Механический зубчатый привод исполнительного механизма

Полезная модель относится к машиностроению, а более конкретно к конструкциям зубчатых передач, предназначенных для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и, может быть использовано в исполнительных механизмах, например, манипуляторах для передачи изделий.

Механический зубчатый привод исполнительного механизма, содержит зубчатую передачу, включающую ведущее и ведомое колеса и образующую с ней (передачей) кинематическую цепь зубчатую рейку с устройством ее перемещения, а также ведомое зубчатое колесо, размещенное на валу,

Новым является то, что зубчатая рейка установлена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая размещена в корпусе, установленном с возможностью поворота вокруг своей вертикальной оси и снабженным механизмом поворота, и жестко закреплена в нем (корпусе), при этом на передаточном валу ведомого зубчатого колеса реечной передачи, установленном в плоскости перпендикулярной указанной вертикальной оси корпуса, размещено соосно, по крайней мере одно, ведущее зубчатое колесо зубчатой передачи, кинематически связанное с ведомым колесом указанной передачи, которое жестко закреплено на валу.

Полезная модель обеспечивает повышение эффективности и надежности работы привода, а также снижение его массогабаритных характеристик.

Полезная модель относится к машиностроению, а более конкретно к конструкциям зубчатых передач, предназначенных для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, и может быть использована в исполнительных механизмах, например, манипуляторах для передачи изделий.

Известна зубчатая передача, например, «Реечный механизм» (см. описание изобретения к патенту 1421920, кл. F16H 19/04, опубл. 07.09.1988 г.). Указанный механизм включает зубчатую рейку и взаимодействующие с рейкой зубчатые колеса, закрепленные на валу.

Недостатком указанного аналога является невозможность его использования в качестве привода в устройствах с двумя степенями свободы, например манипуляторах для передачи изделий на технологических линиях с одной позиции на другую на разных уровнях и направлениях движения по технологическим потокам.

Также известны механические приводы исполнительного механизма, например, передаточный механизм манипулятора для передачи изделий, описанный в изобретении «Манипулятор для передачи изделий» (см. описание изобретения к патенту 2344031, кл. B25J 18/04, опубл. 20.01.2009 г.). Указанный передаточный механизм выполнен в виде кулачково-зубчато-рычажного многозвенника, включающего ведущее звено - кулачок, сопряженное с профилем кулачка коромысло, зубчатое колесо, жестко и соосно связанное с коромыслом, сопряженную с колесом шестерню, водило, жестко и соосно связанное с шестерней, выходное звено, шарнирно связанное с водилом, и поворотную направляющую, которая сопряжена с выходным звеном и шарнирно связано со стойкой.

Недостатком указанного аналога является сложность конструкции и ее низкая надежность.

Наиболее близким техническим решением по своему назначению и технической сущности к заявляемому механическому зубчатому приводу исполнительного механизма, принятым в качестве ближайшего аналога (прототипа) полезной модели, является передаточный механизм манипулятора для передачи изделий, описанный в изобретении «Манипулятор для передачи изделий» (см. описание изобретения к патенту 2333829, кл. B25J 18/04, опубл. 20.09.2008 г.). Указанный передаточный механизм включает кинематически связанные кривошип, ползун, подвижно сопряженный с выходным звеном - поворотным стержнем с закрепленным на нем зубчатым сектором, который кинематически связан с зубчатой рейкой. Кинематическая связь зубчатого сектора и зубчатой рейки снабжена дополнительными элементами зубчатого зацепления в виде системы зубчатых колес для сопряжения с зубчатым сектором и зубчатой рейкой. Система зубчатых колес включает малое и большое зубчатые колеса, жестко и соосно связанные между собой, при этом малое колесо сопряжено с зубчатым сектором, а большое - с зубчатой рейкой.

Недостатком указанного аналога (прототипа) является сложность конструкции, низкая надежность и большие массогабариты.

Предлагаемая полезная модель направлена на устранение недостатков ближайшего аналога (прототипа), включая повышение эффективности привода и надежности его работы, а также снижение его массогабаритных характеристик.

Это достигается тем, что в предлагаемом механическом зубчатом приводе исполнительного механизма, содержащем зубчатую передачу, включающую ведущее и ведомое колеса и образующую с ней (передачей) кинематическую цепь зубчатую рейку с устройством ее перемещения, а также ведомое зубчатое колесо, размещенное на валу, в отличие от ближайшего аналога-прототипа, зубчатая рейка установлена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая размещена в корпусе, установленном с возможностью поворота вокруг своей вертикальной оси и снабженным механизмом поворота, и жестко закреплена в нем (корпусе), при этом на передаточном валу ведомого зубчатого колеса реечной передачи, установленном в плоскости перпендикулярной указанной вертикальной оси корпуса, размещено соосно, по крайней мере одно, ведущее зубчатое колесо зубчатой передачи, кинематически связанное с ведомым колесом указанной передачи, которое жестко закреплено на валу.

Одним из наиболее оптимальных вариантов практического выполнения привода для достижения основных целей создания предлагаемой полезной модели является конструкция, в которой ведущее зубчатое колесо зубчатой передачи, размещенное на валу ведомого зубчатого колеса реечной передачи соединено с ведомым зубчатым колесом указанной передачи, через, по крайней мере одно, паразитное зубчатое колесо.

Возможен вариант выполнения привода, в котором механизм поворота корпуса выполнен в виде зубчатой передачи, ведомое зубчатое колесо которой размещено снаружи корпуса в нижней его части, а ведущее зубчатое колесо кинематически связано с приводом.

Также возможен вариант выполнения привода, в котором устройство перемещения рейки выполнено в виде линейного привода, при этом в качестве линейного привода использован гидропривод, шток которого в верхней части снабжен шаровым шарниром, а в нижней части корпуса зубчатой рейки выполнен паз, конгруэнтный шаровому шарниру.

Кроме того, все зубчатые колеса привода и устройства поворота корпуса могут быть выполнены цилиндрическими и прямозубыми или косозубыми, или шевронными.

Возможен также вариант выполнения привода, в котором все зубчатые колеса привода могут быть выполнены цилиндрическими, а колеса зубчатой передачи поворота корпуса выполнены коническими.

Кроме того, на штоке гидравлического привода может быть установлен датчик линейных перемещений.

Кроме того, все зубчатые колеса привода и устройства поворота корпуса могут быть выполнены или из стали, или из чугуна, или из сплава цветных металлов, или из пластмассы.

Также, кроме того, все валы и оси могут быть выполнены полыми и все зубчатые колеса привода выполнены также полыми.

Кроме того, по ширине зубчатой рейки и всех зубчатых колес, включая паразитные, могут быть выполнены пазы по всей длине рейки и по всей длине окружности указанных колес, глубиной не менее высоты зубьев.

В условиях серийного производства изготовление заявленной конструкции механического зубчатого привода исполнительного механизма осуществляют с использованием известных в машиностроении материалов, оборудования и технологий.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на фиг.1 которого схематично изображен механический зубчатый привод исполнительного механизма со снятой передней стенкой корпуса (вид спереди), на фиг.2 - то же со снятой боковой стенкой корпуса (вид сбоку), на фиг.3 - то же (вид в аксонометрии).

Примером конкретного выполнения предлагаемой полезной модели является механический зубчатый привод исполнительного механизма, содержащий зубчатую реечную передачу, включающую зубчатую рейку 1, которая введена в зацепление с цилиндрическим прямозубым зубчатым колесом 2, которое (2) жестко закреплено на передаточном валу 3, размещенном в плоскости перпендикулярной указанной рейки 1. Рейка 1 установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль вертикальной направляющей (на чертеже не показано). На валу 3 также закреплены симметрично относительно указанного зубчатого колеса 2, ведущие цилиндрические прямозубые зубчатые колеса 4 и 5, связанные через паразитные цилиндрические прямозубые зубчатые шестерни 6 и 7, установленными подвижно на неподвижных осях (на чертеже не показано) с ведомыми цилиндрическими прямозубыми зубчатыми колесами 8 и 9, соответственно. Зубчатые колеса 8 и 9 размещены на ведомых валах 10 и 11, соответственно, которые (10 и 11) размещены соосно относительно друг друга и параллельно оси вала 3. Зубчатая рейка 1, валы 3, 10 и 11, зубчатые колеса 4, 5, 8, 9 и паразитные шестерни 6 и 7 размещены в корпусе 12, при этом валы 8 и 9 выходят за пределы (стенки) корпуса 12 для размещения на них, например, при помощи гибких связей (на чертеже не показано) механических захватов (на чертеже не показано). Корпус 12 установлен с возможностью поворота вокруг своей вертикальной оси и снабжен механизмом поворота, состоящим из цилиндрического прямозубого зубчатого колеса 13, которое (13) введено в зацепление с цилиндрическим прямозубым зубчатым колесом 14 (см. фиг.2 и 3), которое кинематически связанно с электродвигателем 15 (см. фиг.2). Зубчатая рейка 1 в нижней части соединена устройством ее (1) возвратно-поступательного перемещения (линейным приводом), например, штоком 16 гидроцилиндра (на чертеже не показано). При этом шток 16 в верхней части снабжен шаровым шарниром 17, который размещен в пазу 18 (см. фиг.1), размещенном в нижней части корпуса рейки 1 и выполненном конгруэнтным шарниру 17 (см. фиг.1). Для точного контроля угла поворота валов 10 и 11 на штоке 16 гидроцилиндра (на чертеже не показано) установлен датчик линейных перемещений (на чертеже не показано). С целью снижения веса привода зубчатая рейка 1, валы 3, 10 и 11, зубчатые колеса 4, 5, 8, 9 выполнены полыми. Для увеличения расстояния между валом 3 и валами 10 и 11 без увеличения площади (габаритов) основания корпуса 12 между зубчатыми колесами 4-8 и 5-9 установлены паразитные шестерни 6 и 7, соответственно, которые (6 и 7) также выполнены полыми. Для повышения надежности работы привода по ширине всех зубчатых колес 4, 5, 8 и 9, а также паразитных шестерен 6 и 7 выполнены пазы 19 по всей длине окружности каждого указанного зубчатого колеса, глубиной не менее высоты зубьев колес. С этой же целью по всей длине зубчатой рейки 1 также выполнен паз 20, глубиной не менее высоты ее (1) зубьев. Зубчатые колеса 13 и 14 механизма поворота корпуса 12 установлены в опорном корпусе (на чертеже не показано).

Предлагаемый привод работает следующим образом. Для передачи изделия (на чертеже не показано), например с одного ленточного транспортера на другой (на чертеже не показано), зубчатую рейку 1 перемещают в вертикальном направлении вдоль направляющей (на чертеже не показано) при помощи выдвижения 16 из гидроцилиндра (на чертеже не показано), при этом приводят во вращение ведомое зубчатое колесо 2 реечной передачи, а через него размещенные с ним (2) на одном валу 3 зубчатые колеса 4 и 5. Зубчатые колеса 4 и 5 через паразитные шестерни 6 и 7 приводят во вращение зубчатые колеса 8 и 9, которые вращают валы 10 и 11, на концах которых (10 и 11) при помощи гибких связей (на чертеже не показано) закреплены механические захваты (на чертеже не показано), опускают механический захват к изделию и захватывают изделие (на чертеже не показано). Затем путем втягивания штока 16 в гидроцилиндр (на чертеже не показано) перемещают рейку 1 в обратном направлении, изменяя направление вращения зубчатых колес 2, 3, 4, 8 и 9 на противоположное, и поднимают изделие (на чертеже не показано) над ленточным транспортером (на чертеже не показано). Угол поворота валов 10 и 11 контролируют при помощи датчика линейных перемещений (на чертеже не показано), который установлен на штоке 16. Для передачи изделия (на чертеже не показано) на другой ленточный транспортер (на чертеже не показано) осуществляют поворот корпуса 12 относительно его (12) вертикальной оси на необходимый угол при помощи вращения зубчатого колеса 13, которое введено в зацепление с зубчатым колесом 14, кинематически связанным с электродвигателем 15. Для опускания изделия (на чертеже не показано) на другой транспортер (на чертеже не показано) действия выполняют в обратном порядке.

Предлагаемая полезная модель позволяет повысить эффективность и надежность работы привода, а одновременно снизить его массогабаритные характеристики.

1. Механический зубчатый привод исполнительного механизма, содержащий зубчатую передачу, включающую ведущее и ведомое колеса и образующую с ней (передачей) кинематическую цепь зубчатую рейку с устройством ее перемещения, а также ведомое зубчатое колесо, размещенное на валу, отличающийся тем, что зубчатая рейка установлена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая размещена в корпусе, установленном с возможностью поворота вокруг своей вертикальной оси и снабженном механизмом поворота, и жестко закреплена в нем (корпусе), при этом на передаточном валу ведомого зубчатого колеса реечной передачи, установленном в плоскости, перпендикулярной указанной вертикальной оси корпуса, размещено соосно, по крайней мере, одно ведущее зубчатое колесо зубчатой передачи, кинематически связанное с ведомым колесом указанной передачи, которое жестко закреплено на валу.

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что ведущее зубчатое колесо зубчатой передачи, размещенное на валу ведомого зубчатого колеса реечной передачи, соединено с ведомым зубчатым колесом указанной передачи через, по крайней мере, одно паразитное зубчатое колесо.

3. Привод по п.1 или 2, отличающийся тем, что механизм поворота корпуса выполнен в виде зубчатой передачи, ведомое зубчатое колесо которой размещено снаружи корпуса в нижней его части, а ведущее зубчатое колесо кинематически связано с приводом.

4. Привод по п.3, отличающийся тем, что устройство перемещения рейки выполнено в виде линейного привода.

5. Привод по п.4, отличающийся тем, что в качестве линейного привода использован гидропривод, шток которого в верхней части снабжен шаровым шарниром, а в нижней части корпуса зубчатой рейки выполнен паз, конгруэнтный шаровому шарниру.

6. Привод по п.5, отличающийся тем, что все зубчатые колеса привода и устройства поворота корпуса выполнены цилиндрическими и прямозубыми, или косозубыми, или шевронными.

7. Привод по п.6, отличающийся тем, что все зубчатые колеса привода выполнены цилиндрическими, а колеса зубчатой передачи поворота корпуса выполнены коническими.

8. Привод по п.7, отличающийся тем, что на штоке гидравлического привода установлен датчик линейных перемещений.

9. Привод по п.8, отличающийся тем, что все зубчатые колеса привода и устройства поворота корпуса выполнены или из стали, или из чугуна, или из сплава цветных металлов, или из пластмассы.

10. Привод по п.9, отличающийся тем, что все валы и оси выполнены полыми.

11. Привод по п.10, отличающийся тем, что все зубчатые колеса привода выполнены полыми.

12. Привод по п.11, отличающийся тем, что по ширине зубчатой рейки и всех зубчатых колес, включая паразитные, выполнены пазы по всей длине рейки и по всей длине окружности указанных колес глубиной не менее высоты зубьев.