁ - приведенный момент инерции ведущего вала, ω₁ - его угловая скорость,J ₁ is the reduced moment of inertia of the drive shaft, ω ₁ is its angular velocity,

К - коэффициент полноты использования кинетической энергии маховика, тогда

, приняв К=0.5, получаем T₂=0.04·J₁·ω₁ ²·z₂ K is the coefficient of completeness of the use of the kinetic energy of the flywheel, then

taking K = 0.5, we obtain T ₂ = 0.04 · J ₁ · ω ₁ ² · z ₂

На фиг.1 изображен предлагаемый привод.Figure 1 shows the proposed drive.

На фиг.2 - его разрез по А-А.Figure 2 is a section along aa.

На фиг.3 - схема движений собачки.Figure 3 is a diagram of the movements of the dog.

Импульсный привод (фиг.1, 2), содержит стойку 1, двигатель 2, ведущий вал 3 с эксцентриком 4, ведомое храповое колесо 5, собачку 6, на которой выполнены зуб для взаимодействия с храповым колесом 5 и отверстие для взаимодействия с эксцентриком 4. Система управления положением собачки содержит два электромагнита 7 и 8. Дополнительно привод снабжен обратной собачкой 9 с пружиной 10 и торсионным валом 11.The pulse drive (Fig.1, 2), contains a rack 1, an engine 2, a drive shaft 3 with an eccentric 4, a driven ratchet wheel 5, a dog 6 on which a tooth is made for interacting with a ratchet wheel 5 and an opening for interacting with an eccentric 4. The control system for the position of the dog contains two electromagnets 7 and 8. Additionally, the drive is equipped with a reverse dog 9 with a spring 10 and a torsion shaft 11.

На фиг.3 представлены траектории движения зуба собачки при различных режимах. Кривая I соответствует движению зуба собачки, опирающейся на упор электромагнита 7. Кривая II характеризует траекторию зуба собачки, постоянно взаимодействующего с храповым колесом. Кривая III соответствует множеству положений зуба собачки, опирающейся на упор электромагнита 8.Figure 3 presents the trajectories of the dog’s tooth in various modes. Curve I corresponds to the movement of the dog’s tooth, resting on the emphasis of the electromagnet 7. Curve II characterizes the trajectory of the dog’s tooth, constantly interacting with the ratchet wheel. Curve III corresponds to the multiple positions of the dog’s tooth, based on the emphasis of the electromagnet 8.

Привод работает следующим образом.The drive operates as follows.

В силовом цикле движения звеньев включается электромагнит 7, приближающий собачку к храповому колесу. При этом, в фазе рабочего хода, собачка не опирается на упор электромагнита, а взаимодействует с зубом храпового колеса, поворачивая последнее. На фиг.3 этой фазе движения соответствует участок траектории АБ.In the power cycle of the link movement, an electromagnet 7 is turned on, bringing the dog closer to the ratchet wheel. At the same time, in the phase of the stroke, the dog does not rely on the emphasis of the electromagnet, but interacts with the tooth of the ratchet wheel, turning the latter. In figure 3, this phase of movement corresponds to a section of the trajectory AB.

В фазе обратного хода собачка опирается на упор электромагнита 7, а ее зуб отходит от храпового колеса и движется по траектории БВА. При движении по данной траектории в конце обратного хода зуб собачки мягко ложится в соответствующую впадину венца храпового колеса. Это позволяет избежать удара собачки о следующий зуб, что уменьшает шум при работе передачи.In the reverse phase, the dog rests on the emphasis of the electromagnet 7, and its tooth moves away from the ratchet wheel and moves along the BVA path. When moving along this trajectory at the end of the reverse stroke, the dog’s tooth gently rests in the corresponding cavity of the ring of the ratchet wheel. This avoids hitting the dog on the next tooth, which reduces noise during gear operation.

В цикле накопления энергии включается электромагнит 8, при этом собачка касается его упора в фазе своего обратного хода, и остается притянутой к этому упору в течение следующего цикла, не опираясь на храповое колесо. На фиг.3 это траектория III. Таким образом, включением соответствующих электромагнитов 7 и 8 обеспечивается работа механизма в силовом или накопительном режиме.In the cycle of energy storage, the electromagnet 8 is turned on, while the dog touches its stop in the phase of its return stroke, and remains attracted to this stop during the next cycle, not relying on the ratchet wheel. 3, this is trajectory III. Thus, the inclusion of the respective electromagnets 7 and 8 ensures the operation of the mechanism in power or storage mode.

В случае работы механизма в автоматическом режиме система управлением положением собачки обеспечивает включение электромагнита 7 при достижении ω₁>[ω]. При этом привод функционирует в силовом цикле. При скорости ω₁<[ω] система управления отключает электромагнит 7 и включает электромагнит 8, то есть переводит привод в режим накопления энергии. В течение одного или нескольких последующих циклов ведущий вал накапливает кинетическую энергию, разгоняясь до скорости ω₁>[ω] и снова включается электромагнит 7.In the case of the mechanism in automatic mode, the dog position control system enables the inclusion of the electromagnet 7 when reaching ω ₁ > [ω]. In this case, the drive operates in the power cycle. At a speed of ω ₁ <[ω], the control system turns off the electromagnet 7 and turns on the electromagnet 8, that is, puts the drive in energy storage mode. During one or several subsequent cycles, the drive shaft accumulates kinetic energy, accelerating to a speed of ω ₁ > [ω] and the electromagnet 7 is turned on again.

Обратная собачка предотвращает возвращение храпового колеса назад под действием момента сопротивления T₂ на выходном валу, что обеспечивает гарантированное зацепление собачки с храповым колесом в следующем цикле взаимодействия.The reverse dog prevents the ratchet wheel from returning under the influence of the resistance moment T ₂ on the output shaft, which ensures guaranteed engagement of the dog with the ratchet wheel in the next interaction cycle.

Минимальное число зубьев храпового колеса ограничено допустимым изменением угла давления в храповом зацеплении z₂≈30. С учетом этого ограничения предлагается использовать данный привод для автоматического регулирования передаточного отношения в зависимости от приложенного крутящего момента T₂ в диапазоне передаточных отношений от 30 до 300.The minimum number of teeth of the ratchet wheel is limited by the permissible change in the pressure angle in the ratchet gear z ₂ ≈30. Given this limitation, it is proposed to use this drive to automatically control the gear ratio depending on the applied torque T ₂ in the gear ratio range from 30 to 300.

Применение привода возможно в машинах, где не требуется повышенная плавность движения, например, в задвижках запорной арматуры, винтовых подъемниках и так далее.Application of the drive is possible in machines where increased smoothness of movement is not required, for example, in valves of shut-off valves, screw hoists and so on.

Claims

A pulse drive comprising a rack, an engine, a drive shaft with an eccentric, a driven ratchet wheel and a dog, on which a tooth is made for interacting with a ratchet wheel and an opening for interacting with an eccentric, characterized in that the drive is equipped with a dog position control system including an electromagnet mounted on the stand near the dog’s tooth, designed to keep it out of contact with the ratchet wheel, and another electromagnet located opposite the middle part of the dog, designed to press it against Rapova wheel.