Патент на изобретение №2156004

(54) ПРУЖИННЫЙ ПРИВОДНОЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ СИЛОВОГО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к пружинному приводному механизму для силового распределительного устройства, в особенности для автоматического выключателя. Механизм содержит имеющий возможность вращения вокруг своей оси вал включения, установленное на нем большое зубчатое колесо, зацепляющееся с ним для натяжения пружины включения малое зубчатое колесо и средство для предотвращения взаимного заклинивания большого и малого зубчатых колес после высвобождения вала. Это средство характеризуется профилями зубьев большого и малого колес. В зубьях большого зубчатого колеса имеется первый промежуток, за которым в направлении вращения следует первый отводной зуб, который выполнен с возможностью отвода назад вдоль оси против усилия пружины сжатия. За этим зубом следует второй промежуток, простирающийся на длину, которая не меньше, чем два шага зубчатого зацепления, и несколько меньше, чем целое число шагов. За вторым промежутком следует второй отводной зуб, также выполненный с возможностью отвода назад вдоль оси зуба против усилия пружины сжатия. Каждый из отводных зубьев и первый неотводной зуб, следующий за последним отводным зубом, имеют боковые поверхности, которые встречаются радиально наружу на общей кромке, и наклонную плоскость в своей зоне, примыкающей к кромке. Устранен риск неправильной работы механизма. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к пружинному приводному механизму для силового распределительного устройства для автоматического выключателя, в частности, для силового выключателя среднего или высокого напряжения, содержащему:
пружину включения, эксцентрично соединенную с валом включения, который свободно вращается вокруг своей оси; пружина выполнена с возможностью увлечения, во-первых, вала включения в заданном направлении вращения для включения распределительного устройства в цепь и, во-вторых, большого зубчатого колеса, установленного на валу включения, и малого зубчатого колеса, которое находится в зацеплении с большим зубчатым колесом и которое соединено с приводным элементом для приведения посредством малого зубчатого колеса в движение большого зубчатого колеса и вала включения в заданном направлении для нагружения пружины включения с целью включения распределительного устройства в цепь; вал включения выполнен с возможностью прохождения из положения, в котором пружина включения ослаблена, по крайней мере, частично, за мертвое положение, в котором пружина включения находится под нагрузкой;
храповой механизм, выполненный с возможностью подпирать большое зубчатое колесо в положении подпирания, находящимся за мертвым положением в заданном направлении вращения, и высвобождать вал включения для включения распределительного устройства в цепь;
первый промежуток, образованный на периферии большого зубчатого колеса и вызванный разрывностью в зубьях большого зубчатого колеса; промежуток предусмотрен в зоне зубьев, которая расположена вблизи малого зубчатого колеса, когда вал включения подпирается драповым механизмом; и
средство для предотвращения взаимного заклинивания большого зубчатого колеса и малого зубчатого колеса друг с другом после высвобождения вала включения храповым механизмом, при этом средство содержит:
профиль зубьев малого зубчатого колеса, в котором боковые поверхности зуба встречаются радиально наружу на общей кромке, при этом передняя боковая поверхность имеет эвольвентный профиль, а противоположная боковая поверхность имеет плоскость, простирающуюся от кромки и наклоненную относительно радиальной прямой линии, проходящей через середину зуба; и
профиль зуба большого зубчатого колеса, который следует за промежутком в заданном направлении, в котором его боковые поверхности встречаются радиально наружу на общей кромке и который содержит наклонную плоскость в верхней зоне, примыкающей к кромке.

В европейской патентной заявке, опубликованной под номером 0651409 А1, описывается механизм этого типа. В этом варианте выполнения все зубья малого зубчатого колеса и первый зуб, который следует в заданном направлении за промежутком, оставляемым разрывностью в зубьях большого зубчатого колеса, выполнены таким образом, что у каждого из них их боковые поверхности сходятся в направлении к единственной кромке. Цель этой меры заключается в предотвращении заклинивания зубчатых колес. К сожалению, как оказалось, трение кромки малого зубчатого колеса о переднюю боковую поверхность первого зуба, следующего за промежутком, в большей или меньшей степени вызывает потери мощности из-за трения скольжения. Такие потери, которые зависят от положения малого зубчатого колеса, приводят к изменениям во времени, необходимом для включения распределительного устройства, и также к заметному износу первого зуба, следующего за промежутком в большом зубчатом колесе. Если механизм используется для управления выключателем, который предназначен для уменьшения перенапряжений в сети посредством срабатывания синхронно с напряжением в сети, то такие беспорядочно возникающие изменения недопустимы.

В европейском патенте N 0294561 А2 описывается приводной механизм подобного типа, который соединен с прерывателем и в котором первый зуб большого зубчатого колеса, расположенный непосредственно после промежутка, выполнен с возможностью радиального отвода назад против усилия пружины сжатия. Если этот зуб входит в соприкосновение с вершиной зуба малого зубчатого колеса в начале процесса зацепления, то он радиально отводится назад, сжимая пружину, которая связана с ним. В результате этого зуб может без заклинивания скользить по кромке соответствующего зуба малого зубчатого колеса. После того как он пройдет мимо этой кромки, он входит в зацепление в пространстве, следующем за зубом малого зубчатого колеса. Тем не менее, существует большой риск того, что отводной зуб будет продолжать увлекать большое зубчатое колесо посредством трения, несмотря на его постепенный отвод назад в гнездо, которое содержит пружину. При таких условиях второй зуб, который следует за промежутком, имеющимся в большом зубчатом колесе, и который не выполнен с возможностью отвода назад, может входить в соприкоснование с кромкой зуба малого зубчатого колеса и заклинивать всю зубчатую передачу. Вероятность этого высока, поскольку малое зубчатое колесо отделено от его привода соединением из холостого колеса и поэтому может очень легко вращаться.

В настоящем изобретении предпринимается попытка устранить вышеописанные недостатки и исключить какой-либо риск неправильной работы таких известных механизмов путем использования технического решения, которое эффективно, легко в осуществлении и которое путем соответствующей модификации может быть внедрено в механизмах этого типа, уже находящихся в эксплуатации.

Эта цель достигается посредством механизма, определенного во введении и отличающегося тем, что за первым промежутком, образованным на периферии большого зубчатого колеса, следует в заданном направлении вращения первый отводной зуб, выполненный с возможностью отвода назад вдоль оси зуба против усилия пружины сжатия; за первым отводным зубом следует в заданном направлении вращения второй промежуток, образованный на периферии большого зубчатого колеса и вызванный дополнительной разрывностью в его зубьях, при этом второй промежуток простирается, по меньшей мере, на два шага зубчатого зацепления; и зуб, следующий непосредственно за вторым промежутком, является вторым отводным зубом, который выполнен с возможностью отвода назад вдоль оси зуба против усилия пружины сжатия.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения второй промежуток простирается на длину, которая несколько меньше, чем целое число шагов зубчатого зацепления, а второй отводной зуб имеет боковые поверхности, которые встречаются радиально наружу на общей кромке и которые содержат наклонную плоскость в своей верхней зоне, примыкающей к кромке.

Как полезно, второй промежуток простирается на длину, которая приблизительно на одну шестую часть шага зубчатого зацепления короче, чем целое число шагов зубчатого зацепления, и предпочтительно на длину, которая приблизительно равна шага зубчатого зацепления. Как особенно полезно, за вторым отводным зубом следует в заданном направлении вращения третий промежуток, который простируется, по меньшей мере, на два шага зубчатого зацепления.

Предпочтительно, за третьим промежутком следует зуб, чьи боковые поверхности встречаются радиально наружу на общей кромке и который содержит наклонную плоскость в своей верхней зоне, примыкающей к кромке.

Как более обычно, за первым промежутком следуют в заданном направлении вращения n отводных зубьев, которые выполнены с возможностью отвода назад вдоль оси зуба против усилия пружины, при этом за каждым из отводных зубьев следует в заданном направлении вращения промежуток, простирающийся, по меньшей мере, на два шага зубчатого зацепления.

Во всех вариантах осуществления изобретения каждый из отводных зубьев и первый неотводной зуб, следующий за последним отводным зубом в заданном направлении вращения, имеют боковые поверхности, которые встречаются радиально наружу на общей кромке и содержат наклонную плоскость в своей верхней зоне, примыкающей к кромке.

Каждый из отводных зубьев отделен от каждого примыкающего отводного зуба промежутком, простирающимся на длину, которая несколько меньше, чем целое число шагов зубчатого зацепления.

Настоящее изобретение будет лучше понятно при чтении нижеследующего описания предпочтительного варианта осуществления изобретения, сделанного со ссылкой на соответствующие чертежи, приведенные в качестве неограничительных примеров, на которых:
фиг. 1 – схематический общий вид, показывающий предпочтительный вариант выполнения механизма согласно изобретению,
фиг. 2 – подробный вид, более определенно показывающий отводные зубья большого зубчатого колеса;
фиг. 3А, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F, 3G и 3H показывают поведение большого зубчатого колеса и малого зубчатого колеса в зоне, где отводные зубья входят в зацепление с зубьями малого зубчатого колеса, когда зубья малого зубчатого колеса и зубья большого зубчатого колеса не входят в столкновение; и
фиг. 4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 4F, 4G и 4H показывают поведение большого зубчатого колеса и малого зубчатого колеса в зоне, где отводные зубья входят в зацепление с зубьями малого зубчатого колеса, когда зубья малого зубчатого колеса и зубья большого зубчатого колеса входят в столкновение.

На фиг. 1, на которой пружинный приводной механизм 10, показанный для соединения с распределительным устройством, содержит вал включения 11, который свободно вращается вокруг своей оси 12 и который несет, во-первых, большое зубчатое колесо 13 и, во-вторых, кулачок 14, чье назначение объясняется ниже. Пружина включения 15, образуемая пружиной растяжения, соединена с большим зубчатым колесом 13 в точке крепления 16 посредством цепи 17 или любого другого соответствующего средства, пропущенного в показанном примере вокруг отклоняющего ролика 18. Большое зубчатое колесо 13 находится в зацеплении с малым зубчатым колесом 19, которое через зубчатую передачу 20 соединено с ведущей шестерней 21, закрепленной на выходном валу 22 приводного двигателя 23.

Этот набор деталей механизма известен сам по себе и подробно описывается в европейской патентной заявке, опубликованной под номером 0652409 и упомянутой во введении; механизм предназначен для обеспечения возможности пружине включения 15 приводить в движение вал включения 11 в заданном направлении вращения А (см. по стрелке А на фиг. 1) с тем, чтобы включать распределительное устройство в цепь (не показана), и для обеспечения возможности приводному двигателю 23 натягивать пружину включения 15, чтобы она была растянута и готова высвободить свою накопленную энергию, так чтобы всегда быть готовой включить распределительное устройство в цепь. Когда распределительное устройство подключено, пружина включения 15 создает натяжение на цепь 17 и вызывает вращение большого зубчатого колеса 13 в заданном направлении, показанном стрелкой А, при этом точка крепления 16 проходит из положения готовности, находящегося несколько вниз от мертвой точки 16а (в заданном направлении вращения А для большого зубчатого колеса), до конечного положения, соответствующего точке ослабления 16b, которая диаметрально противоположна мертвой точке 16а. После этого приводной двигатель 23 приводит в действие вал включения 11, чтобы он вращался в заданном направлении вращения А. Это продолжается до тех пор, пока точка крепления пружины включения вновь не пройдет немного за мертвую точку 16 и пружина не будет взведена. Большое зубчатое колесо останавливается в этом положении под действием храпового механизма 24, имеющего собачку 25, приводимую в движение электромагнитом 26, и упор 27, установленный на одной из поверхностей большого зубчатого колеса 13 и взаимодействующий с собачкой 25 для удерживания колеса в желаемом положении готовности.

Механизм 10, кроме того, имеет главный вал 30, несущий, в частности, пусковой рычаг 31 для приведения в движение рычага управления (не показан) распределительного устройства, соединительный рычаг 32 для соединения указанного вала с пружиной отключения 33, рычаг 34 с роликом 34а, который взаимодействует с кулачком 14, стопорный рычаг 35, который взаимодействует с собачкой 36, приводимой в действие электромагнитом 37, и тормозной рычаг, который соединен с тормозом 38, образованным, например, гидравлическим амортизатором или т. п. Пружина отключения 33 предпочтительно аналогична или подобна пружине включения 15 и соединена посредством цепи 39, направляемой отклоняющим роликом 40, с соединительным рычагом 32. Pолик 34а, работающий от кулачка, прижат к кулачку 14, установленному на валу включения 11. Этот кулачок регулирует движение рычага 34 между двумя положениями 41а и 41b, которые согласуются с положениями соответственно 1 и 0 пускового рычага 31. Собачка 36 фиксирует стопорный рычаг 35 в положении, соответствующем положению I пускового рычага 31.

На фиг. 2 в более крупном масштабе показаны большое зубчатое колесо 13 и малое зубчатое колесо 19. Как видно, зубья 50 малого зубчатого колеса 19 имеют специальный профиль, причем каждый из них нарезан до заостренной вершины. Боковые поверхности каждого из этих зубьев встречаются радиально наружу на общей кромке, при этом передняя боковая поверхность имеет эвольвентный профиль, а противоположная боковая поверхность имеет плоскость, простирающуюся от кромки и наклоненную относительно радиальной линии, проходящей через середину соответствующего зуба.

В заданном направлении вращения А большое зубчатое колесо 13 имеет разрывность в своих зубьях 51, которая обуславливает первый промежуток 52а, образующий зону без зубьев. В этом промежутке расположен первый отводной зуб 53а. Он выполнен за одно целое с частично пустотелой ножкой 54а, которая помещена в по существу цилиндрическое гнездо 55а, образованное в толще большого зубчатого колеса. Пружина сжатия 56а установлена в замкнутом пространстве, образованном полостью в пустотелой ножке 54а и гнездом 55 в колесе, при этом пружина стремится поджимать зуб 53а радиально наружу от колеса. Для предотвращения выхода зуба и для ограничения его хода в направлении наружу внизу первого промежутка 52а помещена стопорная пластина 57а, частично закрывающая гнездо 55а. Эта стопорная пластина закреплена посредством, по меньшей мере, одного, а предпочтительно двух крепежных винтов 58а. Благодаря такой конструкции зуб 53а может частично отходить назад в гнездо 55а против усилия, создаваемого пружиной сжатия 56а.

После первого отводного зуба 53а большое колесо 13 имеет второй промежуток 52b, образованный дополнительной разрывностью в зубьях 51 этого колеса. Этот второй промежуток простирается, по меньшей мере, на два шага зубчатого зацепления. В предпочтительном варианте осуществления изобретения этот промежуток простирается на длину, которая несколько короче, чем целое число шагов зубчатого зацепления, а преимущественно на целое число минус одна шестая шага зубчатого зацепления, например, на шага зубчатого зацепления.

Зуб 53b большого зубчатого колеса, следующий непосредственно за вторым промежутком 52в, также выполнен с возможностью отвода назад против усилия пружины сжатия 56b. Зуб 60, следующий за вторым отводным зубом 53b после третьего промежутка 52с, который простирается на длину, равную целому числу шагов зубчатого зацепления, содержит, как и каждый из отводных зубов, боковые поверхности, которые встречаются радиально наружу на общей кромке. Боковая поверхность, противоположная передней поверхности, имеет наклонную плоскость в своей верхней части, примыкающей к кромке зуба. В общем, два отводных зуба 53а и 53b могут выступать относительно других зубьев 51 большого зубчатого колеса, посредством чего обеспечивается преимущество в уменьшении вероятности того, что вершины других зубьев будут входить в контакт с вершиной зуба малого зубчатого колеса 19.

Фиг. 3А-3Н, показывают то, что происходит в отсутствии столкновения между зубьями 50 малого зубчатого колеса 19 и зубьями большого зубчатого колеса 13. Первоначальный момент показан на фиг. 3А и 3В, при этом фиг. 3В показывает момент контакта, возникающего между зубом малого зубчатого колеса 19 и первым отводным зубом 23а большого зубчатого колеса 13. Фиг. 3С и 3D показывают положения зубьев малого зубчатого колеса относительно отсутствующих зубьев 51 (изображены пунктирными линиями) большого зубчатого колеса 13. На фиг. 3Е пунктирными линиями показан первоначальный профиль зуба 61 малого зубчатого колеса 19, который не нарезан соответствующим образом. Как можно видеть на этой фигуре, что если бы сохранялся его первоначальный профиль, то автоматически происходило бы столкновение со вторым отводным зубом 53b большого зубчатого колеса. Фиг. 3F, 3G и 3Н показывают относительные положения зубьев 50 малого зубчатого колеса 19 и зубьев 53а, 53b и 60 большого зубчатого колеса 13.

Фиг. 4А-4Н показывают то, что происходит, когда вершина зуба 50 малого зубчатого колеса 19 встречается с вершиной отвода зуба 53а большого зубчатого колеса 13. На фиг. 4В показан первоначальный момент этого контакта между двумя зубьями 50 и 53а. Контакт вершины с вершиной вызывает отвод назад зуба 53а. По мере того, как продолжается движение, зубья малого зубчатого колеса и зубья большого зубчатого колеса принимают относительные положения, показанные на фиг. 4C и 4D. На фиг. 4E показан контакт между одним из зубьев 50 малого зубчатого колеса 19 и вторым отводным зубом 53b. Этот зуб отходит назад, как показано на фиг. 4F, а затем два зубчатых колеса нормально входят в зацепление так, как показано на фиг. 4G и 4H, благодаря промежуткам 52а, 52b и 52с, предусмотренных между отводными зубьями 53а, 53b и после второго отводного зуба.

Изобретение не ограничивается показанными вариантами его осуществления, которые являются лишь примерами конструкции. В частности, количество отводных зубьев не ограничивается двумя и может быть увеличено до n зубьев, которые выполнены с возможностью отвода назад вдоль оси зуба против усилия нажимной пружины, при этом за каждым из зубьев следует вышеописанный промежуток.

Формула изобретения

1. Пружинный приводной механизм (10) для силового распределительного устройства для автоматического выключателя, в частности для силового выключателя среднего или высокого напряжения, содержащий пружину включения (15), эксцентрично соединенную с валом включения (11), который свободно вращается вокруг своей оси, причем пружина выполнена с возможностью увеличения, во-первых, вала включения в заданном направлении вращения (А) для включения распределительного устройства в цепь и, во-вторых, большого зубчатого колеса (13), установленного на валу включения (11), и малого зубчатого колеса (19), которое находится в зацеплении с большим зубчатым колесом и которое соединено с приводным элементом (23) для приведения посредством малого зубчатого колеса в движение большого зубчатого колеса и вала включения в заданном направлении для нагружения пружины включения для включения распределительного устройства в цепь, при этом вал включения выполнен с возможностью прохождения из положения (16b), в котором пружина включения ослаблена, по крайней мере, частично, за мертвое положение (16а), в котором пружина включения находится под нагрузкой; храповой механизм (24), выполненный с возможностью подпирать большое зубчатое колесо (13) в положении подпирания, находящемся за мертвым положением в заданном направлении вращения (А), и высвобождать вал включения (11) для включения распределительного устройства в цепь; первый промежуток (52а), образованный на периферии большого зубчатого колеса и вызванный разрывностью в зубьях (51) указанного большого зубчатого колеса, промежуток предусмотрен в зоне зубьев, которая расположена вблизи малого зубчатого колеса (19), когда вал включения подпирается краповым механизмом и средство для предотвращения взаимного заклинивания большого зубчатого колеса (13) и малого зубчатого колеса (19) друг с другом после высвобождения вала включения храповым механизмом, при этом указанное средство содержит профиль зубьев (50) малого зубчатого колеса (19), в котором боковые поверхности зуба встречаются радиально наружу на общей кромке, при этом передняя боковая поверхность имеет эвольвентный профиль, а противоположная боковая поверхность имеет плоскость, простирающуюся от кромки и наклоненную относительно радиальной прямой линии, проходящей через середину зуба, и профиль зуба большого зубчатого колеса (13), который следует за промежутком в заданном направлении, в котором его боковые поверхности встречаются радиально наружу на общей кромке и который содержит наклонную плоскость в верхней зоне вблизи кромки, отличающийся тем, что за первым промежутком (52а), образованным на периферии зубчатого колеса (13), следует в заданном направлении вращения (А) первый отводной зуб (53а), выполненный с возможностью отвода назад вдоль оси зуба против усилия от пружины сжатия (56а), за первым отводным зубом следует в заданном направлении вращения (А) второй промежуток (52b), образованный на периферии большого зубчатого колеса (13) и вызванный дополнительной разрывностью в его зубьях, при этом второй промежуток простирается, по меньшей мере, на два шага зубчатого зацепления, и зуб, следующий непосредственно за вторым промежутком (52b), является вторым отводным зубом (53b), который выполнен с возможностью отвода назад вдоль оси зуба против усилия пружины сжатия (56b).

2. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что второй промежуток (52b) простирается на длину, которая несколько меньше, чем целое число шагов зубчатого зацепления, и что второй отводной зуб (53b) имеет боковые поверхности, которые встречаются радиально наружу на общей кромке и которые содержат наклонную плоскость в своей верхней зоне, примыкающей к кромке.

3. Механизм по п.2, отличающийся тем, что второй промежуток простирается на длину, которая приблизительно на одну шестую часть шага зубчатого зацепления короче, чем целое число шагов зубчатого зацепления.

4. Механизм по п.3, отличающийся тем, что второй промежуток простирается на длину, которая приблизительно равна шага зубчатого зацепления.

5. Механизм по п.3, отличающийся тем, что за вторым отводным зубом (53b) следует в заданном направлении вращения (А) третий промежуток (52с), который простирается, по меньшей мере, на два шага зубчатого зацепления.

6. Механизм по п.5, отличающийся тем, что за третьим промежутком (52с) следует зуб (60), чьи боковые поверхности встречаются радиально наружу на общей кромке и который содержит наклонную плоскость в своей верхней зоне, примыкающей к кромке.

7. Механизм по п.1, отличающийся тем, что за первым промежутком (52а) следуют в заданном направлении вращения (А) n отводных зубьев, которые выполнены с возможностью отвода назад вдоль оси зуба против усилия пружины, при этом за каждым из отводных зубьев следует в заданном направлении вращения (А) промежуток, простирающийся, по меньшей мере, на два шага зубчатого зацепления.

8. Механизм по п.7, отличающийся тем, что каждый из отводных зубьев и первый неотводной зуб, следующий за последним отводным зубом в заданном направлении вращения (А), имеют боковые поверхности, которые встречаются радиально наружу на общей кромке, и содержат наклонную плоскость в своей верхней зоне, примыкающей к кромке.

9. Механизм по п. 8, отличающийся тем, что каждый из отводных зубьев отделен от каждого примыкающего отводного зуба промежутком, простирающимся на длину, которая несколько меньше, чем целое число шагов зубчатого зацепления.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 13.11.2004

Извещение опубликовано: 20.02.2006 БИ: 05/2006