ЦЕВОЧНЫЙ РЕДУКТОР ВНЕШНЕГО ЗАЦЕПЛЕНИЯ
LANTERN WHEEL REDUCER OF EXTERNAL GEARING

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться в передаточных механизмах цевочного типа для передачи крутящего момента и преобразования скорости вращения валов.
Известны цевочные редукторы, содержащие два зубчатых колеса с параллельными продольными осями, в одном из которых зубья выполнены в виде цевок в форме круговых цилиндров, а в другом выполнены по эквидистанте (равноотстоящей кривой) к эпи- или гипоциклоиде, при этом может быть реализовано как внешнее, так и внутренне зацепление (Литвин Ф.Л. Проектирование механизмов и деталей приборов. Л.: 1973, «Машиностроение», с.333-336).
Такие редукторы эффективны для передачи незначительных усилий. Изготовление таких редукторов, зацепление в которых является циклоидальным, требует прецизионного нарезания зубьев, что трудоемко и требует значительных затрат. При изготовлении колеса, зацепляемого с цевочным, вынуждены прибегать к дополнительному упрочнению поверхности зубьев. Из-за значительного трения в зубчатом зацеплении ускоряется износ поверхностей зубьев.
Уменьшить потери на трение позволяет выполнение цевок вращающимися относительно своих продольных осей.
Известен, например, цевочный редуктор, выполненный в виде торцевой цевочной передачи, в котором трение между зубьями заменено на трение качения за счет выполнения цевок, установленных на закрепленных на венце внутреннего колеса, свободно вращающимися относительно своих продольных осей (RU 84488 U1, 2009).
Однако внешнее колесо в таком редукторе также сложно в изготовлении, поскольку требует реализации повышенных требований по прочности.
Известны и другие цевочные редукторы, например, получившие распространение планетарные цевочные редукторы (SU 1551897 А1, 1990;
RU 23477 U1, 2002; RU 2285163 Cl, 2006; RU 2327917C1, 2008; US 3977275 А1, 1976; W 003/019041 А1, 2003).
Таким редукторам присущи указанные выше недостатки, кроме того, их функциональное назначение ограничено особенностями конструкции, связанными с планетарным характером выполнения ведущих и ведомых колес.
Из известных устройств наиболее близким к предложенному является цевочный редуктор внешнего зацепления, содержащий установленное на ведущем валу цевочное колесо с зубьями, выполненными в виде цевок в форме круговых цилиндров с обеспечением возможности вращения относительно своих продольных осей, и установленное на ведомом валу, параллельном ведущему валу, снабженное зубьями ведомое колесо, форма пазов между зубьями которого выполнена по эквидистанте к эпициклоиде (Большая советская энциклопедия. Цевочный механизм. БСЭ 1969-1978 (по ссылке http:bse.sci-lib.com/articlel 20354.html).
Такой редуктор обладает небольшими потерями на трение и малым износом поверхностей зубьев. Однако его эксплуатационная эффективность недостаточно высока, что связано с трудностью обеспечения плавной передачи нагрузки от цевочного колеса. Надежность и долговечность такого редуктора, как и других аналогичных цевочных редукторов, невысоки из-за возникновения при его эксплуатации ударных нагрузок при вхождении цевок в пазы ведомого колеса. Чтобы повысить надежность и долговечность редуктора требуется упрочнять все стенки пазов между зубьями ведомого колеса, что удорожает изготовление редуктора. Кроме того, размеры пазов
требуют прецизионной точности при изготовлении, что также удорожает редуктор.
Задача, решаемая изобретением, состоит в создании цевочного редуктора внешнего зацепления, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в повышении эксплуатационной эффективности цевочного редуктора внешнего зацепления и снижении расходов на его изготовление.
Это достигается тем, что в цевочном редукторе внешнего зацепления, содержащем установленное на ведущем валу цевочное колесо с зубьями, выполненными в виде цевок в форме круговых цилиндров с обеспечением возможности вращения относительно своих продольных осей, и установленное на ведомом валу, параллельном ведущему валу, снабженное зубьями ведомое колесо, форма пазов между зубьями которого выполнена по эквидистанте к эпициклоиде, в ведомом колесе внутри каждого из его зубьев размещен подвижный демпфер, выполненный в виде подпружиненного швеллера, рабочая часть которого образует рабочую поверхность соответствующего паза и выполнена вогнутой из условия обеспечения возможности вкатывания соответствующей цевки в паз по касательной к его рабочей поверхности, при этом поперечные размеры каждого из пазов выбраны превышающими диаметр цевок с образованием зазора между поверхностью паза, противоположной рабочей, и вкатывающейся цевкой. Расстояние ρ от продольной оси вкатывающейся цевки до продольной оси ведомого колеса и угол β между совпадающими поперечными осями цевочного и ведомого колес и положением вкатывающейся цевки относительно этих поперечных осей в сторону цевочного колеса преимущественно могут быть выбраны из выражений:
<mrow><mi>ρ</mi><mo>=</mo><msqrt><mrow><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>R</mi><mo>+</mo><mi>r</mi><mo>−</mo><mi>R</mi><mi>sin</mi><mi>α</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>R</mi><mi>cos</mi><mi>α</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt></mrow>
,
<mrow><mi>β</mi><mo>=</mo><msup><mrow><mi>tan</mi></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>R</mi><mi>sin</mi><mi>α</mi></mrow><mrow><mi>R</mi><mo>+</mo><mi>r</mi><mo>−</mo><mi>R</mi><mi>sin</mi><mi>α</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
,
где R - радиус цевочного колеса,
r - малый радиус ведомого колеса,
α - угол между совпадающими поперечными осями цевочного и ведомого колес и положением вкатывающейся цевки относительно этих поперечных осей в сторону ведомого колеса. Каждая из цевок преимущественно может быть размещена в подшипнике, закрепленном на цевочном колесе.
Указанный технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков.
На фиг.1 показан общий вид цевочного редуктора внешнего зацепления. На фиг.2 показана схема зацепления колес редуктора. Фиг.3 поясняет параметры, входящие в выражения для преимущественного выбора координат рабочей поверхности пазов между зубьями ведомого колеса. На фиг.4 иллюстрировано размещение демпферов в зубьях ведомого колеса.
Цевочный редуктор внешнего зацепления содержит установленное на ведущем валу 1 цевочное колесо 2 и установленное на ведомом валу 3 ведомое колесо 4. Ведущий вал 1 параллелен ведомому валу 3. Цевочное колесо 1 снабжено зубьями, выполненными в виде цевок 5 в форме круговых цилиндров с возможностью их вращения относительно своих продольных осей. Цевки 5 могут быть размещены преимущественно в подшипниках, закрепленных на цевочном колесе 2 (на чертежах не показаны). Ведомое колесо 4 снабжено зубьями, форма пазов 6 между которыми выполнена по эквидистанте к эпициклоиде. Рабочая поверхность 7 каждого из пазов 6 ведомого колеса 4 выполнена вогнутой из условия обеспечения возможности вкатывания в него соответствующей цевки 5 по касательной к рабочей поверхности 7 паза 6. Поперечные размеры каждого из пазов 6 выбраны превышающими диаметр цевок 5 с образованием зазора между поверхностью 8 паза 6, противоположной рабочей поверхности 7, и вкатывающейся цевкой 5, например величиной 0,5-1 мм. Поверхность 8 пазов 6 в общем случае может иметь как выпуклую форму, так и иную, например плоскую. Внутри каждого из зубьев ведомого колеса 4 размещен (утоплен) подвижный демпфер 9, выполненный в виде швеллера 10, преимущественно в поперечном сечении П-образной формы, подпружиненного посредством пружины 11, например цилиндрической, работающей на сжатие. Швеллер 10 может совершать вращательно-колебательные движения относительно своей оси 12 поворота, отклоняясь от движущейся по пазу 6 цевки 5 на угол 5-10°. Рабочая часть швеллеров 10 образует вогнутую рабочую поверхность 7 пазов 6. Выбор координат рабочей поверхности 7 пазов 6 преимущественно может быть выполнен в соответствии с указанными выражениями - для расстояния от продольной оси вкатывающейся цевки 5 до продольной оси ведомого колеса 4 и для угла между совпадающими поперечными осями цевочного 2 и ведомого 4 колес и положением вкатывающейся цевки 5 относительно этих поперечных осей в сторону цевочного колеса 2, в зависимости от радиуса цевочного колеса 2, малого радиуса ведомого колеса 4 и угла между совпадающими поперечными осями цевочного 2 и ведомого 4 колес и положением вкатывающейся цевки 5 относительно этих поперечных осей в сторону ведомого колеса 4.
При возникновении крутящего момента на ведущем валу 1 цевки 5 цевочного колеса 2 начинают плавно вкатываться в соответствующий паз 6 ведомого колеса 4, и усилие передается на ведомый вал 3. При этом вкатывание осуществляется по касательной к вогнутой рабочей части демпферов 9, соответствующей рабочей поверхности 7 пазов 6. Демпферы 9 за счет действия пружин 11, наряду с касательным характером вкатывания цевок 5, обеспечивают смягчение момента касания цевок 5 и рабочей поверхности 7 при вхождении цевок 5 в пазы 6. Это полностью устраняет возможность ударов при зацеплении и снижает износ цевок 5 и рабочей поверхности 7 пазов 6. Поскольку цевки 5 совершают периодические качения только по рабочим поверхностям 7 ведомого колеса 4, то и нагрузка передается от цевок 5 только на эти поверхности. Поэтому отпадает необходимость упрочнения всего ведомого колеса 4 или его зубьев и требуется упрочнение лишь вогнутой части швеллеров 10. При этом сами пазы 6 не требуют прецизионной точности при изготовлении. Это значительно удешевляет редуктор. Пониженный коэффициент трения способствует повышению КПД механической системы в целом. За счет примененной конструкции зацепления снижается износ поверхностей зубьев, повышается плавность хода и обеспечивается отсутствие вибраций и снижение уровня шума. Поскольку в цевочном редукторе внешнего зацепления соотношение радиусов ведущего (цевочного) 2 и ведомого 4 колес может выбираться в широком диапазоне и практически неограниченно, соотношение их угловых скоростей может сильно варьироваться. При выполнении поверхностей 7 и 8 пазов 6 симметричными возможно осуществление реверса направления вращения колес 2 и 4. Конструкция редуктора также снижает вероятность заклинивания механизма при нарушении юстировки взаимного расположения колес 2 и 4 в любой из плоскостей. Все это повышает эксплуатационную эффективность редуктора.
Цевочный редуктор внешнего зацепления, выполненный в соответствии с изобретением, обладает более высокой эксплуатационной эффективностью и требует меньших расходов при его изготовлении по сравнению с аналогичными. Он может использоваться в приводах машин и механизмов широкого назначения, где требуется передаточное отношение в диапазоне 1-100 при относительно высоком КПД (0,75-0,95). В том числе он эффективен в малых электростанциях, например ветроэлектрогенераторах.