Механизм передачи вращения между параллельными валами
MECHANISM FOR TRANSFERRING ROTATION BETWEEN PARALLEL SHAFTS

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к механизмам, предназначенным для передачи вращения между параллельными валами, как с неподвижными осями (муфта), так и с осями, которые могут иметь относительное перемещение, в частности для передачи вращения от планетарного колеса к валу.
Вследствие погрешностей при монтаже в реальных устройствах всегда имеется некоторая неточность взаимного расположения геометрических осей соединяемых валов, которая может изменяться под нагрузкой. Для устранения этого недостатка применяются различные механизмы, частным случаем которых являются жесткие компенсирующие муфты с промежуточным подвижным элементом. Муфты этого типа состоят из двух полумуфт и промежуточного диска. На внутреннем торце каждой полумуфты образовано по одному диаметрально расположенному пазу, причем пазы на полумуфтах перпендикулярны друг другу. Промежуточный диск имеет на противоположных сторонах диаметрально расположенные выступы. У собранной муфты выступы промежуточного диска располагаются в пазах полумуфт. Перпендикулярное расположение пазов позволяет муфте компенсировать несоосность валов. При этом, выступы скользят в пазах, а центр промежуточного диска совершает орбитальное движение (Поляков В.С. Барабаш И.Д. Муфты. Конструкции и расчет. Л., «Машиностроение», 1973 г., стр. 19). Такие муфты могут быть использованы и для передачи вращения в планетарной передаче, причем один и тот же механизм может использоваться в планетарных передачах с различным эксцентриситетом. Момент вращения передается за счет контакта боковой поверхности выступов промежуточного диска с аналогичной поверхностью пазов полумуфт, т.е. рабочей является плоская поверхность. Это говорит о значительной нагрузочной способности такого механизма.
Однако большим недостатком таких муфт является перемещение центра масс промежуточного диска. Это приводит к дисбалансу масс и к вызванным этим дисбалансом ударным нагрузкам, что ограничивает максимальную скорость вращения валов и не рекомендуется их применение в реверсивных приводах.
Известна планетарная передача RU 2399813, включающая механизм передачи вращения между параллельными валами. Этот механизм содержит ведущее, ведомое и промежуточное звенья. На обращенных друг к другу сторонах ведущего и ведомого звеньев выполнены кулачковые профили. Ведущее звено выполнено с кулачковыми профилями в виде косых пазов на торцовой поверхности, ведомое звено выполнено с кулачковыми профилями в виде радиальных пазов на торцовой поверхности. Промежуточное звено представляет собой совокупность отдельных свободных элементов в виде шариков, которые сопрягаются с пазами ведущего и ведомого звеньев. Этот механизм имеет незначительный дисбаланс масс, может использоваться в реверсивных и скоростных приводах. Момент вращения передается за счет точечного контакта поверхности шарика с поверхностью пазов на ведущем и ведомом звеньях. Такой контакт обуславливает невысокую нагрузочную способность. К тому же силы, действующие на шарик со стороны пазов, приобретают осевую составляющую, которая расталкивает ведущее и ведомое звенья друг от друга, и необходимо предусматривать меры для компенсации этих осевых усилий.
Повышенную нагрузочную способность имеет механизм по патенту № 2683896выбираемый нами за прототип.
Механизм содержит ведущую, ведомую полумуфты и промежуточное звено, расположенное между ними. На обращенных друг к другу сторонах ведущей и ведомой полумуфт выполнены кулачковые профили в виде системы прямолинейных пазов или выступов, ориентированных наклонно к радиусам звеньев, и расположенных симметрично относительно осей вращения полумуфт. Промежуточное звено выполнено в виде совокупности отдельных свободных промежуточных тел, каждое из которых на противоположных сторонах имеет перпендикулярные друг другу прямолинейные пазы или выступы, сопрягающиеся с пазами или выступами ведущей и ведомой полумуфт. Увеличение нагрузочной способности достигается за счет того, что рабочей поверхностью является плоская направляющая поверхность. Как и в предыдущем механизме в этой конструкции центр масс промежуточных элементов не меняет своего положения в пространстве. В результате механизм лишен дисбаланса масс.
Однако прототип имеет недостаток, заключающийся в том, что промежуточные тела из-за расположения пазов или выступов на противоположных сторонах промежуточного тела на некотором расстоянии друг от друга, испытывают консольную нагрузку, которая уменьшает нагрузочную способность муфты в целом. Кроме того, изготовление таких свободных промежуточных тел представляет некоторую технологическую сложность.
Таким образом, задачей изобретения является создание более простого с технологической точки зрения и сбалансированного механизма, позволяющего использовать его в скоростных и реверсивных приводах.
Техническим результатом является увеличение нагрузочной способности за счет устранения консольных нагрузок промежуточных тел.
Для достижения указанного технического результата механизм передачи вращения между параллельными валами, как и прототип, содержит ведущую и ведомую полумуфты, на обращенных друг к другу сторонах которых выполнены кулачковые профили в виде системы прямолинейных выступов. Выступы ориентированы наклонно к радиусам звеньев и расположены симметрично относительно осей вращения полумуфт. Между ведущей и ведомой полумуфтами расположена совокупность отдельных свободных промежуточных тел, сопрягающихся с кулачковыми профилями на ведущей и ведомой полумуфтах. В отличие от прототипа каждый выступ на обеих полумуфтах выполнен в виде пары разнесенных вдоль одной оси выступов, в каждой паре выступов вдоль их осей выполнены отверстия. Промежуточные тела, представляют собой пересекающиеся направляющие, одна из которых вставлена в отверстия пары выступов на ведущей полумуфте, а пересекающаяся с ней направляющая вставлена в отверстия в паре выступов ведомой полумуфты.
Форма поперечного сечения направляющих может быть любой и должна соответствовать форме поперечного сечения отверстий в паре выступов. Однако с технологической точки зрения, направляющие в сечении должны иметь форму круга. В этом случае промежуточные тела будут иметь вид пересекающихся цилиндров. А такие детали выпускаются промышленностью серийно. В частности, можно в качестве промежуточных тел использовать крестовины для карданного вала или рулевого механизма автомобиля, что значительно упростит изготовление, и удешевит конструкцию муфты.
Обеспечить сборку заявляемого механизма можно различными способами. Один из конкретных вариантов реализации заключается в том, что пары выступов на обеих полумуфтах выполнены съемными, для чего каждый выступ снабжен стержнем с резьбой, с помощью которого он крепится к полумуфте.
Возможно и другое решение этой же проблемы. Для этого в каждой паре выступов на обеих полумуфтах вдоль их оси выполнен открытый паз, размеры которого позволяют свободно установить крестовину в пару выступов на ведущей и ведомой полумуфтах, и крестовины фиксируются в паре выступов с помощью втулок.
Изобретение иллюстрируется графическими материалами на фиг. 1-3.
Фиг. 1 иллюстрирует принципиальную схему заявленного механизма, в которой направляющие промежуточных тел имеют в сечении форму круга, т.е. тела выполнены в виде крестовин.
На фиг. 2 показаны в разобранном виде основные детали одного из вариантов реализации механизма
На фиг. 3 показаны в разобранном виде основные детали другого варианта конкретной реализации изобретения.
В самом общем виде механизм содержит две полумуфты 1 и 2, одна из которых является ведущей, другая - ведомой. На поверхности полумуфты 1, обращенной к полумуфте 2, выполнены пары выступов 3-4, разнесенных друг от друга вдоль оси А, пары выступов 5-6, разнесенных вдоль оси В и пары выступов 7-8, разнесенных вдоль оси С. Оси А, В и С расположены наклонно к радиусам полумуфт. Все пары выступов расположены симметрично относительно оси вращения ОО1 полумуфты 1. В каждой паре выступов вдоль их общей оси выполнены отверстия 9.
е
На поверхности другой полумуфты 2 выполнены аналогичные пары выступов с аналогичными отверстиями 10 в них. На фиг. 1 для упрощения показана только одна пара выступов 11 и 12 на полумуфте 2. Пары выступов расположены симметрично относительно оси вращения DD1 полумуфты 2. Оси DD1 и ОО1 полумуфт 1 и 2 параллельно смещены на расстояние  друг от друга. Между полумуфтами 1 и 2 расположена совокупность 13 свободных промежуточных тел 14, 15 и 16, каждое из которых представляет пересекающие направляющие 17 и 18. В данном случае направляющие имеют цилиндрическую форму, а свободные промежуточные тела 14, 15, и 16 представляют собой крестовины. Полумуфты 1 и 2 повернуты друг относительно друга так, что оси пар выступов на полумуфте 2 перпендикулярны осям пар выступов полумуфты 1. В частности, ось А пары выступов 3 и 4 на полумуфте 1 перпендикулярна оси А' пары выступов 11 и 12. В собранном виде крестовина 14 своими направляющими 17 вставлена в отверстия 10 пары выступов 11 и 12 на полумуфте 2, а направляющими 18 вставлена в отверстия 9 в паре выступов 3 и 4 на полумуфте 1. Аналогичным образом вставлены направляющие и других свободных промежуточных тел в данном случае - крестовин. Здесь следует отметить, что детали на фиг. 1 не могут быть собраны вышеописанным способом, так как фиг. 1 иллюстрирует только принцип действия предлагаемого механизма. Для осуществления сборки механизма возможны различные технические решения, представляющие собой конкретные варианты реализации изобретения, которые изображены на фиг. 2 и 3.
В механизме на фиг. 2 выступы 19 и 20 одной пары, принадлежащие полумуфте 1, выполнены съемными. Для этого каждый выступ в паре снабжен резьбовыми стержнями 21, 22. Стержни проходят через отверстия 23, 24, выполненные в полумуфте 1 и фиксируются гайками 25. Для более надежной фиксации выступов на поверхности полумуфты 1 выполнен паз 26, ориентирующий выступы 19 и 20 в нужном положении и позволяющий увеличить нагрузку, так как нагрузку выдерживают не только на стержни 21, 22, а также и стенки паза 26. В свою очередь выступы 27, 28 образующие пару выступов на поверхности полумуфты 2 также выполнены съемными, имеют стержни 29, 30 с резьбой, которыми они крепятся к полумуфте 2 гайками 31. Аналогичное крепление имеют остальные пары выступов как полумуфты 1, так и полумуфты 2. Крестовины 32 и 33 вставляются в отверстия пар выступов до их крепления к соответствующим полумуфтам. Таким образом, обеспечивается сборка механизма.
Сборка механизма на фиг. 3 обеспечивается несколько иными средствами. На полумуфте 1 выполнены пары выступов 34-35. На полумуфте 2 выполнены такие же пары выступов 36-37. На фигуре для упрощения показана только одна пара выступов полумуфты 2. На каждой паре выступов выполнен открытый паз 38, такой глубины, что паз достигает цилиндрических отверстий 39, выполненных в каждой паре выступов вдоль их осей. При этом диаметр отверстий 39 в каждой паре выступов выполнен несколько большим, чем диаметр пересекающихся направляющих 40 и 41 крестовин 42, а ширина паза lпревышает диаметр направляющих 40 и 41 крестовин 42, т.е. достаточна для их свободной посадки в отверстиях 39. На фигуре 3 для упрощения рисунка изображены только две крестовины 42. Одна из крестовин изображена с направляющей 40, посаженной в паре выступов 34-35 на полумуфте 1, а другая крестовина 42 показана в разобранном виде и предназначена для посадки направляющей 40 в выступы 34, 35 полумуфты 1, а направляющей 41 в выступы 36, 37 полумуфты 2. Фиксация направляющих крестовин в отверстиях 39 в каждой паре выступов осуществляется с помощью втулок 43, внутренний диаметр которых соответствует диаметрам направляющих крестовин, а наружный диаметр соответствует диаметрам отверстий 39 в каждой паре выступов. Таким образом, при сборке механизма крестовины 42 сначала вставляются одной из своих направляющих 40 через пазы 38 в отверстия 39 в каждой паре выступов 34-35 на одной полумуфте 1, и фиксируются в отверстиях 39 с помощью втулок 43. Затем через соответствующие пазы направляющие 41 крестовины вставляются в отверстия пары выступов на второй полумуфте 2. После чего направляющие крестовин фиксируются в отверстиях 39 с помощью втулок 43.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства на примере принципиальной схемы на фиг. 1. Сначала рассмотрим работу устройства, в качестве муфты. За ведущую выберем полумуфту 1. При ее вращении вокруг оси ОО1, вместе с нею вращаются пары выступов 3-4, 5-6, 7-8, а также направляющие 18 крестовин 14,15 и 16. Поскольку вторые направляющие 17 крестовин посажены в паре выступов на полумуфте 2, имеющей другую ось вращения DD1, направляющая 18 крестовины 14 начинают совершать возвратно поступательное движение вдоль оси А пары выступов 3 и 4. Аналогично движение совершает направляющая 17 крестовины 14 вдоль оси пары выступов 10 и 11 на полумуфте 2.
В результате каждое из совокупности промежуточных тел - крестовин 14,15 и 16 будет совершать планетарное движение относительно центра крестовины, а вся совокупность одновременно будет вращаться вокруг одной оси, лежащей на равных расстояниях от осей ОО1 и DD1, со скоростью вращения ведущей полумуфты 1. Таким образом вращение от полумуфты 1 с осью вращения ОО1 будет передаваться на полумуфту 2, имеющую ось вращения DD1, при этом совокупность промежуточных тел будет иметь постоянный центр вращения, т.е. будет отсутствовать дисбаланс масс, как и в прототипе. В то же время, поскольку каждое свободное промежуточное тело представляет собой пересекающиеся и лежащие в одной плоскости направляющие, то будут отсутствовать и консольные нагрузки на промежуточное тело. В случае использования промежуточных тел - крестовин, возможно использование серийно выпускаемых деталей - крестовин для карданного вала или рулевого механизма автомобиля, что значительно упрощает и удешевляет изготовление механизма.
Если же мы заставим полумуфту 1 совершать одновременно вращение вокруг собственной оси ОО1 и планетарное перемещение вокруг оси DD1, то механизм будет работать как механизм V аналогично механизму параллельных кривошипов, передавая вращение от планетарного колеса (полумуфты 1) к центральному колесу (полумуфте 2).