УСТРОЙСТВО ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА
DEVICE FOR INCREASING TORQUE

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в редукторах для увеличения крутящего момента на валу.
к
Известно устройство для увеличения крутящего момента - зубчатая передача, включающая шестерню и зубчатое колесо. Крутящий момент на ведомом зубчатом колесе М; определяется по зависимости
ш
где М - крутящим момент на ведущей шестерни, сообщающей вращение зубчатому колесу;
u - передаточное число зубчатой передачи.
В известном устройстве при увеличении крутящего момента уменьшается частота вращения зубчатого колеса.
Целью настоящего изобретения является увеличение крутящего момента на зубчатом колесе без увеличения передаточного числа.
Поставленная цель достигается тем, что предлагаемое устройство содержит установленные с возможностью вращения кинематически связанные или соединенные между собой зубчатые колеса, установленный в опоре дополнительный вал с шестерней или шестернями, кинематически связанными с зубчатыми колесами, и имеющее возможность создавать давление на дополнительный вал средство, причем опора дополнительного вала установлена с возможностью поворота относительно оси вращения зубчатых колес или перемещения в тангенциальном направлении, а одна шестерня дополнительного вала кинематически связана с соединенным зубчатым колесом посредством установленных на дополнительной опоре одной или нескольких паразитных шестерен. Опора дополнительного вала - тело, в котором установлен на подшипниках дополнительный вал.
Имеющее возможность создавать давление на дополнительный вал средство может быть выполнено в виде двухступенчатой соосной зубчатой передачи.
Имеющее возможность создавать давление на дополнительный вал средство может быть выполнено также в виде пружины кручения, или сжатия, или растяжения.
На дополнительном валу установлен маховик.
Устройство может быть снабжено установленным с возможностью вращения относительно оси вращения зубчатых колес промежуточным зубчатым колесом, находящемся во внутреннем или внешнем зацеплениях с паразитной шестерней и во внешнем или внутреннем соответственно зацеплениях с шестерней дополнительного вала.
Ось вращения дополнительного вала может быть расположена в горизонтальной плоскости, проходящей через ось вращения зубчатых колес.
Устройство может быть дополнительно снабжено одним или несколькими установленными в подпружиненных опорах дополнительными валами о шестернями или о шестернями и маховиками.
В изложенном устройстве созданное средством давление на дополнительный вал создает на зубьях шестерни или шестерен последнего окружные силы, действующие на зубья кинематически связанных зубчатых колес в одном направлении или на зубья соединенных зубчатых колес в противоположных направлениях. Под воздействием массы вращающихся дополнительного вала и насаженных на него шестерен происходит перераспределение окружных сил. Окружная сила, действующая в направлении вращения шестерни, увеличивается, а окружная сила, действующая в направлении, противоположном направлению вращения шестерни, уменьшается. В результате на зубчатых колесах создается действующий в направлении вращения последних дополнительный крутящий момент.
Выполнение имеющего возможность создавать давление на дополнительный вал средства в виде двухступенчатой соосной зубчатой передачи увеличивает частоту вращения дополнительного вала и, следовательно, дополнительный крутящий момент на зубчатых колесах.
Выполнение имеющего возможность создавать давление на дополнительный вал средства в виде пружин упрощает конструкцию устройства.
Установленный на дополнительном валу маховик увеличивает дополнительный крутящий момент на зубчатых колесах.
Снабжение устройства промежуточным зубчатым колесом повышает надежность его работы. Ось вращения дополнительного вала может быть расположена с угловым смещением относительно оси вращения паразитной шестерни.
Расположение оси вращения дополнительного вала в горизонтальной плоскости, проходящей через ось вращения зубчатых колес, увеличивает дополнительный крутящий момент на последних на максимальную величину.
Дополнительное снабжение устройства установленными в подпружиненных опорах дополнительными валами увеличивает крутящий момент на зубчатых колесах и позволяет создавать индивидуальные давления на дополнительные валы.
На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, в котором создающее давление на дополнительный вал средство выполнено в виде двухступенчатой соосной зубчатой передачи; на фиг. 2 - предлагаемое устройство, в котором создающее давление на дополнительный вал средство выполнено в виде двухступенчатой соосной зубчатой передачи, а зубчатые колеса установлены на тихоходном валу последней; на фиг. 3 - промежуточное зубчатое колесо, находящееся во внутреннем зацеплении с паразитной шестерней и во внешнем зацеплении с шестерней дополнительного вала; на фиг. 4 - предлагаемое устройство, в котором создающее давление на дополнительный вал средство выполнено в виде закрученной пружины кручения; на фиг. 5 - предлагаемое устройство, в котором создающее давление на дополнительный вал средство выполнено в виде закрученной пружины кручения, а шестерня дополнительного вала, в частности, кинематически связана с соединенным зубчатым колесом посредством нескольких паразитных шестерен; на фиг. 6 - предлагаемое устройство, в котором зубчатые колеса кинематически связаны между собой; на фиг. 7 - предлагаемое устройство, в котором оси вращения кинематически связанных между собой зубчатых колес и дополнительного вала пересекаются под прямым углом.
Изображенное на фиг. 1 устройство содержит установленные на подшипниках качения на неподвижно закрепленной оси 1 зубчатое колесо 2 и шестерню 3, установленную на подшипниках скольжения на оси 1 опору дополнительного вала 4, в которой установлены на подшипниках качения промежуточный вал 5 с шестерней 6 и зубчатым колесом 7 и дополнительный вал 8 с шестернями 9 и 10 и насаженным на него маховиком 11.
Шестерня 6 и зубчатое колесо 7 находятся в зацеплениях с зубчатым колесом 2 и шестерней 3 соответственно. Шестерня 9 дополнительного вала находится во внутреннем зацеплении с зубчатым колесом устройства 12, а шестерня 10 дополнительного вала кинематически связана посредством установленной на дополнительной опоре 13 паразитной шестерни 14 с зубчатым колесом устройства 15. Зубчатые колеса устройства 12 и 15 размещены на подшипниках качения на оси 1 и соединены с шестерней 3. Дополнительная опора 13 соединена с неподвижно закрепленной осью 1.
Изображенное на фиг. 2 устройство содержит установленные на неподвижно закрепленной оси 16 на подшипниках качения соединенные между собой посредством втулки /пустотелого вала/ зубчатые колеса 17 и 18, шестерню 19, установленную на подшипниках скольжения на оси 16 опору дополнительного вала 20, в которой установлены на подшипниках качения промежуточный вал 21 с шестерней 22 и зубчатым колесом 23 и дополнительный вал 24 с шестернями 25 и 26 и насаженным на него маховиком 27.
Шестерня 22 и зубчатое колесо 23 промежуточного вала находятся в зацеплении с зубчатым колесом 17 и шестерней 19 соответственно. Шестерня 25 дополнительного вала находится во внутреннем зацеплении с зубчатым колесом устройства 18, а шестерня 26 дополнительного вала кинематически связана посредством установленной на дополнительной опоре 28 паразитной шестерни 29 с зубчатым колесом 17. Последнее использовано в качестве зубчатого колеса ступени зубчатой передачи. Дополнительная опора 28 соединена с неподвижно закрепленной осью 16.
Изображенное на фиг. 3 промежуточное зубчатое колесо 30 установлено на сдвоенном подшипнике качения на втулке, соединяющей зубчатые колеса устройства 31 и 32 друг с другом, и находится во внешнем зацеплении с шестерней дополнительного вала 33 и во внутреннем зацеплении с паразитной шестерней 34. Зубчатое колесо 31 находится во внутреннем зацеплении с шестерней дополнительного вала 35.
Изображенное на фиг. 4 устройство содержит установленные на неподвижно закрепленной оси 36 на подшипниках качения соединенные между собой зубчатые колеса 37 и 38, установленную на подшипниках скольжения на оси 36 опору дополнительного вала 39, в которой установлен на подшипниках качения дополнительный вал 40 с насаженными на него шестернями 41 и 42 И маховиком 43, соединенную с осью 36 дополнительную опору 44, на которой установлены шестерня 45 и паразитная шестерня 46, и размещенную на оси 36 закрученную пружину кручения 47, взаимодействующую с опорами 39 и 44.
Шестерня 45 находится во внешнем зацеплении с зубчатым колесом 37, паразитная шестерня 46 - во внешних зацеплениях с зубчатым колесом 37 и шестерней дополнительного вала 42 и шестерня 41 - во внутреннем зацеплении с зубчатым колесом 38.
Изображенное на фиг. 5 устройство содержит установленные на неподвижно закрепленной оси 48 на подшипниках качения соединенные между собой идентичные зубчатые колеса 49 и 50, установленную на подшипнике скольжения на оси 48 опору дополнительного вала 51, в которой установлен на подшипниках качения дополнительный вал 52 с насаженными на него шестерней 53 и маховиком 54, соединенную с осью 48 дополнительную опору 55, на которой установлены шестерня 56 и идентичные паразитные шестерни 57, 58 и 59, и размещенную на оси 48 закрученную пружину кручения 60, взаимодействующую с опорой 51 и соединенным с осью 48 кольцом 61.
Шестерня 56 находится в зацеплении с зубчатым колесом 50, шестерня дополнительного вала 53 - в зацеплении с зубчатым колесом 49 и кинематически связана посредством паразитных шестерен 58, 59 и 57 с зубчатым колесом 50.
Изображенное на фиг. 6 устройство содержит установленные на неподвижно закрепленной оси 62 на подшипниках качения зубчатые колеса 63 и 64, соединенную с осью 62 опору промежуточного вала 65, в которой установлен на подшипниках качения промежуточный вал 66 с насаженными на него шестернями 67 и 68, установленную на оси 62 на подшипниках скольжения опору дополнительного вала 69, в которой установлен на подшипниках качения дополнительный вал 70 с насаженными на него шестернями 71 и 72 и маховиком 73 и размещенную на оси 62 закрученную пружину кручения 74, взаимодействующую с опорами 65 и 69.
Шестерня промежуточного вала 67 находится во внешнем зацеплении с зубчатым колесом 63, а шестерня 68 - во внутреннем зацеплении с зубчатым колесом 64. Шестерня дополнительного вала 72 находится во внешнем зацеплении с зубчатым колесом 63 и шестерня 71 - во внутреннем зацеплении с зубчатым колесом 64.
Изображенное на фиг. 7 устройство содержит установленные на неподвижно закрепленной оси 75 на подшипниках качения идентичные конические зубчатые колеса 76 и 77, установленную на оси 75 на подшипнике скольжения опору дополнительного вала 78, в которой установлен на подшипниках качения дополнительный вал 79 с насаженными на него конической шестерней 80 и маховиком 81, соединенную с осью 75 опору промежуточного вала 82, в которой установлен на подшипниках качения промежуточный вал 83 с насаженной на него конической шестерней 84, и размещенную на оси 75 закрученную пружину кручения 85, взаимодействующую с опорами 78 и 82.
Коническая шестерня промежуточного вала 84 и коническая шестерня дополнительного вала 80 находятся в зацеплениях с коническими зубчатыми колесами 76 и 77.
Изображенное на фиг. 1 устройство работает следующим образом. Зубчатое колесо 2 посредством шестерни 6 и зубчатого колеса 7 промежуточного вала сообщает вращательное движение шестерни 3 и соединенным с последней зубчатым колесам устройства 12 и 15. Зубчатые колеса 12 непосредственно и 15 посредством паразитной шестерни 14 сообщают вращательное движение шестерням дополнительного вала 9 и 10 и насаженному на дополнительный вал маховику 11.
Крутящий момент на опоре дополнительного вала 4, действующий в направлении вращения шестерни 3, создает давление на дополнительный вал 8. Это давление, в свою очередь, создает на зубьях шестерен дополнительного вала 9 и 19 окружные силы, действующие на зубья зубчатых колес устройства 12 и 15. Значения окружных сил без учета влияния массы вращающихся деталей, в частности, при очень медленном вращении дополнительного вала определяются по следующим зависимостям
где Р - давление на дополнительный вал 8,
1
2
P и Р - окружные силы на зубьях шестерен 9 и 10 соответственно,
1
2
1
2
d и d - делительные диаметры шестерен 9 и 10 соответственно. Окружные силы P и P создают на зубчатых колесах устройства 12 и 15 соответственно действующие в противоположных направлениях равные по величине крутящие моменты. При этом крутящий момент на шестерни 3 равен (1)
.
1
2
При увеличении частоты вращения дополнительного вала 8 под воздействием массы последнего, шестерен 9 и 10 и маховика 11 происходит перераспределение окружных сил P и Р. Например, в зависимости от направления вращения окружная сила на зубьях шестерни 9, действующая на зубья зубчатого колеса 12, увеличивается, а окружная сила на зубьях шестерни 10, действующая на зубья зубчатого колеса 15, уменьшается. Соответственно увеличивается и уменьшается крутящие моменты на зубчатых колесах устройства. В результате на соединенных между собой зубчатых колесах 12 и 15 создается дополнительный крутящий момент, равный разности этих крутящих моментов. В этом случае фактический крутящий момент на шестерне 3, соединенной с зубчатыми колесами 12 и 15, определяется по зависимости
где величина q больше единицы и меньше передаточного числа u (1<q<u), определяется экспериментальным путем.
Изображенное на фиг. 2 устройство работает следующим образом. Зубчатое колесо 17 посредством шестерни 22 и зубчатого колеса 23 промежуточного вала сообщает вращательное движение шестерни 19. Зубчатые колеса 18 непосредственно и 17 посредством паразитной шестерни 29 сообщают вращательное движение шестерням дополнительного вала 25 и 26 и насаженному на дополнительный вал маховику 27.
Крутящий момент на опоре дополнительного вала 20, действующий в направлений вращения зубчатого колеса 17, создает давление на дополнительный вал 24. Это давление создает на зубьях шестерен 25 и 26 окружные силы, действующие на зубья зубчатых колес устройства 18 и 17 соответственно. Значения окружных сил без учета влияния массы вращающихся деталей определяются по зависимостям (2) и (3). Окружные силы, в свою очередь, создают на зубчатых колесах устройства 18 и 17 действующие в противоположных направлениях равные по величине крутящие моменты. При этом крутящий момент на шестерни 19 определяется по зависимости (1).
Под воздействием массы вращающихся дополнительного вала 24, шестерен 25 и 26 и маховика 27 происходит перераспределение определенных по зависимостям (2) и (3) окружных сил. Например, в зависимости от направления вращения окружная сила на зубьях шестерни 25, действующая на зубья зубчатого колеса 18, увеличивается, а окружная сила на зубьях шестерни 26, действующая на зубья зубчатого колеса 17, уменьшается. Соответственно увеличивается и уменьшается созданные окружными силами крутящие моменты на зубчатых колесах 18 и 17. В результате на соединенных между собой зубчатых колесах создается дополнительный крутящий момент, равный разности этих крутящих моментов. При этом крутящий момент на шестерне 19 увеличивается на величину, равную частному от деления дополнительного крутящего момента на передаточное число зубчатой передачи. Фактический крутящий момент на шестерне 19 определяется по зависимости
Изображенное на фиг. 4 предлагаемое устройство работает следующим образом. Шестерня 45 сообщает вращательное движение соединенным между собой зубчатым колесам 37 и 38. Зубчатые колеса 38 непосредственно и 37 посредством паразитной шестерни 46 сообщают вращательное движение шестерням дополнительного вала 41 и 42 и насаженному на дополнительный зал маховику 43.
Закрученная пружина кручения 47 посредством опоры дополнительного вала 39 создает постоянное давление на дополнительный вал 40. Это давление, в свою очередь, создает на зубьях шестерен 41 и 42 окружные силы, действующие на зубья зубчатых колес 38 и 37 соответственно. Значения окружных сил без учета влияния массы вращающихся деталей, в частности, в статическом состоянии определяются по зависимостям (2) и (3). Полученные окружные силы создают на зубчатых колесах 38 и 37 действующие в противоположных направлениях равные по величине крутящие моменты. При этом крутящий момент на зубчатом колесе 37 определяется по зависимости (1).
Под воздействием массы вращающихся дополнительного вала 40, шестерен 41 и 42 и маховика 43 происходит перераспределение определенных по зависимостям (2) и (3) окружных сил. Например, в зависимости от направления вращения окружная сила на зубьях шестерни 41, действующая на зубья зубчатого колеса 38, увеличивается, а окружная сила на зубьях шестерни 42, действующая на зубья зубчатого колеса 37, уменьшается. Соответственно увеличивается и уменьшается созданные окружными силами крутящие моменты на зубчатых колесах 38 и 37. В результате на соединенных между собой зубчатых колесах создается действующий в направлении вращения последних дополнительный крутящий момент, равный разности этих крутящих моментов. Фактический крутящий момент на соединенных между собой зубчатых колесах 38 и 37 определяется по зависимости
1
1
где величина q больше передаточного числа u (q>u), определяется экспериментальным путем.
Изображенное на фиг. 5 предлагаемое устройство работает следующим образом. Шестерня 56 сообщает вращательное движение соединенным между собой идентичным зубчатым колесам 50 и 49. Зубчатые колеса 49 непосредственно и 50. Посредством идентичных паразитных шестерен 57, 59 и 58 сообщают вращательное движение шестерни дополнительного вала 53 и маховику 54.
Закрученная пружина кручения 60 посредством опоры дополнительного вала 51 создает постоянное давление на дополнительный вал 52. Указанное давление, в свою очередь, создает на зубьях шестерни дополнительного вала 53 окружные силы, действующие на зубья зубчатых колес 49 и 50. Полученные без учета влияния массы вращающихся деталей по зависимостям (2) и (3) равные окружные силы создают на зубчатых колесах 49 и 50 действующие в противоположных направлениях равные по величине крутящие моменты. При этом крутящий момент на зубчатом колесе 50 определяется по зависимости (1).
Под воздействием массы вращающихся дополнительного вала 52, шестерни 53 и маховика 54 происходит перераспределение определенных по зависимостям (2) и (3) равных окружных сил. В зависимости от направления вращения окружная сила на зубьях шестерни 53, действующая, например, на зубья зубчатого колеса 49, увеличивается, а окружная сила на зубьях шестерни 53, действующая посредством паразитных шестерен 58, 59 и 57 на зубья зубчатого колеса 50, уменьшается. Соответственно увеличивается и уменьшается созданные окружными силами крутящие моменты на зубчатых колесах 49 и 50. В результате на соединенных между собой зубчатых колесах создается дополнительный крутящий момент, равный разности этих крутящих моментов. Фактический крутящий момент на соединенных между собой зубчатых колесах 49 и 50 определяется по зависимости (5).
Изображенное на Фиг. 6 предлагаемое устройство работает следующим образом. Шестерни промежуточного вала 67 и 68 сообщают вращательные движения зубчатым колесам 63 и 64 соответственно. Последние - вращательное движение шестерням исполнительного вала 72 и 71 и маховику 73.
Закрученная пружина кручения 74 посредством опоры дополнительного зала 69 создает постоянное давление на дополнительный вал 70. Созданное пружиной кручения давление создает на зубьях шестерен дополнительного вала 72 и 71 окружные силы, действующие посредством зубчатых колес 63 и 64 на зубья шестерен промежуточного вала 67 и 68. Значения окружных сил без учета влияния массы вращающихся деталей определяются по зависимостям (3) и (2). Полученные по этим зависимостям окружные силы создают на шестернях 67 и 68 действующие в противоположных направлениях равные по величине крутящие моменты. При этом крутящий момент на зубчатых колесах 63 или 64 в зависимости от нагрузки на них определяется по зависимости.
Под воздействием массы вращающихся дополнительного вала 70, шестерен 71 и 72 и маховика 73 происходит перераспределение определенных по зависимостям (2) и (3) окружных сил. В зависимости от направления вращения шестерен дополнительного вала окружная сила, например, на зубьях шестерни 71, действующая на зубья зубчатого колеса 64, увеличивается, а окружная сила на зубьях шестерни 72, действующая на зубья зубчатого колеса 63, уменьшается. Соответственно увеличивается и уменьшается созданные окружными силами крутящие моменты на шестернях 68 и 67. В результате на шестерни промежуточного вала 68 создается действующий в направлении вращения шестерен 68 и 67 дополнительный крутящий момент, равный разности этих крутящих моментов. Фактический крутящий момент на зубчатых колесах 63 или 64 в зависимости от нагрузки на них определяется по зависимости (5).
Изображенное на фиг. 7 устройство работает следующим образом. Шестерня промежуточного вала 84 сообщает вращательные движения зубчатым колесам 76 и 77. Последние - вращательное движение шестерни дополнительного вала 80 и маховику 81.
Закрученная пружина кручения 85 посредством опоры дополнительного вала 78 создает постоянное давление на дополнительный вал 79. Созданное давление, в свою очередь, создает на зубьях шестерни дополнительного вала 80 окружные силы, действующие посредством зубчатых колес 76 и 77 на зубья шестерни промежуточного вала 84. Значения окружных сил без учета влияния массы вращающихся деталей определяются по зависимостям (2) и (3). Полученные по этим зависимостям равные окружные силы на зубьях шестерни 80 создают на шестерни 84 действующие в противоположных направлениях равные по величине крутящие моменты. При этом крутящий момент на зубчатых колесах 76 или 77 в зависимости от нагрузки на них определяется по зависимости (1).
Под воздействием массы вращающихся дополнительного вала 79, шестерни 80 и маховика 81 происходит перераспределение определенных по зависимостям (2) и (3) окружных сил. В зависимости от направления вращения окружная сила на зубьях шестерни 80, действующая, например, на зубья зубчатого колеса 77, увеличивается, а окружная сила на зубьях шестерни 80, действующая на зубья зубчатого колеса 76, уменьшается. Соответственно увеличивается и уменьшается созданные окружными силами крутящие моменты на шестерни 64. В результате на последней создается дополнительный крутящий момент, равный разности этих крутящих моментов. Фактический крутящий момент на зубчатых колесах 76 или 77 в зависимости от нагрузки на них определяется по зависимости (5).
В предлагаемом устройстве имеющее возможность создавать давление на дополнительный вал средство может быть выполнено в виде двухступенчатой зубчатой передачи, в которой оси вращения зубчатого колеса и шестерни ступеней расположены параллельно или пересекаются под углом 90°.
В качестве имеющего возможность создавать давление на дополнительный вал средства может быть использован пневмоцилиндр или гидроцилиндр.
В опоре дополнительного вала могут быть дополнительно установлены один или несколько дополнительных валов с шестернями или с шестернями и маховиками. Это уменьшает нагрузки на шестерни и увеличивает крутящий момент на зубчатых колесах устройства.
Зубья шестерен и зубчатых колес устройства могут быть выполнены расположенными по винтовым линиям. Это обеспечивает плавность работы и непрерывность действия окружных сил на зубьях шестерен на зубья зубчатых колес.
В случае параллельного или последовательного соединений между собой нескольких устройств, например, изображенных на фиг. 1, крутящий момент на шестерни 3 /зубчатых колесах 12 и 15/ увеличивается по геометрической прогрессии. Величину крутящего момента можно определить по формуле
где к - количество соединенных /параллельно или последовательно/ устройств;
шк
M - крутящий момент на шестерне 3 последнего устройства;
шо
М - крутящий момент на шестерне / на фиг. 1 не показана/, сообщающей вращательное движение зубчатому колесу 2 первого устройства.
При этом частоты вращения шестерен равны между собой.