RU2352839C1

RU2352839C1 - Eccentric mechanism for converting rotational movement into reciprocal movement or oscillatory movement

Info

Publication number: RU2352839C1
Application number: RU2007127129/11A
Authority: RU
Inventors: Глеб Юрьевич Волков (RU); Глеб Юрьевич Волков; Дмитрий Алексеевич Курасов (RU); Дмитрий Алексеевич Курасов
Priority date: 2007-07-16
Filing date: 2007-07-16
Publication date: 2009-04-20

Abstract

FIELD: engineering industry.

SUBSTANCE: invention refers to engineering industry, and namely to mechanisms converting rotational movement into reciprocal or oscillatory movement. Eccentric mechanism for converting rotational movement into reciprocal or oscillatory movement consists of a support, drive shaft, piston-rod, driven link and eccentric bearing with rollers of various diameter. Outer race of the above bearing is rigidly attached to piston-rod, and inner race - to drive shaft. At that outer and inner races as well as rollers are equipped with engaged ring gears. Bearing inner race is fixed on drive shaft eccentrically, and transfer ratio i_"вп" from drive shaft to eccentric bearing roller system, or inverse ratio i_"пв"=1/i_"вп", is integral number. In addition to ring gears, rollers and races include cylindrical side races as well.

EFFECT: invention provides the possibility of modifying law of movement owing to harmonics summation, and reduction, i.e. reducing the number of double strokes of driven link in comparison to the number of drive shaft speed.

16 cl, 16 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к механизмам, преобразующим вращательное движение в возвратно-поступательное или колебательное.The invention relates to mechanical engineering, and in particular to mechanisms that convert rotational motion to reciprocating or oscillatory.

Известны четырехзвенные механизмы: кривошипно-ползунные, кривошипно-коромысловые и синусно-косинусные механизмы, содержащие стойку, кривошип и ведомое звено (ползун либо коромысло). В этих механизмах зависимость перемещения ведомого звена от угла поворота описывается синусоидой или близкой к ней функцией. Во многих случаях приводной механизм помимо функций преобразования движения должен обеспечить также редукцию: снижение числа двойных ходов ползуна по сравнению с числом оборотов кривошипа. Указанные четырехзвенные механизмы функцию редукции не выполняют. В некоторых приводах требуется значительная модификация синусоидального закона движения ведомого звена. То сравнительно небольшое отклонение от синусоидального закона движения, которое достигается за счет изменения геометрических параметров четырехзвенных механизмов, эту задачу решить не может.Four-link mechanisms are known: crank-slide, crank-beam and sine-cosine mechanisms containing a rack, crank and driven link (slider or rocker). In these mechanisms, the dependence of the movement of the driven unit on the angle of rotation is described by a sinusoid or a function close to it. In many cases, the drive mechanism, in addition to the motion conversion functions, must also provide a reduction: a decrease in the number of double strokes of the slide compared to the number of crank revolutions. The indicated four-link mechanisms do not perform the reduction function. Some drives require significant modification of the sinusoidal law of movement of the driven unit. The relatively small deviation from the sinusoidal law of motion, which is achieved by changing the geometric parameters of four-link mechanisms, cannot solve this problem.

Известны кулачковые механизмы, содержащие стойку, кулачок и ведомое звено-толкатель. Такие механизмы обеспечивают любую модификацию закона движения выходного звена, в том числе движение с выстоями, существенное изменение скорости холостого хода по сравнению с рабочим ходом и т.д. Недостатком таких механизмов является то, что они не обладают редуцирующими свойствами.Known cam mechanisms containing a rack, cam and a driven link pusher. Such mechanisms provide any modification of the law of movement of the output link, including movement with dwells, a significant change in idle speed compared with the working stroke, etc. The disadvantage of such mechanisms is that they do not have reducing properties.

Известен зубчато-рычажный планетарный механизм с остановкой выходного звена (Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике: Справочное пособие для инженеров, конструкторов и изобретателей. В 7-ми Т. - Т.4. - М: Наука, 1980. - с.196, №2360), содержащий водило, вращающееся вокруг неподвижной оси, неподвижное колесо, закрепленное на стойке, подвижное колесо, закрепленное на водиле, причем его начальный радиус в три раза меньше начального радиуса неподвижного колеса, дополнительное подвижное колесо, входящее во вращательную пару с водилом и выполненное в виде двух равных жестко связанных сателлитов, один из которых входит в зацепление с неподвижным зубчатым колесом, а другой с подвижным зубчатым колесом, ползун, помещенный в неподвижную направляющую, и шатун, образующий вращательные пару с ползуном и подвижным колесом, причем центр этой пары лежит на начальной окружности подвижного колеса. Точка, находящаяся в центре шарнира, соединяющего шатун и подвижное колесо, описывает трехвершинную гипоциклоиду. При непрерывном вращении водила ползун в крайнем нижнем положении находится приближенно в покое, а в крайнем верхнем положении имеет мгновенную остановку. Закон движения ведомого звена подобен изображенному на фиг.12. При этом число двойных ходов ведомого звена совпадает с числом оборотов ведущего вала, то есть механизм не обладает редуцирующими свойствами.Known gear-planetary gear with stopping the output link (Artobolevsky II Mechanisms in modern technology: A reference guide for engineers, designers and inventors. In 7 T. - T.4. - M: Nauka, 1980. - p. .196, No. 2360), containing a carrier rotating around a fixed axis, a fixed wheel mounted on a rack, a movable wheel mounted on a carrier, and its initial radius is three times less than the initial radius of the fixed wheel, an additional movable wheel included in the rotational pair with a carrier and executed in the form of two equal rigidly connected satellites, one of which engages with a fixed gear, and the other with a movable gear, a slider placed in a fixed guide, and a connecting rod forming a rotational pair with a slider and a movable wheel, the center of this pair lies on the initial circumference of the movable wheel. The point located in the center of the hinge connecting the connecting rod and the movable wheel describes a three-vertex hypocycloid. With continuous rotation of the carrier, the slider in its extreme lower position is approximately at rest, and in the extreme upper position has an instant stop. The law of movement of the driven unit is similar to that shown in Fig. 12. In this case, the number of double strokes of the driven link coincides with the number of revolutions of the drive shaft, that is, the mechanism does not have reducing properties.

Недостатком такого механизма является его громоздкость, конструктивная сложность, а также низкие жесткость и нагрузочная способность, что обусловлено консольным закреплением основных звеньев.The disadvantage of this mechanism is its bulkiness, structural complexity, as well as low rigidity and load capacity, due to the cantilever fixing of the main links.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является механизм (полезная модель 63476 РФ), содержащий стойку, ведомое звено (ползун и шатун), а также эксцентриковый подшипник с зубчатыми телами качения разного диаметра, наружное кольцо которого жестко соединено с шатуном, а внутреннее кольцо, соосное ведущему валу, жестко соединено с ним. Наружное кольцо, внутреннее кольцо и тела качения снабжены зубчатыми венцами соответственно с внутренними или внешними зубьями. В одном из вариантов механизма тела качения и кольца помимо зубчатых венцов содержат цилиндрические беговые дорожки, имеющие диаметры равные или близкие соответственным начальным окружностям зубчатых венцов.Closest to the proposed device is a mechanism (utility model 63476 RF), containing a rack, a driven link (slider and connecting rod), as well as an eccentric bearing with gear rolling bodies of different diameters, the outer ring of which is rigidly connected to the connecting rod, and the inner ring, coaxial to the lead a shaft rigidly connected to it. The outer ring, inner ring and rolling elements are provided with gear rims, respectively, with internal or external teeth. In one embodiment of the mechanism of the rolling body and the rings, in addition to the gear rims, comprise cylindrical treadmills having diameters equal to or close to the corresponding initial circumferences of the gear rims.

Передаточное отношение механизма - отношение числа двойных ходов ведомого звена, которое совпадает с числом оборотов системы тел качения, к числу оборотов ведущего вала: i_1h=ω₁/ω_h=1-z₂/z₁, где z₁ и z₂ - числа зубьев наружного и внутреннего колец.The gear ratio of the mechanism is the ratio of the number of double strokes of the driven link, which coincides with the number of revolutions of the rolling body system, to the number of revolutions of the drive shaft: i _1h = ω ₁ / ω _h = 1-z ₂ / z ₁ , where z ₁ and z ₂ are the number of teeth of the outer and inner rings.

Достоинством данного механизма является то, что он выполняет функции опоры качения, эксцентрика и редуктора одновременно. Это существенно упрощает конструкцию и технологию изготовления привода. Недостатком такого механизма является невозможность модификации закона движения ведомого звена.The advantage of this mechanism is that it performs the functions of a rolling support, an eccentric and a reducer at the same time. This greatly simplifies the design and manufacturing technology of the drive. The disadvantage of this mechanism is the inability to modify the law of movement of the slave link.

Для устранения этого недостатка в эксцентриковом механизме для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное или колебательное, содержащем стойку, ведущий вал, шатун, ведомое звено (ползун или коромысло), эксцентриковый подшипник с телами качения разного диаметра, наружное кольцо которого жестко соединено с шатуном, а внутреннее с ведущим валом, причем наружное и внутреннее кольца, а также тела качения снабжены зубчатыми венцами, находящимися в зацеплении, внутреннее кольцо подшипника закреплено на ведущем валу эксцентрично, а передаточное отношение i_вп от ведущего вала к системе тел качения эксцентрикового подшипника или обратное ему отношение i_пв=1/i_впявляется целым числом.To eliminate this drawback, the eccentric mechanism for converting rotational motion into a reciprocating or oscillatory movement, comprising a stand, a drive shaft, a connecting rod, a driven link (slider or rocker), an eccentric bearing with rolling elements of different diameters, the outer ring of which is rigidly connected to the connecting rod, and the inner one with the drive shaft, the outer and inner rings, as well as the rolling elements, are equipped with toothed gears that are meshed, the inner bearing ring is fixed to the drive shaft centrically, and the gear ratio i _VP from the drive shaft to the system of rolling elements of the eccentric bearing or its inverse ratio i _pv = 1 / i _VP is an integer.

Такая конструкция эксцентрикового механизма позволяет сохранить редуцирующие свойства механизма и обеспечивает возможность существенной модификации закона движения выходного звена за счет сложения гармонических колебаний, соответствующих частотам вращения системы тел качения разного диаметра и ведущего вала.This design of the eccentric mechanism allows you to save the reducing properties of the mechanism and provides the possibility of a significant modification of the law of motion of the output link due to the addition of harmonic oscillations corresponding to the rotational speeds of the system of rolling elements of different diameters and drive shaft.

В наиболее технологичном варианте исполнения тела качения и кольца помимо зубчатых венцов содержат цилиндрические беговые дорожки, имеющие диаметры, равные соответственным начальным диаметрам зубчатых венцов.In the most technologically advanced embodiment, the rolling bodies and rings, in addition to the gear rims, contain cylindrical treadmills having diameters equal to the corresponding initial diameters of the gear rims.

В одном конструктивном варианте для получения положительных передаточных отношений внутреннее и наружное кольца разделены телами качения разного диаметра, расположенными в один слой.In one constructive embodiment, to obtain positive gear ratios, the inner and outer rings are separated by rolling elements of different diameters located in one layer.

Практический интерес представляет параметрическое соотношение, при котором передаточное отношение от ведущего вала к системе тел качения имеет значение i_вп=3. При этом число зубьев наружного кольца равно удвоенному числу зубьев внутреннего кольца.Of practical interest is the parametric relationship, in which the gear ratio from the drive shaft to the rolling body system has a value of i _VP = 3. The number of teeth of the outer ring is equal to twice the number of teeth of the inner ring.

В другом конструктивном варианте для получения отрицательных передаточных отношений i_вп внутреннее кольцо находится в непосредственном зацеплении с наружным кольцом, а тела качения располагаются в свободном пространстве между кольцами и взаимодействуют с кольцами и между собой.In another constructive variant for negative transmission ratios i _ch the inner ring is in direct engagement with the outer ring, and rolling elements arranged in the free space between the rings and the rings and interact with each other.

Практический интерес представляют параметрические соотношения, при которых передаточное отношение от ведущего вала к системе тел качения имеет следующие значения: i_вп=-3; i_вп=-1/3; i_вп=-2; i_вп=-0,5; i_вп=-1.Of practical interest are the parametric relationships in which the gear ratio from the drive shaft to the rolling body system has the following meanings: i _VP = -3; i _VP = -1 / 3; i _VP = -2; i _VP = -0.5; i _vp = -1.

При i_вп=-3 число зубьев наружного кольца в четыре раза больше числа зубьев внутреннего кольца.When i _VP = -3, the number of teeth of the outer ring is four times the number of teeth of the inner ring.

При i_вп=-1/3 число зубьев наружного кольца в 4/3 раза больше числа зубьев внутреннего кольца.When i _VP = -1 / 3, the number of teeth of the outer ring is 4/3 times more than the number of teeth of the inner ring.

При i_вп=-2 число зубьев наружного кольца равно утроенному числу зубьев внутреннего кольца.When i _VP = -2, the number of teeth of the outer ring is equal to three times the number of teeth of the inner ring.

При i_вп=-0,5 число зубьев наружного кольца в 1,5 раза больше числа зубьев внутреннего кольца.When i _VP = -0.5, the number of teeth of the outer ring is 1.5 times the number of teeth of the inner ring.

При i_вп=-1 число зубьев наружного кольца в два раза больше числа зубьев внутреннего кольца.When i _VP = -1, the number of teeth of the outer ring is two times greater than the number of teeth of the inner ring.

Для получения движения механизма с выстоями ведомого звена в схемах с передаточными отношениями i_вп=3 и i_вп=-3 эксцентриситет внутреннего кольца подшипника относительно вала е_в и эксцентриситет системы тел качения подшипника е_п связаны соотношением е_в=(1/8÷1/12)·е_п, а сборка деталей механизма выполнена таким образом, что каждая фаза β_пm поворота системы тел качения подшипника относительно стойки, в которой подъем ведомого звена, обусловленный эксцентриситетом е_п, имеет среднее значение, соответствует одной из фаз β_вm поворота ведущего вала относительно стойки, в которой подъем ведомого звена, обусловленный эксцентриситетом е_в, имеет также среднее значение.To obtain the movement of the mechanism with the slopes of the driven link in circuits with gear ratios i _VP = 3 and i _VP = -3, the eccentricity of the inner ring of the bearing relative to the shaft e _in and the eccentricity of the rolling element system of the bearing e _p are connected by the ratio e _in = (1/8 ÷ 1 / 12) · e _p , and the assembly of parts of the mechanism is made in such a way that each phase β _{pm of} rotation of the rolling element system of the bearing relative to the strut in which the rise of the driven link due to the eccentricity of e _p has an average value corresponds to one of the phases β _{bm of} rotation leading the shaft relative to the column in which the lifting of the driven member due _to the eccentricity e, and has an average value.

Для получения движения механизма с выстоями ведомого звена в схеме с передаточным отношением i_вп=-1/3 эксцентриситет системы тел качения подшипникаTo obtain the movement of the mechanism with the slopes of the slave link in the scheme with the gear ratio i _VP = -1 / 3 the eccentricity of the rolling element system of the bearing

е_п и эксцентриситет внутреннего кольца подшипника относительно вала е_в связаны соотношением е_п=(1/8÷1/12)·е_в, а сборка деталей механизма выполнена таким образом, что каждая фаза β_вm поворота ведущего вала относительно стойки, в которой подъем ведомого звена, обусловленный эксцентриситетом е_в, имеет среднее значение, соответствует одной из фаз β_пm поворота системы тел качения подшипника относительно стойки, в которой подъем ведомого звена, обусловленный эксцентриситетом е_п, имеет также среднее значение.e _p and the eccentricity of the inner ring of the bearing relative to the shaft e _in are related by the relation e _p = (1/8 ÷ _1/12 ) · e _in , and the assembly of the parts of the mechanism is made in such a way that each phase β _{bm of} rotation of the drive shaft relative to the rack in which lifting the driven member due _to the eccentricity e has an average value that corresponds to one phase of β _pM rotation of the rolling bearing system relative to the column in which the lifting of the driven member due to the eccentricity e _n has an average value also.

Для получения движения механизма с выстоем ведомого звена в схеме с передаточным отношением i_вп=-2, эксцентриситет внутреннего кольца подшипника относительно вала е_в и эксцентриситет системы тел качения подшипника е_п связаны зависимостью е_в=(0,6÷0,7)·l_ш ^-0,25·е_п, при l_ш=(3÷10)·е_п, а сборка деталей механизма выполнена таким образом, что каждая фаза β_па поворота системы тел качения подшипника относительно стойки, в которой подъем ведомого звена, обусловленный эксцентриситетом е_п, имеет экстремальное значение, соответствует одной из фаз

поворота ведущего вала относительно стойки, в которой подъем ведомого звена, обусловленный эксцентриситетом е_в, имеет также экстремальное значение.To obtain the movement of the mechanism with the extension of the driven link in the circuit with the gear ratio i _wp = -2, the eccentricity of the inner ring of the bearing relative to the shaft e _in and the eccentricity of the rolling element system of the bearing e _p are related by the dependence e _in = (0.6 ÷ 0.7) l _w ^-0.25 · e _p , with l _w = (3 ÷ 10) · e _p , and the assembly of the mechanism parts is performed in such a way that each phase β _{pa of the} rotation of the rolling elements of the bearing relative to the rack, in which the slave link is raised, due to the eccentricity of e _p , has an extreme value, corresponds to one of the phases

rotation of the drive shaft relative to the rack, in which the rise of the driven link due to the eccentricity e _in is also of extreme importance.

Для получения движения механизма с выстоем ведомого звена в схеме с передаточным отношением i_вп=-1/2 эксцентриситет системы тел качения подшипникаTo obtain the movement of the mechanism with the extension of the driven link in the circuit with the gear ratio i _VP = -1 / 2, the eccentricity of the rolling element system of the bearing

е_п и эксцентриситет внутреннего кольца подшипника относительно вала е_в связаны зависимостью е_п=(0,6÷0,7)·l_ш ^-0,25·е_в, при l_ш=(3÷10)·е_в, а сборка деталей механизма выполнена таким образом, что каждая фаза

поворота ведущего вала относительно стойки, в которой подъем ведомого звена, обусловленный эксцентриситетом е_в, имеет экстремальное значение, соответствует одной из фаз β_па поворота системы тел качения подшипника относительно стойки, в которой подъем ведомого звена, обусловленный эксцентриситетом е_п, имеет также экстремальное значение.e _p and the eccentricity of the inner ring of the bearing relative to the shaft e _in are related by the dependence e _p = (0.6 ÷ 0.7) · l _w ^-0.25 · e _in , with l _w = (3 ÷ 10) · e _in , and assembly of parts of the mechanism is made in such a way that each phase

rotation of the drive shaft relative to the strut, in which the rise of the driven link due to the eccentricity e _in is of extreme value, corresponds to one of the phases β _{pa of the} rotation of the system of rolling elements of the bearing relative to the strut, in which the lift of the driven link due to the eccentricity e _p is also of extreme value .

Практическое значение имеет модификация закона движения механизма, при которой ведомое звено движется с различной скоростью при прямом и обратном ходе. Такая модификация достигается в схеме с передаточным отношением i_вп=-2, когда эксцентриситет внутреннего кольца подшипника относительно вала е_в и эксцентриситет системы тел качения подшипника e_п связаны соотношением е_в=(0,15÷0,3)·l_ш ^-0,25·е_п, при l_ш=(3÷10)·е_п, а сборка деталей механизма выполнена таким образом, что каждая фаза β_пm поворота системы тел качения подшипника относительно стойки, в которой подъем ведомого звена, обусловленный эксцентриситетом е_п, имеет среднее значение, соответствует одной из фаз β_вm поворота ведущего вала относительно стойки, в которой подъем ведомого звена, обусловленный эксцентриситетом е_в, имеет также среднее значение.Of practical importance is the modification of the law of motion of the mechanism, in which the driven unit moves at different speeds with forward and reverse motion. This modification is achieved in the scheme with the gear ratio i _VP = -2, when the eccentricity of the inner ring of the bearing relative to the shaft e _in and the eccentricity of the rolling element system of the bearing e _p are connected by the ratio e _in = (0.15 ÷ 0.3) · l _w ^{-0 , 25} · e _p , for l _w = (3 ÷ 10) · e _p , and the assembly of the parts of the mechanism is made in such a way that each phase β _{pm of} rotation of the system of rolling elements of the bearing relative to the rack, in which the rise of the driven link due to the eccentricity of e _p It has an average value that corresponds to one phase of β _BM pivot capstan rel respect to the rack in which the rise of the driven member due _to the eccentricity e, and has an average value.

Для модификации закона движения механизма, при которой ведомое звено движется с различной скоростью при прямом и обратном ходе, в схеме с передаточным отношением i_вп=-1/2 эксцентриситет системы тел качения подшипника е_п и эксцентриситет внутреннего кольца подшипника относительно вала е_в связаны соотношением e_п=(0,15÷0,3)·l_ш ^-0,25·е_в, при l_ш=(3÷10)·е_в, а сборка деталей механизма выполнена таким образом, что каждая фаза β_вm поворота ведущего вала относительно стойки, в которой подъем ведомого звена, обусловленный эксцентриситетом е_в, имеет среднее значение, соответствует одной из фаз β_пm поворота системы тел качения подшипника относительно стойки, в которой подъем ведомого звена, обусловленный эксцентриситетом e_п, имеет также среднее значение.To modify the law of motion of the mechanism, in which the driven link moves at different speeds in the forward and reverse motion, in the scheme with the gear ratio i _wp = -1 / 2, the eccentricity of the bearing rolling system e _p and the eccentricity of the inner bearing ring relative to the shaft e _in are related by e _p = (0.15 ÷ 0.3) · l _w ^-0.25 · e _c , for l _w = (3 ÷ 10) · e _c , and the assembly of the parts of the mechanism is made in such a way that each phase β _{bm of} rotation the drive shaft relative to the column in which the lifting of the driven member due _to the eccentricity e is from ednee value corresponds to one of the phases β _pM rotation of the rolling bearing system relative to the column in which the lifting of the driven member due to the eccentricity e _n has an average value also.

На фиг.1 изображен эксцентриковый механизм, у которого передаточное отношение i_вп=3, а ведомое звено является ползуном; на фиг.2 - его разрез по А-А; на фиг.3 показан эксцентриковый механизм, у которого передаточное отношение i_вп=-3, а ведомое звено является коромыслом; на фиг.4 изображен эксцентриковый механизм с передаточным отношением i_вп=-1/3; на фиг.5 - его разрез по Б-Б; на фиг.6 показан эксцентриковый механизм с i_вп=-2; на фиг.7 - эксцентриковый механизм с i_вп=-1/2; на фиг.8 - эксцентриковый механизм с i_вп=-1; на фиг.9 приведен график закона движения H(β) ведомого звена для i_вп=3 и для i_вп=-3 с двумя выстоями; на фиг.10 - вариант модификации этого закона; на фиг.11 - график закона движения Н(β) ведомого звена для i_вп=-1/3 с двумя выстоями; фиг.12 -график Н(β) для i_вп=-2 с одним выстоем; фиг.13 - вариант модификации закона движения H(β) для i_вп=-2; фиг.14 - график H(β) для i_вп=-1/2 с одним выстоем; фиг.15 - вариант модификации закона движения Н(β) для i_вп=-1/2; на фиг.16 - вариант модификации закона движения H(β) для i_вп=-1.Figure 1 shows the eccentric mechanism, in which the gear ratio i _VP = 3, and the driven link is a slider; figure 2 is a section along aa; figure 3 shows the eccentric mechanism, in which the gear ratio i _VP = -3, and the driven link is a beam; figure 4 shows the eccentric mechanism with a gear ratio i _VP = -1 / 3; figure 5 is a section along BB; figure 6 shows the eccentric mechanism with i _VP = -2; figure 7 - eccentric mechanism with i _VP = -1 / 2; on Fig - eccentric mechanism with i _VP = -1; figure 9 shows a graph of the law of motion H (β) of the driven link for i _VP = 3 and for i _VP = -3 with two dwells; figure 10 is a variant of the modification of this law; figure 11 is a graph of the law of motion H (β) of the driven link for i _VP = -1 / 3 with two dwells; 12 is a graph H (β) for i _VP = -2 with one dwell; Fig - a modification of the law of motion H (β) for i _VP = -2; Fig - graph H (β) for i _VP = -1 / 2 with one dwell; Fig - modification of the law of motion H (β) for i _VP = -1 / 2; in Fig.16 is a variant of the modification of the law of motion H (β) for i _VP = -1.

Эксцентриковый механизм для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, изображенный на фиг.1, 2, состоит из стойки 1, ведущего вала 2, шатуна 3, ведомого звена (ползуна) 4, а также эксцентрикового подшипника. Эксцентриковый подшипник содержит наружное кольцо 5, жестко соединенное с шатуном 3, внутреннее кольцо 6, эксцентрично закрепленное на ведущем валу 2, и тела качения разного диаметра 7, 8, расположенные между кольцами в один слой. Наружное кольцо 5, внутреннее кольцо 6 и тела качения 7, 8 снабжены зубчатыми венцами, находящимися в зацеплении. Помимо зубчатых венцов эти звенья содержат цилиндрические беговые дорожки, имеющие диаметры, равные или близкие соответственным начальным диаметрам зубчатых венцов. Число зубьев наружного кольца 5 равно удвоенному числу зубьев внутреннего кольца 6. Эксцентриситет е_в внутреннего кольца 6 подшипника относительно вала 2 и эксцентриситет e_п системы тел качения 7, 8 подшипника связаны соотношением е_в=(1/8÷1/12)·е_п, а сборка деталей механизма выполнена таким образом, что каждая фаза β_пm поворота системы тел качения 7, 8 подшипника относительно стойки 1, в которой подъем ведомого звена 4, обусловленный эксцентриситетом e_п, имеет среднее значение, соответствует одной из фаз β_вm поворота ведущего вала 2 относительно стойки 1, в которой подъем ведомого звена 4, обусловленный эксцентриситетом е_в, имеет также среднее значение.The eccentric mechanism for converting rotational motion into reciprocating, shown in figures 1, 2, consists of a rack 1, a drive shaft 2, a connecting rod 3, a driven link (slider) 4, as well as an eccentric bearing. The eccentric bearing contains an outer ring 5, rigidly connected to the connecting rod 3, an inner ring 6, eccentrically mounted on the drive shaft 2, and rolling elements of different diameters 7, 8, located between the rings in one layer. The outer ring 5, the inner ring 6 and the rolling elements 7, 8 are provided with toothed gears that are engaged. In addition to the gear rims, these links contain cylindrical treadmills having diameters equal to or close to the corresponding initial diameters of the gear rims. The number of teeth of the outer ring 5 is equal to twice the number of teeth of the inner ring 6. The eccentricity e _{in the} inner ring 6 of the bearing relative to the shaft 2 and the eccentricity e _p of the rolling element system 7, 8 of the bearing are related by the ratio e _in = (1/8 ÷ 1/12) · e _p , and the assembly of parts of the mechanism is made in such a way that each phase β _{pm of} rotation of the system of rolling elements 7, 8 of the bearing relative to the strut 1, in which the rise of the driven link 4, due to the eccentricity e _p , has an average value, corresponds to one of the phases β _{bm of} rotation drive shaft 2 relative a rack 1 in which the driven member 4 rise due _to eccentricity e also has an average value.

Эксцентриковый механизм работает следующим образом. При движении ведущего вала 2 вместе с эксцентрично закрепленным на нем внутренним кольцом 6, вращающихся с угловой скоростью ω₁, тела качения 7, 8 катятся по наружному кольцу 5. Система тел качения 7, 8 совершает совместное переносное вращение, такое же, как если бы они были связаны единым водилом. Передаточное отношение от ведущего вала к системе тел качения механизма: i_вп=ω₁/ω_h=1+z₂/z₁, где z₁ и z₂ - соответственно числа зубьев внутреннего и наружного колец подшипника подвижного колес. В данном случае i_вп=3. Одновременно это означает, что число двойных ходов ползуна 4 в три раза меньше числа оборотов ведущего вала 2.The eccentric mechanism works as follows. When the drive shaft 2 moves, together with the inner ring 6 eccentrically fixed on it, rotating with an angular speed ω ₁ , the rolling elements 7, 8 roll along the outer ring 5. The system of rolling bodies 7, 8 performs a joint portable rotation, the same as if they were connected by a single carrier. The gear ratio from the drive shaft to the system of rolling elements of the mechanism: i _VP = ω ₁ / ω _h = 1 + z ₂ / z ₁ , where z ₁ and z ₂ - respectively, the number of teeth of the inner and outer rings of the bearing of the movable wheels. In this case, i _VP = 3. At the same time, this means that the number of double strokes of the slider 4 is three times less than the number of revolutions of the drive shaft 2.

При этом ведомое звено 4 движется с двумя выстоями и имеет закон движения, описываемый уравнением:In this case, the slave link 4 moves with two dwells and has a law of motion described by the equation:

где Н - перемещение ползуна; е_п - эксцентриситет системы тел качения; е_в- эксцентриситет внутреннего кольца относительно вала; β_п - фаза поворота системы тел качения в переносном движении; i_вп - передаточное отношение; l_ш - длина шатуна; С - начальное значение угла β_в поворота ведущего вала 2, обеспечивающее сборку деталей механизма, оговоренную в соответствующем пункте формулы изобретения. График закона движения H(β) ведомого звена для i_вп=3; е_в=1/8·e_п; l_ш=10·е_п; С=π; показан на фиг.9.where N is the movement of the slider; e _p is the eccentricity of the rolling body system; e _in - the eccentricity of the inner ring relative to the shaft; β _p - the phase of rotation of the rolling body system in a portable movement; i _VP - gear ratio; l _w - the length of the connecting rod; C is the initial value of the angle β _{in the} rotation of the drive shaft 2, which provides for the assembly of parts of the mechanism specified in the corresponding claim. The graph of the law of motion H (β) of the driven link for i _VP = 3; e _in = 1/8 · e _p ; l _W = 10 · e _p ; C = π; shown in Fig.9.

Для параметрических соотношений е_в=(1/9)·е_п; l_ш=10·e_п; С=-3·π/4 закон движения ведомого звена показан на фиг.10. Он может быть использован в рабочих процессах двигателя внутреннего сгорания.For the parametric relations e _in = (1/9) · e _n ; l _W = 10 · e _p ; C = -3 · π / 4, the law of motion of the driven unit is shown in FIG. 10. It can be used in the working processes of an internal combustion engine.

Эксцентриковый механизм, показанный на фиг.3, отличается от предыдущего тем, что внутреннее кольцо 6 находится в непосредственном зацеплении с наружным кольцом 5, а тела качения 7, 8 располагаются в свободном пространстве между кольцами и взаимодействуют с кольцами и между собой, а число зубьев наружного кольца 5 в четыре раза больше числа зубьев внутреннего кольца 6. Таким образом, передаточное отношение i_вп=-3. Отношение числа двойных ходов ведомого звена к числу оборотов ведущего вала также равно трем. Ведомое звено (коромысло) 4 имеет закон движения, аналогичный изображенному на фиг.9.The eccentric mechanism shown in Fig. 3 differs from the previous one in that the inner ring 6 is in direct engagement with the outer ring 5, and the rolling bodies 7, 8 are located in the free space between the rings and interact with the rings and with each other, and the number of teeth the outer ring 5 is four times the number of teeth of the inner ring 6. Thus, the gear ratio i _VP = -3. The ratio of the number of double strokes of the driven unit to the number of revolutions of the drive shaft is also equal to three. The driven link (rocker) 4 has a law of motion similar to that shown in Fig.9.

Эксцентриковый механизм, показанный на фиг.4, 5, отличается от предыдущего тем, что число зубьев наружного кольца 5 в 4/3 раза больше числа зубьев внутреннего кольца 6, то есть i_вп=-1/3. При этом число двойных ходов ползуна 4 равно числу оборотов ведущего вала 2. Ползун 4 имеет закон движения с выстоями; его график для е_п=(1/9)·е_в; l_ш=10·e_в; С=π показан на фиг.11.The eccentric mechanism shown in FIGS. 4, 5 differs from the previous one in that the number of teeth of the outer ring 5 is 4/3 times the number of teeth of the inner ring 6, i.e., i _wp = -1 / 3. The number of double strokes of the slider 4 is equal to the number of revolutions of the drive shaft 2. The slider 4 has a law of movement with dwells; its graph for e _n = (1/9) · e _in ; l _W = 10 · e _in ; C = π shown in Fig.11.

Эксцентриковый механизм, изображенный на фиг.6, отличается от предыдущего тем, что число зубьев наружного кольца 5 равно утроенному числу зубьев внутреннего кольца 6, то есть i_вп=-2. При параметрическом соотношении е_в=(0,6÷0,7)·l_ш ^-0,25·e_п, С=π; l_ш=(3÷10)·е_п по уравнению (1) получается закон движения с выстоем, график которого представлен на фиг.12. Число двойных ходов ведомого звена равно числу оборотов системы тел качения.The eccentric mechanism shown in Fig.6, differs from the previous one in that the number of teeth of the outer ring 5 is equal to three times the number of teeth of the inner ring 6, that is, i _wp = -2. With the parametric relationship e _in = (0.6 ÷ 0.7) · l _W ^-0.25 · e _p , C = π; l _w = (3 ÷ 10) · e _p according to equation (1), the law of motion with a dwell is obtained, the graph of which is presented in Fig. 12. The number of double strokes of the driven unit is equal to the number of revolutions of the rolling body system.

Для той же схемы при параметрических соотношениях е_в=(0,15÷0,3)·l_ш ^-0,25·e_п; С=π/2; l_ш=(3÷10)·е_п получается закон движения, график которого представлен на фиг.13, при котором рабочий ход ведомого звена происходит медленнее (или быстрее) холостого хода.For the same scheme with parametric relations e _in = (0.15 ÷ 0.3) · l _W ^-0.25 · e _p ; C = π / 2; l _w = (3 ÷ 10) · e _{p the} law of motion is obtained, the graph of which is presented in Fig. 13, in which the working stroke of the driven unit is slower (or faster) idling.

Эксцентриковый механизм, показанный на фиг.7, отличается от предыдущего тем, что число зубьев наружного кольца 5 в 1,5 раза больше числа зубьев внутреннего кольца 6, то есть i_вп=-1/2. Однако число двойных ходов ведомого звена равно числу оборотов ведущего вала. При параметрическом соотношении e_п=(0,6÷0,7)·1_ш ^-0,25·е_в; С=π/2; l_ш=(3÷10)·е_в по уравнению (1) получается закон движения с выстоем, график которого представлен на фиг.14.The eccentric mechanism shown in Fig. 7 differs from the previous one in that the number of teeth of the outer ring 5 is 1.5 times larger than the number of teeth of the inner ring 6, i.e., i _wp = -1 / 2. However, the number of double strokes of the driven link is equal to the number of revolutions of the drive shaft. With a parametric ratio of e _p = (0.6 ÷ 0.7) · 1 _W ^-0.25 · e _in ; C = π / 2; l _w = (3 ÷ 10) · e _in according to equation (1), the law of motion with a dwell is obtained, the graph of which is presented in Fig. 14.

Для той же схемы при параметрических соотношениях е_п=(0,15÷0,3)·l_ш ^-0,25·е_в; С=π/4; l_ш=(3÷10)·е_в получается закон движения, график которого представлен на фиг.15, при котором рабочий ход ведомого звена происходит медленнее (или быстрее) холостого хода.For the same scheme with parametric relations, e _p = (0.15 ÷ 0.3) · l _w ^-0.25 · e _in ; C = π / 4; l _w = (3 ÷ 10) · e _{in the} law of motion is obtained, the graph of which is presented in Fig. 15, in which the working stroke of the driven unit is slower (or faster) idling.

В эксцентриковом механизме, показанном на фиг.8, число зубьев наружного кольца в два раза больше числа зубьев внутреннего кольца, то есть i_вп=-1. При параметрических соотношениях е_в=0,77·е_п; l_ш=4·е_п; C=-3·π/4 по уравнению (1) получается закон движения с двойным преломлением, график которого представлен на фиг.16.In the eccentric mechanism shown in Fig. 8, the number of teeth of the outer ring is twice as large as the number of teeth of the inner ring, i.e., i _wp = -1. With the parametric relations e _in = 0.77 · e _p ; l _W = 4 · e _p ; C = -3 · π / 4 according to equation (1), the law of motion with double refraction is obtained, the graph of which is presented in Fig. 16.

Технический результат изобретения: предложен простой и компактный эксцентриковый механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное или колебательное, обеспечивающий возможность модификации закона движения за счет сложения гармоник и редукцию, то есть снижение числа двойных ходов ведомого звена по сравнению с числом оборотов ведущего вала.Technical result of the invention: a simple and compact eccentric mechanism is proposed that converts rotational motion into reciprocating or oscillatory, providing the possibility of modifying the law of motion by adding harmonics and reduction, that is, reducing the number of double strokes of the driven link compared to the number of revolutions of the drive shaft.

Эксцентриковый механизм для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное или колебательное может быть использован в двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, насосах и других машинах.The eccentric mechanism for converting rotational motion into reciprocating or oscillatory can be used in internal combustion engines, compressors, pumps and other machines.

Claims

1. An eccentric mechanism for converting rotational motion into a reciprocating or oscillatory movement, comprising a stand, a drive shaft, a connecting rod, a driven link, an eccentric bearing with rolling elements of different diameters, the outer ring of which is rigidly connected to the connecting rod, and the inner ring to the drive shaft, and the outer and inner rings, as well as the rolling elements, are equipped with gears that are engaged, characterized in that the inner ring of the bearing is mounted eccentrically on the drive shaft, and the gear ratio e i _ch from the input shaft to the system of the eccentric bearing rolling bodies or inverse ratio i _ne = 1 / i is an integer _sn.

2. The eccentric mechanism according to claim 1, characterized in that the rolling bodies and rings, in addition to the gear rims, contain cylindrical treadmills having diameters equal to or close to the corresponding initial diameters of the gear rims.

3. The eccentric mechanism according to claim 1, characterized in that the inner and outer rings are separated by rolling elements of different diameters located in one layer.

4. The eccentric mechanism according to claim 1, characterized in that the inner ring is in direct engagement with the outer ring, and the rolling bodies are located in the free space between the rings and interact with the rings and with each other.

5. The eccentric mechanism according to claim 3, characterized in that the number of teeth of the outer ring is equal to twice the number of teeth of the inner ring, that is, i _VP = 3.

6. The eccentric mechanism according to claim 4, characterized in that the number of teeth of the outer ring is four times the number of teeth of the inner ring, that is, i _wp = -3.

7. The eccentric mechanism according to claim 4, characterized in that the number of teeth of the outer ring is 4/3 times the number of teeth of the inner ring, that is, i _vp = -1 / 3.

8. The eccentric mechanism according to claim 4, characterized in that the number of teeth of the outer ring is equal to three times the number of teeth of the inner ring, that is, i _wp = -2.

9. The eccentric mechanism according to claim 4, characterized in that the number of teeth of the outer ring is 1.5 times the number of teeth of the inner ring, that is, i _vp = -0.5.

10. The eccentric mechanism according to claim 4, characterized in that the number of teeth of the outer ring is two times the number of teeth of the inner ring, that is, i _vp = -1.

11. The eccentric mechanism according to claim 5 or 6, characterized in that the eccentricity of the inner ring of the bearing relative to the shaft e _in and the eccentricity of the rolling element system of the bearing e _p are related by the ratio e _in = (1/8 ÷ 1/12) · e _p , and the assembly of parts of the mechanism is made in such a way that each phase β _{bm of} rotation of the rolling element system of the bearing relative to the strut, in which the rise of the driven link due to the eccentricity e _p , is average, corresponds to one of the phases β _{bm of} rotation of the drive shaft relative to the strut in which the rise know on the link due _{to the} eccentricity e, and has an average value.

12. The eccentric mechanism according to claim 7, characterized in that the eccentricity of the rolling element system of the bearing e _p and the eccentricity of the inner ring of the bearing relative to the shaft e _in are related by the relation e _p = (1/8 ÷ 1/12) · e _in , and the assembly of parts mechanism is configured so that each phase β _BM rotation of the drive shaft with respect to the rack in which the rise of the driven member due to an eccentricity e _in, has an average value corresponding to one of the phases β _pM rotation system rolling element bearing relative to the column in which the lifting slave ulcers on due eccentricity e _n has an average value also.

13. The eccentric mechanism according to claim 8, characterized in that the eccentricity of the inner ring of the bearing relative to the shaft e _in and the eccentricity of the rolling element system of the bearing e _p are related by the ratio e _in = (0.6 ÷ 0.7) · l _w ^-0.25 · E _p for l _w = (3 ÷ 10) · e _p , and the assembly of the parts of the mechanism is made in such a way that each phase β _{pa of} rotation of the rolling element system of the bearing relative to the strut, in which the rise of the driven link due to the eccentricity of e _p is extreme the value corresponds to one of the phases β _wa rotation of the drive shaft relative to the rack, in which the rise of the driven link due to the eccentricity of e _in is also of extreme importance.

14. The eccentric mechanism according to claim 9, characterized in that the eccentricity of the rolling element system of the bearing e _p and the eccentricity of the inner ring of the bearing relative to the shaft e _in are related by the relation e _p = (0.6 ÷ 0.7) · l _w ^-0.25 · E _in for l _w = (3 ÷ 10) · e _in , and the assembly of the mechanism parts is performed in such a way that each phase β _{va of} rotation of the drive shaft relative to the rack, in which the rise of the driven link due to the eccentricity of e _in is of extreme value, corresponds to one of the phases β _pa rotation of the rolling element system of the bearing relative to the rack, in which the rise of the driven link due to the eccentricity of e _p is also of extreme importance.

15. The eccentric mechanism according to claim 8, characterized in that the eccentricity of the inner ring of the bearing relative to the shaft e _in and the eccentricity of the rolling element system of the bearing e _p are related by the ratio
e _in = (0.15 ÷ 0.3) · l _w ^-0.25 · e _p for l _w = (3 ÷ 10) · e _p , and the assembly of parts of the mechanism is made in such a way that each phase β _pm rotation of the system rolling element bearing relative to the column in which the lifting of the driven member due to the eccentricity e _n has an average value corresponding to one of the phases β _BM rotation driving shaft relative to the column in which the lifting of the driven member due _to the eccentricity e, and has an average value.

16. The eccentric mechanism according to claim 9, characterized in that the eccentricity of the rolling element system of the bearing e _p and the eccentricity of the inner ring of the bearing relative to the shaft e _in are related by the relation e _p = (0.15 ÷ 0.3) · l _w ^-0.25 · E _in for l _w = (3 ÷ 10) · e _in , and the assembly of the mechanism parts is performed in such a way that each phase β _{bm of} rotation of the drive shaft relative to the rack, in which the rise of the driven link due to the eccentricity of e _in , has an average value, It corresponds to one of the phases of the rotation system _pM β rolling element bearing relative to the column, a koto th rise of the driven member due to the eccentricity e _n has an average value also.