ПОНИЖАЮЩИЙ РЕДУКТОР
REDUCTION GEARBOX

1. Понижающий редуктор
Изобретение относится к области механики, точнее к устройствам, передающим вращательное движение от источника энергии к исполнительному механизму с изменением числа оборотов в сторону значительного понижения.
Проще говоря, здесь речь пойдет о компактном понижающем редукторе с большим передаточным числом.
2. Уровень техники
Существует множество конструктивных решений устройств типа редуктор. Редукторы в большинстве понижают числа оборотов выходного вала по отношению к числам оборотов вала приводного. При этом они дают значительный выигрыш в крутящем моменте на выходном валу. В основном, редукторы состоят из системы зубчатых колес, насаженных на валы, остановленные в подшипниках корпуса. Степень понижения числа оборотов вала на выходе из редуктора по сравнению с числом оборотов приводного вала, то есть на входе в редуктор, называется передаточным числом.
Для ступеней редукторов, в зависимости от видов зацеплений, характерны такие, примерно, передаточные числа: - для пар зубчатых колес - 6…8, то есть степень понижения исходных чисел оборотов ведущего вала по отношению к числам оборотов вала ведомого.
- для пар червяк-червячное колесо - 50. При необходимости понижения исходных чисел оборотов в гораздо большее число раз применяют несколько ступеней различных видов с участием нескольких валов.
Вниманию предлагается вид передачи (редуктора).
Большой выбор видов редукторов представлен в атласе конструкций «Детали машин «, издание 3-е, Переработанное и дополненное, под редакцией д-ра техн. наук, проф. Д.Н. Решетова. М.:Машиностроение, 1968 г., стр. 360.
Ни здесь, ни в других доступных источниках не обнаружено ничего подобного, похожего по признакам, на предлагаемое техническое решение в части связей сопряженных друг с другом валов.
3. Раскрытие сущности предложения
На фиг. 1 и 2 редуктор изображен полусхематично, так как он простой. Согласно этим фиг. в цилиндрических углублениях корпуса 1 установлены два вильчатых двуплечих рычага - диска 2 и 3, своими вилками ориентированными навстречу друг другу и собранными внахлест. Рычаги охватывают своими вилками каждой свой эксцентрик 4 и 5, сидящий на валу. Посредством вкладышей 6 (для повышения износостойкости). Эксцентрики жестко насажены на быстроходный вал 7, опирающийся, здесь, на подшипники 8 и 9. Противоположные вилкам стороны рычагов - дисков 2 и 3 - у периферии снабжены цилиндрическими отверстиями с прорезями. В эти отверстия вставлены и подпружинены к рычагам 2 и 3 промежуточные звенья - храповые собачки 10 и 11. Такова подсборка корпуса. Вал выполнен заодно с пустотелым цилиндрическим стаканом 13, внутренняя рабочая поверхность «в» которого снабжена, к примеру, храповым венцом. С этим венцом введены во взаимодействие храповые собачки 10 и подсборки корпуса. На вал напрессованы подшипники 14, которыми этот вал вставлен в крышку 15 редуктора. Так образована подсборка крышки редуктора. Обе подсборки собирают и скрепляют, как на фиг. 1.
Привалочные поверхности могут быть предусмотрены как с боков, так и с торцов общего корпуса. Также и крепежные отверстия могут предусматриваться в любом месте с боков корпуса (не показаны).
Работа понижающего редуктора данного варианта исполнения сводится к следующему.
При вращении вала 7 эксцентрики 4 и 5 поворачивают вильчатые рычаги-диски 2 и 3 через вкладыши 6 в противопоположные стороны. При этом, к примеру, если верхний диск 2 поворачивается под действием эксцентрика, действующего через вкладыш 6 на вилку этого рычага, по стрелке «б», то верхняя - храповая собачка 11 поворачивает стакан 13, а значит и сам вал, тоже по стрелке «б». (фиг. 2)
При этом другой диск 3 поворачивается по стрелке «г«, проскальзывая своей храповой собачкой 10 относительно внутренней поверхности «в» стакана. Вращаясь далее, вал 7 поворачивает эксцентриками 4 и 5 диски 2 и 3 по-прежнему в противоположные стороны. Но теперь нижняя храповая собачка 10 диска 3 увлекает стакан 13, а с ним и вал к вращению против стрелки «г», то есть в сторону стрелки «б». Таким образом, вращение быстроходного вала вызывает вращение тихоходного вала равномерно, в ту же сторону, но с понижением исходного числа оборотов во столько раз, сколько зубьев насечки на внутренней поверхности стакана, а эксцентриситеты эксцентриков равны половине величин шагов между соседними зубьями насечки стакана 13.
К примеру, если на внутренней поверхности стакана 13 выполнено 200 зубьев с шагом 2 мм, то длина окружности рабочей поверхности стакана составит 200×2=400 мм, и для поворота тихоходного вала на 360° необходимы два срощенных эксцентрика с эксцентриситетами примерно в 1,0 мм, тогда передаточное число механизма равно 25.
При необходимости создать устройства с большими передаточными числами следует увеличить диаметр рабочей поверхности стакана. При этом можно увеличить число зубьев на внутренней поверхности стакана, а также увеличивается пространство для размещения рычагов, улучшаются условия для этого и выбора оптимальных длин их плеч.
Возможен иной вариант исполнения этого редуктора, но построенного по тому же принципу. Так, согласно фиг. 3 и 4, быстроходным валом может являться вал 7 самого электродвигателя или иного источника. Тихоходный же вал устанавливается в подшипниках корпуса 1. На быстроходном валу 7 закреплены те же спаренные эксцентрики 4 или 5 с оппозитным (то есть с противоположным) расположением их своими эксцентриситетами. Эксцентрики охвачены «камнями» 6для повышения износостойкости их. Каждый эксцентрик 4 или 5 со своим камнем 6 введен в вильчатый или закрытый паз собственного двуплечего рычага 2 или 3. Вторые плечи этих рычагов 2 или 3 выполнены с отверстиями (как и в первом варианте исполнения, правда, там отверстия были вскрыты пазами, а здесь плечи кольцеобразные). Этими вторыми плечами рычаги 2 или 3 взаимодействуют (как и в первом варианте исполнения) с тихоходным валом 13, тоже за счет промежуточных звеньев - здесь роликов 17, а не храповых собачек, с подпружиниванием этих звеньев (роликов), как и в первом варианте исполнения, каждого из своего комплекта, между своим вильчатым рычагом и тихоходным валом Эти подпружиненные ролики 17 погруппно помещены в гнезда тихоходного вала 13 с охватом их другими, но кольцеобразными плечами рычагов 2 или 3 с образованием обгонных муфт (здесь тихоходный вал 13 и внутренние фигурные части обгонных муфт выполнены как одно целое или соединены шпонкой). Работа редуктора этого варианта исполнения сводится к следующему.
При вращении вала 7 электродвигателя один из эксцентриков 4 или 5 с собственным камнем 6 поворачивает вилку внешнего двуплечего рычага 2, к примеру, по стрелке «а» за счет клинящего действия роликов 17 своей муфты одностороннего хода. Тогда тихоходный вал 13 поворачивается в ту же сторону.
В это время вилка 3 внутреннего рычага, поворачиваясь против стрелки «а», то есть по стрелке «в«, совершает холостой ход, так как клинящие свойства муфт здесь противоположны. Затем вилка 9 внутреннего рычага, поворачиваясь по стрелке «А», увлекает к повороту тихоходный вал, тоже по стрелке «а».
Таким образом, двуплечие рычаги 2 и 3 под действием своих эксцентриков, противоположно сориентированных, совершают ножницеобразные движения и равномерно поворачивают тихоходный вал в одну и ту же сторону.
Следует иметь в виду, что этот второй вариант исполнения редуктора может обеспечить увеличение крутящего момента на тихоходном валу. Так, из масштабной прорисовки фиг. 4 следует, что выигрыш в моменте на выходе из редуктора по отношению к моменту на входе находится из соотношения 1 длины плеча вильчатого рычага и радиуса выходного вала, т.е. 63:11, примерно 6. Это значит, что, если правое плечо «l» длиной 63мм, совершает по дуге путь, равный двойному эксцентриситету, то есть 6 мм, за целый оборот быстроходного вала, то точка принадлежащая поверхности тихоходного вала, лежащая на поверхности радиуса в 11 мм, проходит путь, равный 6:3=2 мм, то есть 69/2=34,5 оборота тихоходного вала, при длине окружности его 2×3,14×11=69 мм.. Это и есть передаточное число редуктора.
Наконец, устройство может быть упрощено в части кинематической связи двуплечих рычагов с рабочей поверхностью стакана, а значит и тихоходного вала.
На фиг. 5 представлен вариант исполнения, где ведущие рычаги выполнены не в виде дисков (хотя могут быть и дисковыми), а в виде рычагов, шарнирно закрепленных на осях 16. Промежуточными звеньями здесь являются эксцентрики 18, подпружиненные к рабочей поверхности стакана, то есть к тихоходному валу.
Здесь, при холостом ходе двуплечего рычага 2 вправо, по стрелке «А», подпружиненный эксцентрик 18 проскальзывает относительно рабочей поверхности стакана 13. При обратном же ходе, он увлекает за собой стакан за счет заклинивающего действия в точке «в», а значит и сам тихоходный вал, приводя его во вращение.
Следует отметить, что здесь представлены упрощенные варианты исполнения устройств такого вида. В более сложных случаях возможно изготовление редуктора не с двумя двуплечими рычагами и с двумя спаренными эксцентриками, а с группой двуплечих рычагов и с соответствующим количеством спаренных эксцентриков, расположенных погруппно, на одном валу, но в разных параллельных плоскостях, последовательно включающихся в работу по вращению общего, теперь уже вытянутого стакана. Здесь будут достигнуты лучшие силовые показатели и лучшая сбалансированность работы механизма.
4. Ожидаемая технико-экономическая эффективность
Предлагаемый понижающий редуктор может быть использован как средство, позволяющее значительно снизить число оборотов тихоходного вала какого-либо устройства типа «редуктор« (в 300…500 и более раз), при этом позволяющее в какой-то мере увеличить вращающий момент на выходном валу по крайней мере в 10…30 раз) при необходимости. Кроме того, оно позволяет вращать тихоходный вал не равномерно, а импульсно, с вибрацией. Для этого нужно всего лишь выполнить эксцентрики пар с различной величиной эксцентриситетов или сделать их с регулируемыми эксцентриситетами, (если потребуется). Здесь тихоходный вал будет вращаться с подергиванием, импульсно. Это можно выгодно использовать в минибетономешалках, транспортерах, при работах с материалами, подверженными слипаемости., и др.
Нельзя сбрасывать со щитов простоту устройств, звенья которых не требуют при изготовлении сложного оборудования, как, например, при изготовлении червячных или зубчатых передач. Варьируя длину плеч рычагов и величину эксцентриситетов, мы изменяем передаточное число редукторов.
Вниманию предлагаются виды редукторов, обеспечивающих многократное понижение исходных чисел оборотов. Сопоставим в части видов звеньев оба варианта исполнения редукторов с данными таблицы.