Двухпоточный редуктор
DOUBLE-FLOW REDUCTION GEAR

Предлагаемое техническое решение относится к области общего машиностроения, в частности, к двухпоточным редукторам для передачи крутящего момента и может быть использовано в тяжелом машиностроении, судостроении, авиастроении для привода соответствующих механизмов.
Современные тенденции машиностроения требуют особых характеристик от двухпоточных редукторов. Существует ряд технических проблем, таких как сложность механизмов деления, низкая технологичность, повышенные поперечные габариты корпуса редуктора и его масса.
Двухпоточный редуктор представляет собой устройство, состоящее из нескольких ступеней зубчатых передач, объединенных в едином корпусе. Крутящий момент от ведущего звена быстроходной ступени в редукторе распределяется на два потока и передается двумя параллельно работающими зубчатыми передачами промежуточной ступени к ведомому звену тихоходной ступени.
Для распределения крутящего момента в двухпоточном редукторе может быть использована дифференциальная передача (дифференциал) для передачи мощности посредством вращения с одновременным делением единого потока мощности на два. (И.И. Артоболевский «Теория механизмов и машин» изд. «Наука», М., 1975, стр. 169-172) Основой любого дифференциала может быть только планетарная передача, которая в силу механики своей работы единственная из всех передач вращательного движения может решать задачи, стоящие перед дифференциалом. Дифференциальная передача является сложным механизмом, кроме того использование такого механизма в составе двухпоточного редуктора значительно увеличивает массу и габариты конструкции.
Путем решения указанных технических проблем является создание конструкции двухпоточного редуктора с механизмом деления крутящего момента, простой в изготовлении, обладающей повышенной технологичностью и компактными массогабаритными характеристиками.
Известно изобретение «Двухпоточный редуктор с одним ведущим зубчатым колесом и выровненной нагрузкой по потокам», (патент РФ №2446330; МПК F16H 1/46, опубл. 27.03.2012 г.). Согласно изобретению, двухпоточный редуктор содержит ведущую шестерню, которая сопряжена с двух сторон шестернями, установленными на левый и правый валы двух потоков, две ведущие шестерни последней ступени, сопряженные с выходной шестерней. Подшипники ведущей шестерни первой ступени установлены на податливые опоры (демпферы). Статическая податливость опор определяется по параметрам зубчатых колес редуктора, оборотам ведущей шестерни и передаваемой мощности. Податливость опор ведущей шестерни дает ей возможность перемещаться в сторону ненагруженного потока на нужную величину, тем самым выравнивая нагрузку по принципу обратной связи.
Недостатком данного решения с точки зрения технологичности является сложность подбора материала податливых опор под необходимую величину статической податливости.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому техническому решению по совокупности существенных признаков и выбранным в качестве прототипа, является двухпоточный редуктор цилиндро-дифференциальный (М.И. Анфимов «Редукторы. Конструкции и расчет», М., «Машиностроение», 1993, с. 306-310). Двухпоточный редуктор содержит корпус, первую (быстроходную), вторую (промежуточную) и третью (тихоходную) ступени зубчатых передач, объединенные с механизмом деления крутящего момента. Механизм деления крутящего момента представляет собой дифференциальную передачу, содержащую левый и правый валы двух потоков. Дифференциальная передача распределяет крутящий момент на два потока и через вторую ступень передает к двум цилиндрическим колесам (ведущим шестерням) третьей ступени. Вторая ступень состоит из двух симметричных зубчатых передач. Третья ступень имеет две ведущие шестерни и передает суммарный момент на тихоходный вал.
Недостатками известного устройства является сложность изготовления дифференциальной передачи, так как ее основой является планетарная передача, содержащая большое число промежуточных элементов - сателлитов, водила, нескольких зубчатых колес. Использование в составе двухпоточного редуктора дифференциальной передачи значительно увеличивает массу и габариты конструкции.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении технологичности изготовления, снижения массы и габаритов двухпоточного редуктора.
Для достижения указанного выше технического результата двухпоточный редуктор содержит корпус, быстроходную, промежуточную и тихоходную ступени зубчатых передач, объединенные с механизмом деления крутящего момента, содержащего левый и правый валы двух потоков. Промежуточная ступень состоит из двух симметричных зубчатых передач. Тихоходная ступень имеет две ведущие шестерни.
При этом, согласно заявляемому изобретению, механизм деления крутящего момента содержит цилиндрический корпус, соосно установленный в зубчатое колесо быстроходной ступени зубчатой передачи и жестко закрепленный в нем, и, по меньшей мере, одно коромысло, установленное в цилиндрический корпус и закрепленное цилиндрическим крепежным элементом. Ось цилиндрического крепежного элемента перпендикулярна оси вращения цилиндрического корпуса. Концы коромысла сопряжены с левым и правым валами двух потоков.
Выполнение механизма деления крутящего момента по типу рычажного механизма, с установленным в цилиндрическом корпусе, по меньшей мере, одним коромыслом, сопряженным своими концами с левым и правым валами двух потоков, обеспечивает распределение входного крутящего момента на два симметричных потока для равномерного нагружения двух ведущих шестерней тихоходной ступени двухпоточного редуктора.
Механизм деления крутящего момента не содержит сложных в изготовлении зубчатых передач и имеет меньшее количество элементов по сравнению с дифференциальной передачей, следовательно, его изготовление является более простым и технологичным.
Механизм деления крутящего момента имеет меньшие поперечные габаритные размеры по сравнению с дифференциальной передачей для заданной передаваемой мощности, что приводит к снижению массы и габаритов двухпоточного редуктора в целом.
Предлагаемая конструкция двухпоточного редуктора с механизмом деления крутящего момента в раскрытой выше совокупности существенных признаков позволяет повысить технологичность изготовления, снизить массу и габариты двухпоточного редуктора при сохранении требуемой нагрузочной способности редуктора.
Представленные графические материалы содержат пример конкретного выполнения двухпоточного редуктора в составе валоповоротного устройства паровой турбины, предназначенного для вращения валопровода турбины при ее остановке после прекращения подачи пара и перед пуском.
На фиг. 1 представлен общий вид двухпоточного редуктора, вид с боку и поперечный разрез А-А двухпоточного редуктора с червячной передачей быстроходной ступени; на фиг. 2 - продольный разрез Б-Б двухпоточного редуктора, поперечный разрез В-В и продольный разрез Г-Г механизма деления крутящего момента; на фиг. 3 - кинематическая схема двухпоточного редуктора; на фиг. 4 - вид с боку, поперечный разрез Д-Д, продольный разрез Е-Е двухпоточного редуктора с цилиндрической передачей быстроходной ступени и с одним коромыслом.
Двухпоточный редуктор содержит корпус 1, быстроходную, промежуточную, тихоходную ступени зубчатых передач. Зубчатая передача быстроходной ступени может быть выполнена любого типа, например, цилиндрическая прямозубая, коническая и др. В конкретном примере выполнения зубчатая передача быстроходной ступени представляет собой червячную передачу, состоящую из червяка 2 и зубчатого колеса 3. Промежуточная ступень состоит из двух симметричных зубчатых передач, содержащих ведущие шестерни 4 и 4' и зубчатые колеса 5 и 5'. Тихоходная ступень имеет две ведущие шестерни 6 и 6'. Ступени зубчатых передач объединены с механизмом деления крутящего момента, содержащего соответственно левый 7 и правый 7' валы двух потоков. Механизм деления крутящего момента содержит цилиндрический корпус 8, соосно установленный в зубчатое колесо 3 быстроходной ступени и жестко закрепленный в нем, например, призматической шпонкой 9. В цилиндрическом корпусе 8 установлены коромысла 10. Коромысло 10 имеет вид двуплечего рычага с плечами а и b. Неподвижной осью коромысла 10 является ось 11 цилиндрического крепежного элемента 12, например, пальца, посредством которого коромысло 10 закреплено в цилиндрическом корпусе 8. Ось 11 цилиндрического крепежного элемента 12 перпендикулярна оси вращения 13 цилиндрического корпуса 8. Количество коромысел 10 определяется из условий прочности для передаваемой мощности в редукторе. В конкретном примере выполнения установлено три симметричных коромысла 10. Симметричность коромысла 10 необходима для равномерной загрузки ведущих шестерней 6 и 6' тихоходной ступени и передачи равного крутящего момента для каждой шестерни 6 и 6' соответственно. В случае необходимости неравномерной загрузки ведущих шестерней 6 и 6' плечи коромысла а и b могут быть несимметричными, что позволит в разных пропорциях загрузить ведущие шестерни тихоходной ступени.
На фиг. 3 представлена кинематическая схема двухпоточного редуктора.
Пример выполнения двухпоточного редуктора с одним несимметричным коромыслом 10 и цилиндрической передачей быстроходной ступени показан на фиг. 4.
Концы коромысел 10 сопряжены с левым 7 и правым Т валами двух потоков. В конкретном примере выполнения концы коромысел 10 выполнены в виде сферических поверхностей d и d' и сопряжены с седлами 15, установленными в пазы валов 7 и 7'. Зубчатые колеса 5 и 5' сопряжены с ведущими шестернями тихоходной ступени 6 и 6', которые, в свою очередь сопряжены с зубчатым колесом 16.
Опорами валов 7 и 7', корпуса 8, червяка 2, зубчатого колеса 3, ведущих шестерней 6 и 6', зубчатого колеса 16 служат подшипники качения 17 установленные в корпусе 1.
Устройство работает следующим образом.
Крутящий момент, например, от электродвигателя (на фиг. не показан) передается червяку 2. Червяк 2 вращает червячное колесо 3 со встроенным корпусом 8 механизма деления крутящего момента. Корпус 8 передает крутящий момент посредством пальца 12 коромыслу 10. Коромысло 10 делит крутящий момент на два потока. Деление момента происходит автоматически за счет того, что коромысло 10 имеет возможность неполного поворота вокруг оси пальца 12. Коромысло 10 передает крутящий момент на правый 7 и левый 7' валы через сферические поверхности d и d', сопряженных с седлами 15. Коромысло 10 стремится передать момент на менее загруженный вал левого 7 или правого 7' потока, что позволяет выбрать боковые зазоры в зубчатых передачах промежуточной и тихоходной ступени. После того как все зазоры выбраны, валы правого 7 и левого 7' потока будут вращаться с одинаковой частотой вращения и через две симметричные зубчатые передачи промежуточной ступени, работающие параллельно, передавать крутящий момент на ведущие шестерни 6 и 6' тихоходной ступени. Ведущие шестерни 6 и 6' передают суммарный момент зубчатому колесу 16, которое вращает валопровод паровой турбины.