МЕХАНИЧЕСКИЙ РЕДУКТОР

Область техники, к которой относится полезная модель. Полезная модель относится к механическим передачам вращательного движения.
Уровень техники. Известен согласующий редуктор комбинированной энергосиловой установки [Патент РФ на полезную модель №116102], содержащий ведущий шкив, расположенный на валу двигателя внутреннего сгорания, и ведомый шкив, расположенный на выходном валу редуктора, соединенного с трансмиссией. На валу электродвигателя располагается ведущий шкив, находящийся с ним в постоянном зацеплении, и опорный шкив, которые соединены клиновым ремнем.
К недостаткам такого решения можно отнести невозможность регулирования передаточного числа редуктора, а также растягивание ремня в длину, что ведет к ухудшению сцепления шкива и ремня.
Также известен ременной редуктор вертолета соосной схемы [патент РФ на изобретение №2658745], содержащий корпус, выполненный с возможностью привода вращения в противоположных направлениях вертикальных коаксиальных пустотелых ведомых валов от одного ведущего вала. Ведущие и ведомые валы выполнены с закрепленными на них шкивами, а шкивы ведомых валов расположены на различной высоте, при этом привод обеспечен за счет двух ременных передач, одна из которых выполнена с односторонним зубчатым ремнем, а другая ременная передача выполнена с двусторонним зубчатым ремнем и с блоком вспомогательных шкивов, обеспечивающих противоположное направление вращения одного ведомого вала относительно другого. Данное решение по своей сущности является наиболее близким прототипом.
К недостаткам такого решения можно отнести невозможность регулирования передаточного числа редуктора.
Раскрытие полезной модели. Из уровня техники известны различные варианты механических редукторов, позволяющие передавать вращательное усилие между двумя или более валами. Назначение этих редукторов состоит в согласовании моментов на входном (ведущем) и выходном (ведомом) валах, с ведомого вала его крутящее усилие поступает на исполнительный механизм. Такое построение механического редуктора базируется на соотношении длин окружностей шкивов, установленных на входном и выходном валах. В качестве средства передачи механического усилия от одного шкива к другому шкиву выступает ремень, выполняемый гибким в виде кольца, что позволяет ему обтягивать в натяг шкивы.
К недостаткам таких решений является необходимость натяга ремня, который теряет эластичность и усилие обжатия шкивов в процессе работы. Это требует обеспечения компенсации растягивания ремня.
На фигуре 1 представлена схема редуктора с ременной передачей, представляющая собой известный из уровня техники простейший вариант изменения передаточного числа. В таких устройствах два цилиндрических шкива располагаются раздельно друг от друга на некотором расстоянии. При этом в качестве передачи механического вращательного движения выступает гибкий ремень, который служит для переноса момента вращения. В таком случае, соотношение диаметров шкивов определяет пропорцию скорости вращения ведущего и ведомого валов механического редуктора.
Подобные решения имеют ряд недостатков, в том числе при работе происходит растягивание гибкого ремня, и последующее проскальзывание при больших усилиях на валу. Для этого из уровня техники известны решения, направленные на улучшение контакта ремня и шкива, в том числе всевозможные системы подпружиненных шкивов для создания постоянного усилия для выборки избытка длины гибкого ремня.
Гибкий ремень в таких решениях выполняется, как правило, из резины и устанавливается на шкивах в натяг.
В редукторах, подобных изображенным на фигуре 1, возможны разные коэффициенты передачи вращательного движения (передаточные числа). В общем случае, передача вращательного движения будет пропорциональна соотношению диаметров двух шкивов между собой. При этом будет происходить преобразование значения момента силы на ведомом (выходном) валу в зависимости от соотношения диаметров шкивов.
Возможно как увеличение скорости вращения ведомого (выходного) вала, так и понижение скорости его вращения - в соотношении размеров двух шкивов. Преобразование скорости сопровождается изменением момента на валу - таким образом, происходит механическое преобразование не только скорости, но и усилия, при постоянной мощности на валу.
В ряде практических приложений требуется плавное регулирование скорости вращений ведомого (выходного) вала механического редуктора -примерами таких приложений могут быть различные электроприводы механизмов, а также вариаторы транспортных средств.
Различные известные из уровня техники редукторы имеют либо одно фиксированное передаточное число, либо ограниченный ряд значений для ступеней преобразования скорости вращения. Такие решения реализуются в том числе на зубчатых колесах, что усложняет переключение скоростей и значения передаточного числа редуктора.
Предлагаемое решение указанных недостатков. Принцип действия заявляемого решения становится очевиден из фигуры 2. На ней изображены два передаточных шкива в форме усеченного конуса. Рабочие (боковые) поверхности шкивов имеют одинаковый угол наклона относительно друг друга. Таким образом, как это видно из фигуры 2, будучи установленными в обратном друг к другу порядке, упомянутые шкивы полностью совпадают между собой рабочими поверхностями. При этом передаточное число в комбинации конических шкивов изменяется как в сторону увеличения или уменьшения - в зависимости от точки на продольных осях (показанных пунктирной линией), где снимется характеристика.
Однако, передача момента между коническими шкивами при касании их рабочих поверхностей непосредственно по всей длине продольных осей, невозможна. Это объясняется разными угловыми скоростями - а значит, и передаточными числами редукции. С одной крайней стороны шкивов будет действовать понижение передаточного числа, с другой стороны - будет повышение передаточного числа. В середине шкивов будет действовать равное передаточное число, когда скорость вращения ведущего и ведомого шкивов будут совпадать.
По этой причине возможно снятие механического вращательного усилия только на ограниченном участке рабочей поверхности шкивов.
В качестве передачи механического усилия между ведущим и ведомым валами предлагается использовать передаточное кольцо, выполняемое в виде окружности из металла, покрытое изнутри и снаружи резиной для увеличения коэффициента сцепления с поверхностями шкивов (показано на фигуре 2 под номером 4). Благодаря этому становится возможным снятие вращательного усилия на локальном участке рабочих поверхностей шкивов. При перемещении передаточного кольца вдоль оси вращения шкивов, оно позволяет изменять передаточное соотношение между ведомым и ведущим валами механического редуктора.
Использование размещенных совместно шкивов конической формы во взаимно-обратном расположении обеспечивает постоянство угла наклона в зазоре между ними. Упомянутое выше передаточное кольцо выполняется с наклоном вовнутрь, имеющим тот же угол, что и наклон внутрь рабочих поверхностей конических шкивов, и благодаря возможности передвигаться вдоль оси вращения шкивов реализует изменение передаточного числа.
Основным достигаемым результатом является повышение надежности редуктора, в сравнении с другими ременными передачами. Также возможно регулирование коэффициента передачи механического редуктора за счет перемещения передаточного кольца вдоль оси вращения.
Опыт эксплуатации ременных вариаторов (например, при передаче скоростей в снегоходах) показывает ограниченную надежность ремней, выполняемых, как правило, из резины. Это приводит к скорому износу и разрыву ремня, часто непредсказуемо по длительности отработанного ими времени. Предлагаемое решение имеет стальное кольцо - имеющее один постоянный профиль и не подверженной деформации, в качестве средства передачи механического усилия между двумя шкивами. Это позволяет избежать старения и облегчить режим работы резинового покрытия в упомянутом передаточном кольце.
На фигуре 3 показан поперечный разрез предлагаемого механического редуктора, где видно, что передаточное кольцо охватывает один из шкивов, который оказывается расположенным внутри него. Это позволило сократить объем пространства, необходимый для реализации предлагаемого решения. Диаметр упомянутого передаточного кольца должен превышать наибольший диаметр конического шкива, однако степень превышения может быть мала. Это позволяет сократить размеры предлагаемого механического редуктора. Все описанные особенности предлагаемого механического редуктора позволяют повысить надежность работы средства передачи механического вращения (передаточного кольца), и обеспечить возможность плавного регулирования передаточного числа от минимального до максимального значения - с проходом через участок равенства угловых скоростей (то есть равенство 1 передаточного числа).
Следовательно, поставленные перед данным заявляемым решением технические задачи достигнуты.
Представленное решение является простым и потому практически применимым - позволяя достичь улучшения технических характеристик. Замена резинового ремня на металлическое передаточное кольцо позволило гарантировать надежность и долговечность, а округлая форма упомянутого передаточного кольца облегчает режим работы резинового покрытия его рабочих наружных и внутренних поверхностей.
В предлагаемом решении предлагается следующий путь решения поставленных задач - а именно, замена резинового гибкого ремня на круглое стальное кольцо с резиновыми покрытиями, а также работа на различных участках поверхности шкивов - что позволило регулировать соотношение угловых скоростей и общее передаточное число редуктора. Конструкция предлагаемого решения является простой и легко реализуемой, что дает возможность широко применять ее в промышленности.
Предлагаемое техническое решение является новым, имеющим следующие принципиальные отличия от прототипа:
- два шкива выполняются в виде одинаковых усеченных конусов;
- шкивы устанавливаются во взаимно обратном расположении, так что большему диаметру одного шкива соответствует меньший диаметр другого шкива;
- для передачи вращательного усилия используют передаточное кольцо, имеющее прорезиненные поверхности внутри и снаружи;
- передаточное кольцо имеет наклон вовнутрь, равный углу наклона рабочих поверхностей шкивов.
Таким образом, совокупность существенных признаков полезной модели приводит к новому техническому результату - возможности плавного регулирования передаточного числа редуктора и повышению надежности его работы. Вся совокупность отличительных признаков решения неизвестна из уровня техники.
Краткое описание чертежей. На фигуре 1 изображена схема ременного редуктора. Здесь 1 - шкив, 2 - ремень. На фигуре 2 изображено сечение предлагаемого механического редуктора в плоскости продольных осей валов. Здесь 3 - конический шкив, 4 - передаточное кольцо. На фигуре 3 изображено сечение предлагаемого механического редуктора в поперечной к осям валов плоскости. Здесь 3 - конический шкив, 4 - передаточное кольцо.