Валикокольцевой механизм с тремя кольцами-шарикоподшипниками состоит из валика 1, охватываемого тремя кольцами-шарикоподшипниками 2, которые кинематически связаны между собой зубчатыми колесами3, установленными в каретке 6. На каретке закреплен раскладчик 7. При помощи двух винтов 5 и планки 4 создается прижимное усилие Р в результате чего средний шарикоподшипник давит на валик сверху, а два других снизу. Наличие трех колец-шарикоподшипников в механизме позволяет полностью разгрузить опоры валика от действия усилий.

Для возможности разворота колец на валике отверстия во внутренних кольцах шарикоподшипников изготавливаются не цилиндрическими, а скругленными по радиусу r1, называемый «оливажем».

При повороте среднего подшипника на угол , два других также поворачиваются на угол , но в противоположные стороны. При угле =0 и вращающемся валике каретка с кольцами стоит на месте. Максимальный угол разворота  зависит от соотношений радиуса валика r и радиусов R и r1.

R – радиус отверстия внутреннего кольца шарикоподшипника, r1 - радиус скругления внутреннего кольца шарикоподшипника (радиус оливажа).

Фрикционная передача с кольцами отличается простотой устройства и изготовления. Кольца изготовляют из подшипников путем доработки.

Усилие подачи Рs зависит от силы, с которой кольца прижимаются к валу. При исполнении привода, как это показано на листе 1, рис. 8, среднее кольцо прижимается с силой Р, крайнее – с силой Р/2. Поэтому , где - коэффициент трения.

·                 Фрикционный валикокольцевой механизм с роликами, расположенными внутри полого вала (лист 1, рис. 9)

Этот механизм работает по тому же принципу, что и предыдущие два валикокольцевых механизма. Отличие его заключается лишь в том, что каретка с роликами помещена внутри полого валика. Положительным качеством такого механизма является отсутствие выступающих частей. Но ему присущ и серьезный недостаток – трудность регулировки силы прижима роликов к трубе. На практике такой механизм почти не используется.

Возможности применения валикокольцевых механизмов очень многообразны. Практически эти механизмы можно применить во всех устройствах, где требуется превращение вращательного движения в возвратно-поступательное.

Такие механизмы применяются в многочисленных механизмах раскладки, в приводе вертикальной подачи сверлильного станка, счетно-решающих приборах, эвольвентомерах, каретках самописцев и пр.

Валикокольцевые механизмы имеют следующие преимущества перед соосными винтовыми, зубчатыми и кулачковыми механизмами:

-             возможность осуществления на ходу бесступенчатого регулирования скорости перемещения каретки, т.е. передаточного отношения;

-             возможность выполнения разнообразных функциональных зависимостей, так как движение каретки может происходить по любому закону с помощью дополнительных устройств;

-             возможность реверсирования движения каретки без реверса валика;

-             возможность регулирования усилия, передаваемого кареткой или валиком;

-             бесшумность в работе.

Область применения валикокольцевых механизмов настолько обширна, что они находят применение в приборных механизмах и в тяжелом машиностроении. Так, например, эти механизмы устанавливаются в хвостовой части лентопрокатных станков и выполняют функции лентоводителей для крестовидной намотки стальной ленты.

Валикокольцевые механизмы просты по конструкции, имеют незначительный износ (трения качения), относительно высокий КПД.

·                 Раскладчик с импульсным перемещением (лист 1, рис. 10)

На шпинделе станка закреплен диск 1, имеющий по периметру требуемое число выступов 2, которые замыкают цепь питания электромагнита 5, вследствие чего сердечник 6 перемещается и поворачивает обгонную муфту 7 в сторону ее рабочего хода. Муфта поворачивает на заданный угол червяк 8 и находящееся с ним в зацеплении червячное колесо 9, на одной оси с которым рифленый ролик 10. Ролик вращается в пазу вилки 11, шарнирно связанной со штангой 13, перемещающей раскладчик 14. Если в верхний электромагнит 15 подается электрическое напряжение, то верхний зуб вилки 11 прижимается к поверхности ролика 10 и за счет силы трения заставляет вилку, а вместе с ней и укладчик равномерно перемещаться в сторону направления вращения ролика. Как только упор 12 нажмет на один из концевых выключателей К1 и К2, управляющих электромагнитами 15, вилка 11 прижимается нижним или верхним зубом и при неизменном направлении движения ролика укладчик начинает перемещаться в прямом или обратном направлении. Регулировка шага здесь осуществляется весьма просто с помощью регулировочного микрометрического винта 3 через пружину 4, противодействующую сердечнику 6 электромагнита и изменяющую его ход, а следовательно, и угол поворота обгонной муфты 7. В зависимости от количества выступов 2 на диске 1 перемещения на заданный шаг обмотки могут быть соответственно расчленены по величине и на один оборот каркаса могут совершаться столько раз, сколько этих выступов на диске. Это уменьшает величину импульса и практически приводит к равномерной по углу подъема витка укладке.

Такой метод выполнения механизма раскладки позволяет широко, бесступенчато и быстро регулировать шаг укладки, значительно упрощает механизм раскладки и реверса.

Раскладчики, имеющие гибкую кинематическую связь со шпинделем станка, имеют важные преимущества перед раскладчиками других видов. Они позволяют бесступенчатое регулирование величины шага намотки, который может перестраиваться даже в процессе намотки. Эти механизмы бесшумные в работе, просты по конструкции, надежны, точно воспроизводят заданный шаг раскладки.

2.2. Анализ схем валикокольцевых механизмов

Известны три схемы конструктивного выполнения валикокольцевых механизмов:

-       вал-ролики (US)

-       вал-кольца (BRD)

-       пустотельный вал-ролики

Необходимо провести объективное сравнение данных  схем, используя в комплексе все факторы, влияющие на нагрузочную способность и определить область их практического применения в раскладчиках кабельных изделий.

Так как схема пустотельный вал-ролики из-за своих конструктивных недостатков малопригодна в кабельной технике, данную конструкцию рассматривать не будем.

Анализ схем вал-ролики и вал-кольца проведем по следующим критериям:

1.           Габариты механизма. Во многих случаях практического использования валикокольцевых механизмов (раскладчики различных типов, механизмы кареток измерительных приборов и т.д.) габариты механизма стремятся уменьшить с целью снижения веса подвижных частей, а значит и уменьшения инерционных нагрузок, оказывающих влияние на погрешность выполняемого механизмом закона, особенно во время смены направления движения валикокольцевого механизма (реверс механизма).

2.           Осевое усилие, передаваемое механизмом, которое прямопропорционально его нагрузочной способности.

Введем следующие обозначения:

r – радиус вала;

R – для схемы US это радиус наружного кольца шарикоподшипника (ролика), а для схемы BRD – радиус отверстия внутреннего кольца шарикоподшипника;

r1 – радиус скругления внутреннего кольца шарикоподшипника (радиус оливажа);

- угол поворота ролика или кольца.

Для облегчения сравнения введем относительные величины:

                     и             

Сравнение ведем в следующих диапазонах:

Сравнение габаритов валикокольцевых механизмов

Оценим габариты одной из основных частей механизма – однорядного шарикоподшипника. Рассчитаем размер вдоль вала валикокольцевого механизма (величину С), занимаемой половиной шарикоподшипника при повороте его на угол . Из рис. 2 следует, что

С = С1 + С2                                                         (1)

                 (2)

                                        (3)

где

Рис. 2.   К расчету габарита шарикоподшипника

После подстановки (2) и (3) в выражение (1) получим:

,

где

Рассчитаем теперь габариты валикокольцевого механизма по схеме вал-кольца:

Рис. 3. К расчету габарита схемы вал-кольца (BRD)

Примем R (рис. 3), тогда получим

                                          (5)

                              (6)

                             (7)

Перемножая (6), (7) и (8) получим габарит занимаемый схемой вал-кольца:

            (8)

Рассчитаем габарит схемы вал-ролики:

Рис. 4. К расчету габарита схемы вал-ролики (US)

                                       (9)

                                                       (10)

Перемножив (9) и (10) получим габарит схемы вал-ролики:

 (11)

Производим сравнение габаритов схем (8) и (11). Принимая r = 1 и отбрасывая в каждой зависимости одинаковые сомножители, получаем:

                                                                  (12)

                                           (13)

Задаваясь значениями a, вычисляем габарит механизмов, результаты вычисления сводим в табл. 1 и строим графики на рис. 5.

Таблица 1.

Вычисление габаритов схем валикокольцевых механизмов (ВКМ)