ПЕРЕДАЧА С ТОРЦЕВЫМИ ЗУБЬЯМИ
GEAR WITH END TEETH

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для редуктивной передачи крутящего момента.
Известен механизм преобразования движений, содержащий два взаимодействующих звена, одно из которых имеет возможность вращения и выполнено с направляющей в виде двух перекрещивающихся замкнутых канавок, а другое выполнено с выступом, взаимодействующим с направляющей. Механизм снабжен дополнительным выступом, размещенным на том же звене, что и первый, и смещенным по отношению к первому выступу по окружности на 90° и вдоль оси звеньев на половину расстояния между противоположными сторонами направляющей (авторское свидетельство СССР №653461, F16H 25/08).
Однако этот механизм имеет малый диапазон возможностей его использования.
Наиболее близкой к изобретению является передача, содержащая корпус, размещенные в нем ведущий и ведомый пазовые кулачки, промежуточный и направляющие элементы. Промежуточный элемент выполнен в виде пальца, а направляющий - в виде связанных с пальцем шайб, контактирующих с внутренними поверхностями пазовых кулачков (№1161747 А, F16H 25/08).
Недостатком известной передачи является наличие вибрации на ведущих и ведомых пазовых кулачках и неравномерность вращения ведомого вала.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении гашения вибрации на ведущих и ведомых валах и обеспечении равномерности вращения ведомого вала.
Технический результат достигается тем, что передача с торцевыми зубьями содержит корпус, ведущий вал и ведомый вал с барабаном, установленные в корпусе таким образом, что ведущий вал одним концом установлен в соосном глухом отверстии ведомого вала с образованием единой оси вращения, две пары ведущих кулачковых дисков с торцевыми зубьями, расположенных в полости барабана ведомого вала и закрепленных на ведущем валу с образованием каждой парой внутреннего кольцевого кулачкового паза, две пары ведомых колец с торцевыми зубьями, закрепленные на внутренней стороне барабана ведомого вала с образованием каждой парой внешнего кольцевого кулачкового паза, две пары водил с пальцами, причем на каждом водиле два пальца расположены соосно друг другу с противоположных сторон корпуса водила, в корпусе каждого водила выполнен паз, боковые стенки которого расположены под углом к оси пальцев и в котором установлен корпус второго водила той же пары, в пазу которого установлен корпус первого водила этой пары таким образом, что стенки паза каждого водила контактируют с боковыми стенками корпуса другого водила и служат направляющими для смещения водил относительно друг друга, а пальцы каждой пары водил расположены в кольцевых кулачковых пазах соответствующей пары ведущих кулачковых дисков и соответствующей пары ведомых колец с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью указанных пазов, причем пары указанных дисков и колец установлены зеркально относительно плоскости контакта дисков и колец разных пар для обеспечения взаимно противоположных по направлению движений пар водил.
Кроме того, ведущий и ведомый валы установлены в корпусе таким образом, что свободный конец каждого из валов расположен в соответствующей втулке, установленной в соответствующей разъемной расточке корпуса.
Сущность предложения заключается в том, промежуточные элементы - пальцы выполнены симметрично относительно друг друга и расположены диаметрально противоположно в ведущих и ведомых кольцевых кулачковых пазах, объединены по два в одну деталь, называемой водилом, а водила собраны попарно со смещением на угол α с возможностью взаимного перемещения по своим пазам. Такое расположение пальцев водила обеспечивает равномерность и непрерывность вращения ведомого вала.
Поскольку ведущий и ведомый валы собраны соосно, оси ведущих и ведомых кольцевых кулачковых пазов соосны. На ведущем и ведомом валах расположены по два кольцевых кулачковых паза: два ведущих и два ведомых, а пальцы двух пар водил имеют возможность совершать взаимно противоположные по направлению движения относительно друг друга во всех кольцевых пазах, тем самым дают возможность гасить вибрации, возникающие от осевого движения водил, и уменьшать вибрацию корпуса, ведущего и ведомого валов до минимальных значений.
На фиг.1 изображена передача, разрез четверти,
на фиг.2 изображено место А, вид снизу на фиг.1,
на фиг.3 изображен диск ведущий,
на фиг.4 изображена деталь - водило, вид сбоку,
на фиг.5 изображено водило в сборе, одна пара,
на фиг.6 изображено полукольцо с гладкими отверстиями,
на фиг.7 изображено полукольцо с резьбовыми отверстиями.
Передача с торцевыми зубьями содержит следующие узлы и детали: корпус 1 (на фиг.1), две пары ведущих кулачковых дисков 2 и 3, насаженных на шпонку 4 ведущего вала 5, две пары ведомых колец 6 и 7 с торцевыми зубьями, насаженных на шпонки 8 и расположенных на шпоночном пазу с внутренней стороны барабана 9 ведомого вала 10. Ведущий вал 5 проходит через полость барабана 9 и одним своим концом установлен в соосном глухом отверстии 11 ведомого вала, так что ведущий и ведомый валы 5 и 10 имеют одну ось вращения и установлены своими свободными концами соответственно в правой разъемной расточке 12 корпуса 1 и в левой разъемной расточке 13 корпуса 1. Водила 14, расположенные между ведущими кулачковыми дисками 2 и 3 и ведомыми кольцами 6 и 7. Полукольца 15, 16 с гладкими и резьбовыми отверстиями для скрепления друг с другом болтами 17, шайбами 18 (фиг.6 и 7) закреплены в кольцевой выточке 19 на ведущем валу 5 и фиксируют ведущие кулачковые диски 2 и 3 от осевого смещения. На барабане 9 выполнена кольцевая выточка 20 для посадки полуколец 21, 22 с гладкими и резьбовыми отверстиями (фиг.6 и 7), которые фиксируют ведомые кольца 6 и 7 от осевого смещения. В правую разъемную расточку 12 корпуса 12 вставлена втулка 23, накрытая полухомутом 24 и закрепленная болтами 25, шайбами 26. На правом конце ведущего вала 3 имеется шпонка 27, ведущий вал 5 фиксирован на корпусе 1 гайкой 28 и шайбой 29. На левой разъемной расточке 13 корпуса 1 установлена втулка 30, накрытая полухомутом 31 и закрепленная болтами 32, шайбами 33. Ведущий вал 5 свободным концом вставлен во втулку 34, установленную в глухом отверстии 11 ведомого вала 10. На конце ведомого вала 10 имеется шпонка 35.
Ведущие кулачковые диски 2 и 3 образуют внутренний кулачковый паз 38.
Ведущие кулачковые диски 2 и 3 (фиг.3) имеют подъем и спуск кулачков, выполненные по винтовой поверхности, и отличаются тем, что шпоночный паз 39 на центральном отверстии выполнен у одного диска на вершине винтовой поверхности 40, а у другого диска - у впадины винтовой поверхности.
Ведомые кольца 6 и 7 с торцевыми зубьями образуют внешний кольцевой паз 41 (фиг.2) и отличаются тем, что шпоночный паз на внешнем диаметре выполнен у одного кольца на вершине зуба, а у другого кольца - у впадины зуба. Шпонки 8 крепятся к ведомым кольцам винтами 42.
Пальцы 43 объединены попарно в одну деталь - водило 14 и расположены соосно и симметрично с противоположных сторон корпуса водила 14. Каждое водило имеет наклонный паз 44 с прямыми параллельными стенками, расположенными под углом к оси пальцев 43. Ширина паза 44 равна ширине корпуса водила 14, имеющего также прямые параллельные стенки (фиг.4). Ролики 45 (фиг.5) надеты на пальцы 43, а винты 46 с шайбами 47, 48 служат для предохранения роликов 45 от выпадения. Корпус водила 14 имеет отверстие для установки на ступице ведущего диска 2.
На чертежах обозначены следующие величины:
α - угол между осью пальцев 43 или роликов 45 и боковыми стенками паза водила 14 в сборе (фиг.4 и 5);
h - высота зуба ведомых колец 6 и 7, измеряемая по наружному диаметру, и высота подъема винтовой поверхности ведущих кулачковых дисков 2 и 3 (фиг.2 и 3);
R - радиус пальцевой фрезы на впадине зуба ведомых колец 6 и 7 и радиус впадины винтовой поверхности ведущих кулачковых дисков 2 и 3, R=1,5d (фиг.2 и 3);
d - наружный диаметр роликов 45 пальцев 43 водила 14 (фиг.5);
С - ширина наклонных пазов 44 водила 14, равная ширине корпуса водила 14;
Б - поверхность водила 14 для снятия лишней массы;
1
Д - размер диаметра осей крепежных болтов полуколец 15, 16 (фиг.6 и 7);
V - вектор направления вращения кулачковых дисков 2 и 3 и ведомых колец 6 и 7.
Сборка передачи осуществляется следующим образом. Сначала собирают водило 14 с роликами 45, надевая их на пальцы 43, заворачивают винты 46 со вставленными шайбами 47, 48, предохраняя ролики 45 от выпадения (фиг.5). Два водила 14 собирают в один узел, вставляя паз в паз 44. На одну передачу собирают два узла парных водил. Затем собирают по два зубчатых кольца 6 и 7 со шпонками 8, устанавливая их в свои шпоночные пазы, и закрепляют от выпадения винтами 42. Ведут сборку ведущего вала 5 со шпонкой 4, устанавливая ее в свой шпоночный паз (фиг.1). Устанавливают левую часть ведомого вала 10 в отверстие сборочного приспособления с вертикальной осью. Устанавливают втулку 34 в отверстие 11 ведомого вала 10, вставляют левую часть ведущего вала 5 в отверстие втулки 34, совмещая их так, чтобы шпонка 4 и шпоночный паз расточки барабана 9 находились в одной плоскости. Ось ведущего вала 5 и ось ведомого вала 10 совместились в одну вертикальную ось для сборки. Зубчатое кольцо 6, собранное со шпонкой 8, устанавливают на шпоночный паз внутренней расточки барабана 9, ориентируя ведомое кольцо 6 зубьями вверх. Далее устанавливают ведущий кулачковый диск 2 на шпонку 4 до упора так, чтобы впадина кулачка диска 2 совпала с впадиной зуба кольца 6. Затем вставляют собранные попарно водила 14 в сборе специальными щипцами, насаживая отверстие водил 14 в сборе в ступицу ведущего диска 2. Оси роликов 45 водила 14, отстоящие по фазе на угол α, должны находиться горизонтально. Далее вставляют ведомое кольцо 7 со шпонкой 8 на шпоночный паз барабана 9 так, чтобы на вершину зуба кольца 6 приходилась впадина зуба кольца 7, далее устанавливают ведущий диск 3 на шпонку 4 так, чтобы вершине кулачка ведущего диска 2 соответствовала впадина кулачка ведущего диска 3. Торцы ступиц дисков 2 и 3 должны касаться, образуя внутренний кулачковый кольцевой паз 38 и внешний кулачковый кольцевой паз 41, а между ними находятся ролики 45 водила. Далее устанавливают второе кольцо с торцевыми зубьями вверх, аналогичное кольцу 7, и вставляют второй ведущий диск, аналогичный диску 3, затем устанавливают вторую пару водил 14 в сборе по методу, описанному ранее. После этого вставляют второе кольцо с торцевыми зубьями так, чтобы вершине зуба одного кольца противостояла впадина зуба другого кольца, вставляют ответный второй ведущий диск так, чтобы впадине кулачка одного диска противостояла вершина кулачка другого диска. Образуется второй внутренний кольцевой кулачковый паз и второй внешний кольцевой кулачковый паз, а между ними ролики второй пары водил. Если сборка дисков и колец выполнена правильно, то полукольца 15 и 16 должны вместиться в выточку 19 ведущего вала 3, а полукольца 27, 28 должны вместиться в выточку 20 барабана 9. После этого заворачивают болты 17 с шайбами 18. Вставляют втулку 23 на правый конец вала 3, вставляют втулку 30 на левый конец ведомого вала 10, вынимают собранные соосно валы 5 и 10 со сборочного приспособления и кладут на расточки 12, 13 корпуса 1. Заворачивают гайку 28 с шайбой 29, не сильно затягивая. Вставляют полухомут 24, фиксируют болтами 25 и шайбами 26, не сильно затягивая, вставляют полухомут 31 на втулку 30, фиксируют болтами 32 и шайбами 33, затем вставляют шпонки 27 и 35. Затягивают гайку 28 так, чтобы не было осевого люфта, люфт проверяют проворачиванием ведущего вала 5 рукояткой.
Передача работает следующим образом.
При вращении ведущего вала 5 начинают вращаться ведущие кулачковые диски 2 и 3, связанные шпонкой 4. Винтовые поверхности ведущих кулачковых дисков 2 и 3 контактируют с роликами 45 водила 14, приводя их в осевые поступательные движения с амплитудой колебаний, равной высоте кулачков h. Причем колебания левых водил 14 в сборе (фиг.1) по направлению противоположны колебаниям правых водил в сборе. Это объясняется тем, что собраны два ведущих кулачковых диска 3, как бы спиной друг к другу, то есть зеркально отраженно: вершине кулачка одного диска противостоит вершина кулачка другого диска, впадине кулачка одного диска противостоит впадина кулачка другого диска. За один оборот ведущего диска водило 14 совершит дважды движения подъема и дважды движения спуска по кулачкам внутреннего кулачкового кольцевого паза 38. В то же время ролики 45 водила 14 контактируют с поверхностями зубьев ведомых колец 6 и 7, расположенных так, что вершинам зубьев одного кольца противостоят впадины зубьев другого кольца, и образуют внешний кулачковый кольцевой паз 41 (фиг.2). Подъем и спуск водила 14 соответствуют одному колебательному движению, при котором зубчатые кольца 6 и 7 совершат поворот по фазе на один зуб, за один оборот ведущего вала 5 ведомый вал 10 совершает поворот на два зуба, один оборот ведомый вал 10 совершит при вращении ведущего вала 5 на z/2 оборота, где z - число зубьев на ведомых зубчатых кольцах 6 и 7.
Конструктивно необходимо иметь на ведущем валу минимальное четное число кулачков - это соответствует двум, число зубьев на ведомом зубчатом кольце должно быть четным. Например, при передаточном числе 9 число зубьев на ведомом кольце должно быть z=2×9=18. Чтобы ведомое зубчатое кольцо вращалось непрерывно, водил 14 в сборе установлено две пары на кольцевых пазах 41 со смещением по фазе на угол α относительно осей пальцев 43 или роликов 45 (фиг.4 и 5). Угол α выбран так, чтобы при нахождении пальцев одного водила во впадине зуба ведомого кольца, пальцы другого водила находились бы поблизости к вершине других зубьев ведомого кольца, например для числа зубьев на ведомом кольце z=18 угол α=75. Такое расположение пальцев водил, во-первых, обеспечивает непрерывность вращательного движения ведомого кольца 6 или 7, а значит, и ведомого вала 10, во-вторых, усредняет скорость осевого движения роликов 45 водила 14 по поверхности ведомого зубчатого кольцевого паза 41. В передаче выполнены два паза 41: левый и правый - для ликвидации вибрации валов, получаемых от колебательных осевых движений водил 14. Как написано ранее, ведущие диски 3 собраны попарно зеркально друг другу, также собраны кольца 7, ролики водила 14 совершают противоположные по направлению движения. Импульс движения водил 14 воспринимают ведущие диски 2, 3, ведомые зубчатые кольца 6, 7 и передают их соответственно ведущему валу 5 и ведомому валу 10 через барабан 9. Так как эти импульсы движения противоположны по направлению, то они гасятся на своих валах. Степень гашения импульсов движения зависит от одинаковости масс водил в сборе левых и правых. Чем ближе массы водил друг к другу, тем меньше разница импульсов движения по величине будет передаваться на валы, тем меньше будет вибрация ведущего, ведомого валов и корпуса.
Рассмотрим процесс передачи движения вращения подробнее.
Пусть вращают ведущий вал 5 по ходу часовой стрелки. Ведущие кулачковые диски 2 и 3 тоже будут вращаться по часовой стрелке. Контактирующие ролики 45 левого водила 14, находящиеся во впадинах кулачковых пазов 38 и 41, начнут подниматься к вершинам кулачков по причине контактов роликов 45 по противоположным винтовым поверхностям ведущих кулачковых дисков 2 и 3. При этом зубья ведомых колец 6 и 7 будут воспринимать давление других роликов 45 и поворачиваться в ту же сторону вращения ведущих кулачковых дисков 2 и 3, то есть по часовой стрелке. Осевые движения водил 14 подъема и спуска по поверхностям кулачков, дающие вибрацию дисков 2 и 3, гасятся валами, благодаря наличию в данной передаче двух кулачковых пазов 38 и 41, в которых пальцы водил 14 могут совершать противоположно друг другу осевые движения.
Предложенная передача имеет следующие преимущества:
1) удобство в пользовании, так как передача имеет соосные валы, то есть вход и выход вращательного движения находятся на одной линии;
2) передача занимает мало места, можно использовать вместо редуктора двухступенчатого с цилиндрическими зубчатыми колесами той же мощности;
3) передача обладает свойством самоторможения и реверсивностью;
4) передача быстро окупится при серийном изготовлении деталей отливкой в кокиль под давлением.