ПОВОРОТНЫЙ МЕХАНИЗМ БАШНИ
TURRET ROTATION MECHANISM

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к механизмам поворота башни танков, боевых машин пехоты и др.
Особенность применения механизмов поворота башенных установок боевых машин, например башен танков или боевых машин пехоты, заключается в том, что большие контактные напряжения в местах сопряжения зубчатого венца погона башенной установки и выходной шестерни механизма поворота вызывают повышенный износ зубьев погона.
+70
Кроме этого для обеспечения высокой динамической точности и высокой чувствительности привода поворота башни в режиме слежения (при реверсе), механизм поворота должен иметь малые моменты сопротивления повороту и минимальный люфт в кинематической цепи привода. При этом требование сохранения минимального люфта должно обеспечиваться во всем диапазоне нагрузок, действующих в тех режимах работы, в которых требуется обеспечить высокую точность и чувствительность привода. Так как минимальный люфт в механизмах обеспечивается люфтовыбирающим устройством путем упругого поджатия сопрягаемых зубчатых колес, то к нему в свою очередь предъявляется требование сохранения упругого поджатия в требуемом диапазоне изменения момента нагрузки, то есть люфтовыбирающее устройство не должно сдавать до определенного момента нагрузки. Например, в объекте Т-72М башня имеет момент неуравновешенности при крене 15° до 1000 кГ·м, а к редуктору предъявляется требование: «люфтовыбирающее устройство не должно сдавать при моменте, приложенном относительно оси башни, равном 517 кГ·м. (см. п.2.1.3 и п.2.1.10а) технических условий БК1.370.058ТУ на изд. 2Э28М, производства ОАО «КЭМЗ» г. Ковров).
Для снижения износа в зубчатом зацеплении применяют различные варианты упрочнения зубьев, что бывает недостаточно для обеспечения требуемого ресурса работы изделия. Другой способ снижения износа заключается в увеличении числа зубьев зубчатого венца погона, одновременно обеспечивающих передачу момента нагрузки путем увеличения числа выходных шестерен механизма, находящихся в зацеплении с погоном. Примером такого механизма является вариант двухпоточного редуктора. Известны конструкции двухпоточных редукторов с тихоходной ступенью внешнего зацепления и внутреннего зацепления (Атлас конструкций узлов и деталей машин под ред. О.А. Ряховского, Москва, издательство МГТУ им. Баумана, 2007, стр.95, 96, 115-118), которые позволяют также уменьшить массу и габаритные размеры механизмов благодаря равномерному распределению нагрузки между потоками. В конструкции редуктора с внешним зацеплением использованы торсионные валы для обеспечения выравнивания нагрузки между потоками. В редукторе с внутренним зацеплением равномерность распределения нагрузки между потоками обеспечивается шевронной быстроходной ступенью. Недостатком рассматриваемых редукторов является отсутствие технических решений, позволяющих решить проблему снижения суммарного люфта в кинематической цепи привода вращения башни.
Известен способ снижения суммарного люфта в редукторе и опоре башни, приведенного к оси башни, на примере редуктора гидравлического механизма поворота башни танка Т-72А (см. Танк Т-72А, Техническое описание и инструкция по эксплуатации, книга вторая (часть первая), Москва, Военное издательство, 1988 г., стр.34-35). В данной конструкции использовано люфтовыбирающее устройство с применением на выходе редуктора разрезной шестерни с пружиной.
Известно «Устройство для безлюфтовой передачи крутящего момента и способ его монтажа» по патенту №2325571, содержащее ведущее зубчатое колесо, зацепляющееся с двумя зубчатыми венцами ведомого зубчатого колеса. При этом один венец ведомого колеса установлен с возможностью разворота относительно другого венца ведомого колеса и взаимодействует с концом вала через упруго скрученный торсион.
Недостатком указанных известных конструкций люфтовыбирания является то, что передача крутящего момента между выходной разрезной шестерней редуктора и зубьями погона башни в первом варианте и между зубчатыми венцами ведомого колеса и ведущим колесом во втором варианте происходит не по всей длине зубьев погона или ведущего колеса, а только на длине зубьев одной части разрезной шестерни в первом варианте и только на длине зубьев одного зубчатого венца ведомого колеса во втором варианте, что в обоих вариантах приводит к повышенному износу погона.
Известен механизм поворота погона артиллерийской установки (патент №2232966) - прототип, содержащий редуктор, имеющий связанную с зубчатым венцом погона кинематическую цепь зубчатых пар цилиндрических шестерен, кинематическая цепь выполнена по двухпоточной схеме с единым силовым зацеплением двух потоков с зубчатым венцом погона и снабжена двумя идентичными косозубыми шестернями, установленными на валу, общем для двух потоков, при этом обе шестерни выполнены с противоположно равными углами наклона зубьев, а вал установлен с возможностью осевого перемещения.
Недостатком вышеупомянутого механизма является то, что боковой зазор, согласно описанию, выбирается во всех зубчатых парах, а это ведет к снижению КПД и жесткости механизма. Люфтовыбирающий механизм целесообразно размещать на выходном звене редуктора, т.к. остальные звенья на величину суммарного люфта оказывают очень незначительное влияние.
Кроме того, при работе механизма возникают нагрузки, вызывающие перемещение вала вдоль оси, что вызывает повышенный износ последнего.
Целью изобретения является снижение износа погона и улучшение эксплуатационных характеристик привода поворота башни за счет обеспечения минимального люфта в редукторе и опоре башни, приведенного к оси башни без значительного увеличения момента сопротивления вращению, в требуемом диапазоне момента нагрузки.
Указанная цель достигается тем, что в механизме поворота башни, содержащем редуктор, имеющий связанную с зубчатым венцом погона кинематическую цепь зубчатых пар шестерен, выполненную по двухпоточной схеме с силовым зацеплением двух потоков с зубчатым венцом погона, предусмотрено следующее отличие, соосно установленные на выходе каждого потока два зубчатых колеса, одно из которых выходное (коренная шестерня), а другое промежуточное, связаны торсионом и люфтовыбирающим устройством, выходное зубчатое колесо выполнено с возможностью разворота относительно промежуточного колеса, люфтовыбирающее устройство установлено между торсионом и промежуточным зубчатым колесом и выполнено регулируемым по направлению и величине люфтовыбирания, при этом направление моментов люфтовыбирания первого и второго потоков встречное, момент люфтовыбирания выбирается равным величине момента нагрузки.
Существенными отличительными признаками являются:
- введение торсионов и люфтовыбирающих устройств между зубчатыми колесами, соосно установленными на выходном валу каждого потока;
- выполнение коренной шестерни с возможностью разворота относительно промежуточного колеса в каждом потоке, и установка люфтовыбирающего устройства между промежуточным зубчатым колесом и торсионом;
- выполнение люфтовыбирающего устройства регулируемым по направлению и величине люфтовыбирания, и выполнение направления моментов люфтовыбирания между потоками встречным с величиной момента люфтовыбирания равным величине момента нагрузки.
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что вновь вводимые элементы известны в технике, но их введение в указанной связи в заявляемый механизм поворота башни позволяет:
- снизить износ погона благодаря снижению контактных напряжений в местах сопряжения зубчатого венца погона и выходной шестерни механизма за счет использования всей высоты зуба выходной шестерни механизма при передаче момента нагрузки;
- улучшить эксплуатационные характеристики привода поворота башни за счет введения люфтовыбирающих устройств на выходных звеньях редуктора, что обеспечивает минимальный люфт в редукторе и опоре башни, а встречное направление моментов люфтовыбирания двух потоков и настройка их на величину, равную моменту нагрузки, обеспечивает сохранность минимального люфта во всех режимах работы, в том числе при реверсах во всем диапазоне момента нагрузки.
Устройство и работа заявляемого изобретения поясняются графическими материалами:
На фиг.1а) представлена кинематическая схема механизма поворота;
На фиг.1б) представлен вариант конструкций механизмов люфтовыбирания;
На фиг.1в) представлена схема зацепления выходных шестерен двух потоков с погоном и направление люфтовыбирания.
Механизм поворота состоит из двигателя 1 (фиг.1а), планетарного редуктора 2 и конического редуктора 3, двухпоточного редуктора, состоящего из общего вала 4 с шестерней 5, связывающих через зубчатые колеса 6 и 7 два потока кинематической цепи с коренными шестернями 8 и 9, имеющих зацепление с зубчатым венцом погона 10. Погон может быть как с внутренним, так и с внешним зацеплением. Каждый из торсионов 11 или 12 имеют жесткое соединение с соответствующей коренной шестерней 8 или 9 и соединение через люфтовыбирающий механизм с соответствующим зубчатым колесом 6 или 7. Каждый люфтовыбирающий механизм состоит из рычага 13 (фиг.1б), жестко связанного с торсионом, и рычага 14, жестко связанного с зубчатым колесом. Винтовыми механизмами 15 между рычагами 13 и 14 обеспечивается настройка момента люфтовыбирания и соответствующее направление люфтовыбирания путем сведения или разведения рычагов 13 и 14 между собой. Пример реализации встречного направления люфтовыбирания с поджатием шестерни 8 к погону 10 против часовой стрелки, шестерни 9 - по часовой стрелке показан на фиг.1в.
Шестерня 16, находящаяся в постоянном зацеплении с зубчатым колесом 7, совместно с зубцовой муфтой 17 и червячной парой 18 являются элементами ручного привода механизма. Переключение зубцовой муфтой 17 с моторной ветви на ручную ветвь механизма обеспечивается с помощью электромагнита 19.
Механизм поворота работает следующим образом.
Поток мощности, формируемый двигателем 1, передается через редукторы 2 и 3 на вал 4 и шестерню 5, которая передает потоки мощности через зубчатое зацепление деталей 5 и 6 в одну сторону на коренную шестерню 8 или через зубчатое зацепление деталей 5 и 7 в другую сторону на коренную шестерню 9. Так как коренная шестерня 8 имеет возможность разворота относительно зубчатого колеса 6, то поток мощности на коренную шестерню 8 будет передаваться через люфтовыбирающий механизм и торсион 11, а на коренную шестерню 9 через люфтовыбирающий механизм и торсион 12. При этом, если поток мощности передается, например, зацеплением деталей 5 и 6, через коренную шестерню 8 на погон 10, то коренная шестерня 9 будет вращаться в том же направлении, оставаясь постоянно поджатой в направлении, противоположном направлению вращения торсионом 12 к погону 10, усилием, выставленным соответствующим механизмом люфтовыбирания, равным требуемому моменту нагрузки. То есть передача потока мощности обеспечивается одной коренной шестерней с одновременной выборкой люфта в кинематической цепи другой коренной шестерней. При изменении направления вращения электродвигателя, поток мощности будет передаваться другой парой зацепления 5 и 7, через коренную шестерню 9 на погон 10, при этом коренная шестерня 8 будет обеспечивать выборку люфта, оставаясь поджатой к погону 10. Таким образом, за счет введения торсионов и люфтовыбирающих механизмов между зубчатыми колесами, соосно установленными на выходе каждого потока и за счет возможности разворота коренной шестерни относительно промежуточного зубчатого колеса и встречного направления момента люфтовыбирания, обеспечивается реализация кинематики с использованием всей длины зубьев коренной шестерни при передаче потока мощности на погон, что снижает износ погона, при этом обеспечивается выборка суммарного люфта в редукторе и опоре башни без увеличения момента сопротивления, а соответствующая настройка момента люфтовыбирания обеспечивает выборку люфта в требуемом диапазоне момента нагрузки.
В механизме предусмотрена возможность поворота башни ручным приводом: через червячную пару 18, зубцовую муфту 17 и шестерню 16, находящуюся в постоянном зацеплении с зубчатым колесом 7. Переключение зубцовой муфты 17 с режима ручного управления на моторную ветвь обеспечивается электромагнитом 19.
По предлагаемому техническому решению в ОАО "СКВ ПА" был разработан и изготовлен механизм поворота МКРН.303199.004. Результаты испытаний подтвердили эффективность предлагаемого решения.