ЧЕРВЯЧНО-РОЛИКОВАЯ ПЕРЕДАЧА С ДВУХРОЛИКОВЫМИ ЗУБЦАМИ (ВАРИАНТЫ)
WORM ROLLER GEAR WITH TWO-ROLLER TEETH (VERSIONS)

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области среднего и точного машиностроения, в частности к червячно-роликовым передачам, и может быть использовано при разработке серийной конструкции червячно-роликового редуктора.
Уровень техники
Известна червячно-роликовая передача (патент США №767,588, от 16.08.1904, F16H 55/22), зубцы червячного колеса в которой выполнены в виде тел качения - роликов, наружная поверхность каждого из которых образована вращением дуги эвольвенты вокруг радиально ориентированной оси. Зубчатый венец червячного колеса входит в зацепление с червяком по переходной посадке или посадке с гарантированным зазором, что не обеспечивает беззазорность передачи. Во время нагружения червячного колеса каждый зубец, находящийся в зоне зацепления, передает нагрузку цилиндрическому червяку, что обеспечивает равномерное распределение нагрузки в зоне зацепления.
Известна червячно-роликовая передача (патент США №26,979, от 17.11.1970, F16H 55/22), в которой зубцы червячного колеса выполнены в виде тел качения - роликов, наружная поверхность каждого из которых образована вращением линии переменного радиуса кривизны вокруг радиально ориентированной оси. Зубчатый венец червячного колеса входит в зацепление с червяком по переходной посадке или посадке с гарантированным натягом, что обеспечивает беззазорность передачи. Беззазорность зацепления поддерживают минимум два зубца. Во время нагружения червячного колеса в зоне зацепления находятся два зубца, однако передает нагрузку глобоидальному червяку один зубец, что не обеспечивает равномерное распределение нагрузки в зоне зацепления.
Известна червячно-роликовая передача (патент США №2,714,315, от 02.08.1955, F16H 55/22), в которой зубцы червячного колеса выполнены в виде тел качения - роликов, являющихся шариковыми подшипниками, оси которых радиально ориентированы. Зубчатый венец червячного колеса входит в зацепление с червяком по переходной посадке или посадке с гарантированным натягом, что обеспечивает беззазорность передачи. Беззазорность зацепления поддерживают минимум два зубца. Во время нагружения червячного колеса в зоне зацепления находятся два зубца, однако передает нагрузку глобоидальному червяку один зубец, что не обеспечивает равномерное распределение нагрузки в зоне зацепления.
Известна червячно-роликовая передача (патент США №3,597,990 от 10.08.1971, F16H 1/04, F16H 1/16, F16H 55/10), в которой зубцы червячного колеса выполнены в виде тел качения - роликов, являющихся подшипниками скольжения, оси которых ортогональны оси червячного колеса и не пересекаются с ней. Зубчатый венец червячного колеса входит в зацепление с червяком по переходной посадке или посадке с гарантированным натягом, что обеспечивает беззазорность передачи. Зубчатый венец состоит из четного числа зубцов, объединенных в пары, между которыми зацепление не реализуется. Беззазорность зацепления поддерживают минимум два зубца, составляющих пару. Во время нагружения червячного колеса в зоне зацепления находятся пять или шесть зубцов, однако передает нагрузку глобоидальному червяку два или три зубца, что не обеспечивает равномерное распределение нагрузки в зоне зацепления.
Известна червячно-роликовая передача (патент KR №20030082657, от 23.10.2003, F16H 55/22), в которой зубцы червячного колеса выполнены в виде тел качения - конических роликов, установленных на шариковых подшипниках, оси которых параллельны оси червячного колеса. Зубчатый венец червячного колеса входит в зацепление с червяком по переходной посадке или посадке с гарантированным зазором, что не обеспечивает беззазорность передачи. Во время нагружения червячного колеса в зоне зацепления находятся три или четыре зубца, однако передает нагрузку глобоидальному червяку один зубец, что не обеспечивает равномерное распределение нагрузки в зоне зацепления.
Раскрытие изобретения.
Цель изобретения: повышение максимально допустимого момента нагрузки на валу червячного колеса с роликовыми зубцами в сочетании с беззазорностью зацепления.
Червячно-роликовая передача по первому варианту, содержащая червяк, роликовые зубцы червячного колеса, посаженные на подшипники, и винтовые стержни для крепления подшипников к червячному колесу, характеризуется тем, что каждый зубец червячного колеса выполнен в виде двух роликов, установленных с использованием двух стопорных колец на два соосно установленных шариковых подшипника, причем ролики прокатываются по разделенным винтовым поверхностям, находящимся на противоположных стенках винтового канала глобоидального червяка с образующей профиля винтового канала червяка в виде ломаной линии.
При этом каждый зубец червячного колеса может быть выполнен в виде двух конических роликов, или виде двух цилиндрических роликов (конических роликов с углами конусов, равными нулю).
Червячно-роликовая передача по второму варианту, содержащая глобоидальный червяк и роликовые зубцы червячного колеса, характеризуется тем, что каждый зубец червячного колеса выполнен в виде двух соосно установленных роликов-подшипников, прокатывающихся по разделенным винтовым поверхностям, находящимся на противоположных стенках винтового канала глобоидального червяка с образующей профиля винтового канала червяка в виде ломаной линии.
При этом ролики-подшипники могут быть выполнены в виде шариковых подшипников с одинаковыми внешними диаметрами, или в виде шариковых подшипников с разными внешними диаметрами, причем внешний диаметр подшипников меньше, чем внешний диаметр подшипников; или в виде роликовых подшипников с одинаковыми внешними диаметрами, или в виде роликовых подшипников с разными внешними диаметрами, причем внешний диаметр подшипников меньше, чем внешний диаметр подшипников.
Краткое описание чертежей.
На фиг.1 показана описываемая червячно-роликовая передача с двухроликовыми зубцами.
На фиг.2 показаны три двухроликовых зубца.
На фиг.3 изображено сечение червяка, трех двухроликовых зубцов и червячного колеса. Сечение проходит через ось червяка, оси двухроликовых зубцов и перпендикулярно оси червячного колеса.
Червячно-роликовая передача содержит глобоидальный червяк, вступающий в беззазорное зацепление с цилиндрическим червячным колесом 2, в которое ввинчены винтовые стержни 3. На каждом стержне (фиг.2) с натягом посажены шариковые подшипники 4 и 5, на которых с натягом закреплены конические ролики 6 и 7, осевому перемещению которых относительно подшипников препятствуют установленные в роликах стопорные кольца 8 и 9 соответственно.
В другом варианте (фиг.3) на каждом стержне с натягом посажены подшипники качения 4 и 5.
Осевому перемещению подшипников относительно стержня препятствует распорное кольцо 10 и запирающий подшипниковую группу стопорный винт 11, вывинчиванию которого из винтового стержня препятствует зажимающий винт 12, упирающийся в стопорный винт.
На ножке стопорного винта 11 имеется проточка, ограничивающая ход зажимающего винта 12, не позволяющего стопорному винту вывинтиться вследствие вибрации.
Винтовые стержни имеют шестигранные элементы поверхности для надежной установки двухроликовых конических зубцов на червячном колесе с помощью гаечного ключа.
Образующая профиля винтового канала червяка - ломаная линия (фиг.3) или ломаная трапецеидальная линия (фиг.2).
В процессе работы передачи конические ролики или подшипники каждого зубца вращаются в разных направлениях, прокатываясь по разделенным винтовым поверхностям, находящимся на противоположных стенках винтового канала червяка, что обеспечивает каждому двухроликовому зубцу беззазорное зацепление с червяком.
В зависимости от знака момента нагрузки, приложенного к червячному колесу, двухроликовый зубец оказывает давление на червяк посредством одного из двух конических роликов или подшипников.
При использовании двухроликовых зубцов нагрузка передается червяку одним из двух роликов зубца, однако все зубцы, находящиеся в зоне зацепления, участвуют в передаче нагрузки, в результате чего к каждому зубцу приложено в два раза меньше силы, приложенной к зубцу аналогичной передачи, в которой нагрузку передает половина однороликовых зубцов в зоне зацепления.
Сила, приложенная к коническому ролику 6, имеет в два раза большее плечо по сравнению с вариантом, в котором она была бы приложена к коническому ролику 7 (под плечом подразумевается расстояние между центром подшипника и лыской червячного колеса, ограничивающей ход винтового стержня). Соответственно, сила, приложенная к подшипнику 4, также имеет в два раза большее плечо по сравнению с вариантом, в котором она была бы приложена к подшипнику 5 (в этом случае под плечом подразумевается расстояние между центром подшипника и лыской червячного колеса, ограничивающей ход винтового стержня). При использовании однозаходного глобоидального червяка, во время нагружения, нагрузка прикладывается либо к роликам 6 на каждом зубце, либо к роликам 7. Причем в первом варианте максимально допустимый момент нагрузки на валу червячного колеса значительно меньше, чем во втором. Для нейтрализации этого отрицательного эффекта целесообразно изготавливать глобоидальный червяк двухзаходным (как показано на фиг.2 и 3), в результате чего в зоне зацепления половина зубцов примет нагрузку на ролики 6 или подшипники 4, а другая половина - на ролики 7 или подшипники 5, что позволит получить усредненную величину плеча силы для каждого зубца (расстояние между лыской червячного колеса и точкой, равноудаленной от центров подшипников).
Таким образом, конструктивно приблизив усредненное плечо силы к плечу большей силы, приложенной к однороликовому зубцу аналогичной передачи, можно повысить максимально допустимый момент нагрузки на валу червячного колеса, не теряя беззазорность зацепления.