ГЛАВНАЯ ПЕРЕДАЧА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и может быть использована в трансмиссиях любых автомобилей, а также как ведущая передача локомотива в железнодорожном транспорте.
Главная передача служит для увеличения крутящего момента двигателя, подводимого к ведущим колесам, и уменьшения скорости их вращения до необходимых значений. Главные передачи могут быть одинарными, из одной пары шестерен, и двойными (см. Большая советская энциклопедия, 1969-1978). Двойные главные передачи имеют две зубчатые пары и обычно состоят из пары конических шестерен со спиральными зубьями и пары цилиндрических шестерен с прямыми или косыми зубьями. Наличие цилиндрической пары шестерен позволяет не только увеличить передаточное число главной передачи, но и повысить прочность и долговечность конической пары шестерен. Передаточное отношение главной передачи составляет от 3 у легковых автомобилей до 7 у грузовых, и до 12 у железнодорожных локомотивов. Кпд одинарной главной передачи не менее 0,97…0,98. Кпд двойных передач соответственно ниже, порядка 0,93…0,96 (см. http://autonotes.info/glavnaya-peredacha/).
Известна гипоидная главная передача (см. БСЭ, 1969-1978), по сравнению с другими она более прочная и бесшумная, имеет высокую плавность зацепления, малогабаритная и ее можно применять на грузовых автомобилях вместо двойной главной передачи. Она имеет КПД, равный 0,96…0,97. Однако гипоидная главная передача требует высокой точности изготовления, сборки и регулировки. Она также требует из-за повышенного скольжения зубьев шестерен применения специального гипоидного масла с сернистыми, свинцовыми, фосфорными и другими присадками, образующих на зубьях шестерен прочную масляную пленку
В самом общем случае главная передача транспортного средства (RU 2247038, SU 1445990) содержит, по меньшей мере, одну пару зубчатых колес с прямыми или криволинейными зубьями эвольвентной формы. Главная передача с зубчатым эвольвентным зацеплением имеет общий для всех конструкций недостаток, обусловленный свойствами зацепления. Это сравнительно невысокая прочность зубьев при небольших габаритах колес. Повышение прочности требует увеличения габаритов передачи, что не всегда допустимо.
Таким образом, задача создания малогабаритной надежной и простой главной передачи для транспорта остается по-прежнему актуальной. Техническим результатом полезной модели является повышение прочности главной передачи при уменьшении ее габаритов.
Для достижения указанного технического результата, главная передача, как и прототип, содержит, по меньшей мере, одну пару зубчатых колес с криволинейными зубьями. В отличие от прототипа зубчатая пара выполнена на основе эксцентриково-циклоидального зацепления. В эксцентриково-циклоидальном зацеплении меньшее колесо выполнено с одним или несколькими зубьями, форма которых в главном сечение образована дугами эксцентрично смещенной окружности, а зубья большего колеса в том же сечении имеют рабочие участки циклоидальной формы. По форме зубьев зацепление и получило название: эксцентриково-циклоидальное или ЭЦ-зацепление (в англоязычном варианте зацепление ExCyGear).
По полезной модели может быть выполнена как коническая, так и цилиндрическая главные передачи. В двойной главной передаче с зацеплением ExCyGear может быть выполнена как коническая, так и цилиндрическая ступени, а также и обе вместе.
Цилиндрические колеса с эксцентриково-циклоидальным зацеплением, как и любые колеса с криволинейными зубьями испытывают значительную осевую нагрузку. Для компенсации осевых усилий зацепление колес целесообразно выполнить шевронным.
Полезная модель иллюстрируется графическими материалами. Здесь на фиг.1 представлен общий вид редуктора на основе конических колес с зацеплением ExCyGear, установленного на колесной паре маневрового локомотива. На фиг.2 показан общий вид зацепления колес этой конической пары, а на фиг.3 представлено главное сечение колес этой пары. Фиг.4 иллюстрирует главную передачу с зацеплением цилиндрических колес, а на фиг.5 представлено торцевое сечение этих цилиндрических колес. На фиг.6 показан общий вид зацепления цилиндрических шевронных колес.
Рассмотрим предлагаемую главную передачу транспортного средства на примере главной передачи маневрового локомотива, изображенной на фиг.1. Здесь передача устанавливается непосредственно на колесную пару, без промежуточных звеньев. Следует отметить, что главная передача для автомобиля конструктивно мало отличается от описываемой передачи, она отличается только схемой подсоединения к колесам через дифференциалы.
Главная передача маневрового локомотива с передаточным отношением u=6 на основе одинарного конического ExCyGear зацепления была спроектирована взамен ранее применявшейся для этих же целей двойной передачи с эвольвентным зацеплением колес. Главная передача содержит пару конических зубчатых колес 1 и 2, размещенных в корпусе 3. Ведущее колесо 1 выполнено за одно целое с валом 4 (вал-шестерня). Вал-шестерня посажена в корпусе 3 на паре подшипников 5 и имеет связь с приводным валом двигателя локомотива (на рисунках не показан). Корпус 3 в этой конструкции установлен на колесной оси 6 с помощью пары подшипников 7. Ведомое колесо 2 главной передачи жестко посажено непосредственно на колесную ось 6. Коническое зубчатое колесо 1 имеет пять криволинейных зубьев 8, а колесо 2 имеет тридцать криволинейных зубьев 9 (см. фиг.2). Главным сечением для конических колес является сечение сферой с центром в точке пересечения осей. На фиг.3 показана развертка этого сечения на плоскости. Здесь зубья 8 ведущего конического колеса 1 имеют рабочие участки, очерченные дугами окружностей 10, эксцентрично смещенных от оси 001 вращения колеса 1. Рабочие участки зубьев 9 ведомого колеса 2 в том же главном сечении образованы участками фронтов циклоидальных кривых 11. Вершины зубьев 9 срезаны, чтобы не пересекаться с телом колеса 1, образованным конической поверхностью 12. Они могут иметь любую форму.
Для автомобилей с поперечным расположением двигателя может использоваться главная передача на основе пары цилиндрических колес, изображенных на фиг.4. Это же зацепление цилиндрических колес может использоваться в качестве второй пары в двойной главной передаче. Здесь следует отметить, что благодаря таким свойствам ExCyGear зацепления, как повышенное передаточное отношение в одной ступени и увеличенная нагрузочная способность, в подавляющем большинстве случаев можно отказаться от двойной главной передачи и достичь тех же параметров в одинарной главной передаче. В цилиндрической зубчатой паре главным является сечение колес плоскостью, перпендикулярной осям колес, т.е. торцовое сечение. Форма зубьев в торцовом сечении показана на фиг.5. Ведущее колесо 1 имеет винтовые криволинейные зубья 8. Рабочие участки зубьев 8 в торцовом сечении образованы дугами окружностей 10, эксцентрично смещенных относительно оси вращения колеса ОО1. Соответственно криволинейные зубья 9 большего колеса 2 в этом же сечении имеют рабочие участки 13, образованные участками фронтов циклоидальных кривых 11.
В зацеплении цилиндрических колес на фиг.4 присутствует осевая составляющая силы, которая расталкивает зубчатые колеса в осевом направлении и вредно сказывается на работе несущих подшипников. При малых углах наклона зубьев этой составляющей можно пренебречь. При больших углах наклона зубьев используют шевронные колеса (см. фиг.6). Малое колесо 1 и большое колесо 2 выполнены шевронными. Колесо 1 имеет по длине два участка 14 и 15, образованные винтовыми зубьями с противоположным направлением. Точно так же зубчатый венец большего колеса 2 состоит из двух участков с правыми 16 и левыми 17 циклоидальными зубьями. Очевидно, что вследствие симметрии расположения зубьев осевые составляющие силы в шевронном зацеплении взаимно уравновешиваются.
Более подробно эксцентриково-циклоидальное зацепление конических и цилиндрических колес описано в (С.М.Казакявичюс, В.В.Становской, Т.А.Ремнева и др. Работоспособность эксцентриково-циклоидального зацепления при изменении межосевого расстояния колес.Модификация вершин и впадин зубьев // Вестник машиностроения, №3 2011, с.7-9; патент RU 2416748). Там же показано, что редукторы с эксцентриково-циклоидальным зацеплением имеют высокую нагрузочную способность при минимальных габаритах передачи, высокое передаточное отношение в одной ступени, а также низкую чувствительность к изменениям межосевого расстояния колес. За счет этих свойств зацепления и достигается технический результат полезной модели.
Рассмотрим работу одинарной главной передачи на основе конической зубчатой пары, изображенной на фиг.1, 2 и 3. Вращение от двигателя передается на вал 4 и коническую шестерню 1. Шестерня 1 имеет пять криволинейных (винтовых) зубьев 8. Зубья 8 находятся в зацеплении с винтовыми зубьями 9 колеса 2. Зубья такой формы теоретически имеют линию контакта, а на практике - пятно контакта, которое при вращении колес перемещается вдоль колеса 2 по линии, расположенной на фронте винтовой циклоидальной поверхности. Вращение от шестерни 1 передается к зубчатому колесу 2, которое вращает колесную ось 6. Колесо 2 имеет тридцать криволинейных зубьев 9. Передаточное отношение редуктора равно 6. Для колес с эвольвентными зубьями шестерня обычно имеет 12 зубьев. Тогда для достижения того же передаточного отношения большее колесо должно иметь 72 зуба. Если эвольвентные колеса выполнить в тех же размерах, то каждый зуб будет иметь гораздо меньшие размеры, и при прочих равных условиях зубчатая пара будет передавать меньший момент. Таким образом, использование в главной передаче колес с эксцентриково-циклоидальным зацеплением позволяет повысить нагрузочную способность передачи при уменьшении ее габаритов. Кроме того, зубья в ЭЦ зацеплении находятся в контакте по выпукло-вогнутым поверхностям, что также повышает нагрузочную способность, а, следовательно, и прочность передачи.
Главная передача с цилиндрической зубчатой парой работает аналогичным образом.