АДАПТИВНЫЙ РЕДУКТОР
ADAPTIVE REDUCER

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, а именно к зубчатым передачам и приводам на их основе.
Известны приводы, содержащие корпус, установленные в корпусе валы с зубчатыми колесами, устройства выбора зазоров в зубчатых зацеплениях [1-3]. В зубчатой передаче [1] выбор зазоров в зацеплении производится сближением зубчатых колес посредством нагружателей, отжимающих концы валов. В приводе [2] регулирование зазоров в зацеплении производится посредством эксцентрикового соединения опор выходного вала, связанного с зубчатым колесом торсионными стержнями. Беззазорная планетарная передача [3] имеет водило с косыми кривошипами, установленные на них дублирующие сателлиты, упругие компенсаторы между сателлитами. Общими недостатками известных конструкций являются сложность, громоздкость и трудоемкость.
За прототип принята зубчатая передача [1] с навитым корпусом редуктора из ленты [4]. Его недостатками являются сложность устройства выбора зазоров, применимость к одной ступени передач, значительная нагрузка на привод и необходимость периодического нагружения.
Технический результат адаптивного редуктора заключается в автоматическом выборе зазоров на всех ступенях зубчатых передач и в подшипниках качения валов, в отсутствии избыточных связей и заклинивающих сил, бесшумной и плавной работе вследствие демпфируемости всей системы передач и корпуса. Редуктор предельно прост и высокотехнологичен.
Указанный результат достигается тем, что в навитом корпусе установлены на подшипниках качения полые и навитые из ленты валы с зубчатыми колесами, имеющими некруглые соединения с валами, при этом межосевые расстояния валов выполнены меньше номинальных размеров. Крышки подшипников базированы по фаскам наружных колец подшипников и поджимают противолежащие кольца навстречу друг другу.
На чертежах фиг.1 изображает адаптивный редуктор, продольный разрез; фиг.2 - вид I на фиг.1, увеличено; фиг.3-разрез А-А на фиг.1.
Адаптивный редуктор содержит навитой корпус 1, полые и навитые из ленты валы 2, 3 и 4, установленные на подшипниках качения 5; зубчатые колеса 6, 7, 8 и 9, имеющие посадочные отверстия некруглой, например эллипсной формы (фиг.1, 3). Полые валы упруго деформированы по форме посадочных отверстий зубчатых колес в местах их установки и образуют с ними некруглые соединения. Последние не имеют концентраторов напряжений и передают бóльшие крутящие моменты, чем шпоночные соединения.
а
а
1
2
Межосевые расстояния валов первой  и второй  ступеней передач выполнены меньше номинальных размеров - произведения полусуммы чисел зубьев на модуль. Разность размеров соответствует деформации валов на величину, обеспечивающую беззазорное зацепление зубьев при их износе в течение жизненного цикла редуктора.
1
2
1
2
Некруглая форма вала в посадочных местах в зубчатых колес плавно переходит в круглую на участках в отверстий подшипников. Изменение поперечного сечения вала по его длине фиксирует зубчатые колеса в осевом направлении и создает осевой натяг в подшипниках. Величина осевой силы фиксации и натяга зависит от расстояний ℓ, ℓ между торцами внутренних колец подшипников и ступиц колес. Чем оно меньше, тем больше натяг и сила сопротивления колес осевому сдвигу. Поэтому наименьшее расстояние устанавливают в направлении действия осевой составляющей силы в зубчатом зацеплении. Сопротивление осевому сдвигу можно увеличить установкой хомутов на вал перед зубчатым колесом или удлинением ступицы колеса в сторону сдвига.
Крышки 10 подшипников 5 базируют по фаскам наружных колец 11 и прижимают винтами к корпусу до плотного прилегания торцев к его стенкам, смещая противолежащие кольца навстречу друг другу (фиг.1, 2). Базирование крышек по фаскам колец позволяет уменьшить толщину стенок корпуса и улучшает самоустанавливаемость валов. Натяг в подшипниках соответствует схеме установки «враспор». Его величина определена расстоянием между крышками после их плотного прилегания к корпусу.
Корпус редуктора имеет основание 12 со шпильками 13, на которые плотно намотана лента до толщины боковых стенок (фиг.1, 3). Сверху на шпильки установлена крышка 14 и поджата колпачковыми гайками 15, создающими напряжения сжатия в стенках редуктора.
Упругий натяг зубчатых зацеплений и подшипников, сжатый по высоте между основанием и крышкой корпус, замкнутый на валы и зубчатые передачи, выполняющие функции ребер жесткости формируют адаптивный редуктор - предварительно напряженную упругую систему, выравнивающую динамические нагрузки, температурные деформации и износы трущихся деталей. Температурные изменения длин валов поглощаются их упругой осевой напряженностью и не влияют на величину натяга подшипников.
Работа редуктора происходит следующим образом. При вращении входного вала 2 крутящий момент передается шестерней 6 на колесо 7 блока зубчатых колес, а с него - шестерней 8 на зубчатое колесо 9 выходного вала 4. Величины крутящих моментов определяются жесткостью некруглых соединений колес 6 и 9 с валами и не зависят от вала 3, служащего осью блока зубчатых колес 7 и 8.
Динамические нагрузки на выходном валу воспринимаются системой передач и корпусом. Предварительно напряженная система адаптивного редуктора сглаживает резкие удары крутящего момента, демпфирует колебания и исключает поломки звеньев при перегрузках.
Адаптивный редуктор не имеет избыточных связей; конструктивно прост - по сравнению с традиционными конструкциями содержит наименьшее количество деталей; высокотехнологичен и материалоэкономичен. Благодаря предварительному натягу и высокой демпфируемости обладает повышенной долговечностью и надежностью.
Источники информации
1. А.с. СССР №705178, F16H 55/18. Зубчатая передача. 1979. Прототип.
2. Патент РФ №2067706, F16H 57/12. Привод. 1996.
3. Патент РФ №2101588, F16H 57/12. Беззазорная планетарная передача. 1998.
4. А.с. СССР №1656281, F16M 11/00. Корпусная деталь. 1991.