БЕЗЗАЗОРНАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА

Полезная модель относится к области машиностроения, а более конкретно, к механическим передачам, и может найти применение в конструкциях различных механизмов и машин для передачи вращения и крутящего момента между валами, оси которых параллельны.
Известна цилиндрическая зубчатая передача, содержащая установленные на валах зубчатые колеса, входящие в зацепление друг с другом. Элементами зацепления таких передач являются зубья с эвольвентным профилем [1].
Наряду с целым рядом достоинств (высокий к.п.д., простота, надежность и долговечность и т.д.) им присущи такие недостатки как отсутствие плавности зацепления, повышенный шум, большой износ, выкрашивание и разрушение зубьев. Это предопределено тем, что зубья колес работают по методу скольжения, имеют сравнительно небольшой коэффициент перекрытия (1,2-1,8), небольшое пятно контакта и малые зазоры между зубьями, что недостаточно для образования необходимой масляной пленки. В связи с этим такие передачи не могут передавать больших нагрузок и крутящих моментов.
Известна механическая передача Новикова, содержащая вращающиеся на валах и находящиеся в зацеплении ведущее и ведомое колеса с элементами зацепления в виде выступов (зубьев) и впадин, расположенных с одинаковым шагом по окружностям колес. Зубья у передачи - косые и, в отличие от эвольвентных, выполнены по дугам окружностей [2].
При работе передачи Новикова скорость перемещения площадки контакта по длине зубьев большая, что обеспечивает образование масляной пленки между зубьями значительно большей толщины, чем в эвольвентной передаче. Соответственно допускаемая нагрузка по условиям контактной прочности зубьев для передачи Новикова значительно большая (примерно в 1,5…1,7 раза), чем для эвольвентных передач.
Благодаря большей нагрузочной способности передачи Новикова по сравнению с передачами эвольвентного зацепления более компактны и допускают большее передаточное соотношение, а благодаря толстой масляной пленке между соприкасающимися зубьями уменьшается износ и повышается к.п.д. передачи. Недостаток передачи Новикова - значительное уменьшение контактной площадки при перекосах зубчатых колес и изменении межосевого расстояния в результате погрешностей изготовления и сборки или упругих деформаций передачи. При уменьшении контактной площадки вся нагрузка может оказаться сосредоточенной на небольшом участке длины зубьев и, следовательно, зубья могут быть сильно перегружены. Неправильное положение зубьев и увеличенные зазоры между ними могут также вызвать дополнительные динамические перегрузки и разрушение зубьев, а также изменение передаточного отношения.
Известен цевочный зубчатый механизм для передачи вращения между параллельными валами, содержащий вращающиеся на валах и находящиеся в зацеплении ведущее и ведомое дискообразные колеса с элементами зацепления в виде вращающихся роликов и впадин, расположенных с одинаковыми угловыми шагами по окружностям, соответственно, ведущего и ведомого колес [3].
По количеству общих признаков данный механизм наиболее близок к заявляемому устройству и является его ближайшим аналогом (прототипом).
Преимущество цевочного механизма перед другими видами зубчатых механизмов состоит в том, что цевки (ролики) выполнены вращающимися относительно своих осей. При этом уменьшаются потери на трение в зубчатом зацеплении и снижается износ поверхностей зубьев.
В то же время данный механизм не обладает достаточной надежностью в связи с тем, что цевки (ролики) закреплены на диске консольно, что вызывает деформацию осей при нагрузках. Поэтому цевочный механизм не предназначен для передачи больших крутящих моментов, а применяется в большей части в планетарных передачах и приборах. Кроме того, ему присущи те же недостатки, которые имеют место и в других видах зубчатых передач - это наличие существенных зазоров между элементами зацепления, что вызывает ударные нагрузки, особенно в процессе реверса и непостоянство передаточного отношения.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения эксплуатационных качеств механической передачи.
Технический результат, который достигается при осуществлении полезной модели - это повышение надежности конструкции при передаче больших крутящих моментов, обеспечение мягкой безударной работы благодаря отсутствию зазоров между элементами зацепления, что в необходимых случаях позволяет менять ролями ведущее и ведомое колеса, а также сохранение постоянства передаточного отношения.
Для достижения этого технического результата в механической передаче, содержащей вращающиеся на валах и находящиеся в зацеплении ведущее и ведомое дискообразные колеса с элементами зацепления в виде вращающихся роликов и впадин, расположенных с одинаковыми угловыми шагами по окружности, соответственно, ведущего и ведомого колес, ведущее колесо представляет собой блок, состоящий из двухступенчатого центрального и двух плоских боковых дисков, между которыми имеются промежутки, образованные ступенями центрального и внутренними поверхностями боковых дисков, ролики установлены по обеим сторонам центрального диска в каждом из промежутков, причем оси вращения роликов, установленных в промежутке по одну сторону центрального диска, смещены по отношению к осям вращения роликов, установленных в промежутке по другую сторону центрального диска, на угол, равный половине углового шага между соседними роликами, ведомое колесо состоит из двух спаренных в одно целое ступенчатых дисков с аналогичными промежутками между ими, а впадины каждого диска выполнены в виде криволинейных пазов, при этом пазы одного диска смещены по отношению к пазам другого диска на половину их углового шага. Промежутки между дисками ведущего и ведомого колес соразмерны толщине дисков, а уравнения криволинейных поверхностей, ограничивающих пазы ведомого колеса, заданы функциями углов поворота ведущего и ведомого колес, зависящими от радиуса роликов, расстояний от центра ведущего колеса до осей вращения роликов и расстояния от центра ведомого колеса до нижней образующей паза.
Отличительными признаками заявляемой беззазорной механической передачи от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, являются выполнение ведущего колеса в виде блока, состоящего из двухступенчатого центрального и двух плоских боковых дисков, между которыми имеются промежутки, образованные ступенями центрального и внутренними поверхностями боковых дисков, ролики установлены по обеим сторонам центрального диска в каждом из промежутков, причем оси вращения роликов, установленных в промежутке по другую сторону центрального диска, смещены по отношению к осям вращения роликов, установленных в промежутке по другую сторону центрального диска, на угол, равный половине углового шага между соседними роликами, ведомое колесо состоит из двух спаренных в одно целое ступенчатых дисков с аналогичным промежутком между ними, а впадины каждого диска выполнены в виде криволинейных пазов, при этом пазы одного диска смещены по отношению к пазам другого диска на половину их углового шага. Промежутки между дисками ведущего и ведомого колес соразмерны толщине дисков, а уравнения криволинейных поверхностей, ограничивающих пазы ведомого колеса, заданы функциями углов поворота ведущего и ведомого колес, зависящими от радиуса роликов, расстояний от центра ведущего колеса до осей вращения роликов и расстояния от центра ведомого колеса до нижней образующей паза. Благодаря наличию этих признаков повышается надежность конструкции. Это достигается тем, что ролики ведущего колеса закреплены не консольно, а установлены в промежутках на двух точках опоры, которыми являются отверстия в центральном и боковых дисках, позволяющие свободно вращаться роликам. Нагрузочная способность такой конструкции значительно выше, нежели при консольном закреплении роликов.
Отсутствие каких бы то ни было зазоров, обеспечивающее плавность работы передачи, ее безударность и постоянство передаточного отношения достигается тем, что элементы зацепления (ролики) обкатываются по поверхностям пазов, а не скользят друг по другу как это имеет место в указанных выше зубчатых передачах, где зазоры являются необходимостью без которой зацепление невозможно.
В отличие от прототипа, где хотя и имеет место процесс обкатки зацепляемых элементов, но не устранено большинство недостатков, присущих зубчатому зацеплению, в заявляемой механической передаче в зацеплении участвуют одновременно два ролика, расположенные по разные стороны центрального диска ведущего колеса. В то время как один ролик катится о передней поверхности криволинейного паза в направлении вращения колеса, другой ролик, находящийся по другую сторону диска, катится по задней поверхности аналогичного криволинейного паза, что и обеспечивает беззазорность предлагаемой механической передачи.
Предлагаемая беззазорная механическая передача иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и 2.
На фиг.1 показан общий вид передачи во фронтальной проекции со снятым боковым диском ведущего колеса; на фиг.2 - разрез механической передачи по А-А.
Беззазорная механическа передача содержит находящиеся в зацеплении и вращающиеся на валах 1 ведущее 2 и ведомое 3 колеса с элементами зацепления в виде вращающихся роликов 4 и впадин 5, которые расположены по окружностям, соответственно, ведущего 2 и ведомого 3 колес с одинаковыми угловыми шагами α и β. Количество роликов n и впадин m выбирается из числового ряда n(m)=6,…,m m≥n.
Ведущее колесо 2 представляет собой блок, состоящий из двухступенчатого центрального диска 6 и плоских боковых дисков 7. Между дисками имеются промежутки 8, в которых по обеим сторонам центрального диска 6 установлены ролики 4, посадочными местами которых являются отверстия, выполненные в центральном 6 и боковых дисках 7.
Ведомое колесо 3 состоит из двух спаренных в одно целое дисков 9 и 10 с аналогичным промежутком 11 между ними. Оси вращения роликов 4, расположенных по одну сторону центрального диска смещены на половину углового шага (α/2) по отношению к осям вращения роликов, расположенных по другую сторону диска 6. Впадины 5 дисков 9 и 10 ведомого колеса 3 выполнены в виде криволинейных пазов, уравнения поверхностей которых заданы функциями угла α поворота ведущего 2 и угла β поворота ведомого 3 колес, зависящими от радиуса r роликов, расстояний R от оси ведущего колеса 2 до оси вращения роликов 4 и расстояния d от оси ведомого колеса 3 до нижней образующей паза. Пазы диска 9 смещены по отношению к пазам диска 10 на половину их углового шага (β/2). Промежутки 8 и 11 между дисками соразмерны толщине дисков 6, 9 и 10.
Работа беззазорной механической передачи осуществляется следующим образом. При рвномерном вращении ведущего колеса 2 его элементы зацепления (ролики) 4, расположенные в промежутках 8 между дисками 6 и 7 по обе стороны центрального диска 6, входят в зацепление (обкатываются по их поверхности) с криволинейными пазами 5, выполненными по окружностям спаренных в одно целое дисков 9 и 10 ведомого колеса 3. При этом ролики 4, расположенные по одну сторону центрального диска 6 ведущего колеса 2, зацепляются с пазами одного из спаренных дисков 9, а ролики, расположенные по другую сторону центрального иска 6, зацепляются с пазами другого спаренного диска 10 ведомого колеса 3.
Благодаря смещению роликов 4, расположенных по разные стороны центрального диска 6 ведущего колеса 2, и пазов 5, выполненных на обоих спаренных дисках 9 и 10, на угол, равный половине углового шага между ними, обкатывание криволинейных пазов 5 роликами 4 происходит таким образом, что в пазах (в зацеплении) постоянно находятся два ролика, расположенные по разные стороны центрального диска 6, причем в то время как один ролик катится по передней поверхности криволинейного паза 5 по направлению вращения, другой ролик катится по задней поверхности паза. В следующий момент другая пара роликов 4, обкатывающаяся по криволинейным пазам 5, меняется местами, то есть по передней поверхности паза катится уже ролик, находящийся с другой стороны центрального диска 6, а по задней поверхности катится ролик, находящийся с противоположной стороны диска.
В процессе такой обкатки ролики, находящиеся в зацеплении (в пазах), все время оказываются плотно прижатыми к передней и задней стенкам пазов без образования каких-либо зазоров, в связи с чем передача и является беззазорной, имеющей ряд положительных качеств, которые описаны выше.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет повысить надежность конструкции, обеспечить плавную и безударную работу передачи и постоянство передаточного отношения.
Заявляемая в качестве полезной модели беззазорная механическая передача может быть изготовлена у условиях серийного производства на любом машиностроительном предприятии с использованием отечественных материалов.
Использованные источники
1. ГОСТ 2185-66. Передачи зубчатые цилиндрические. Основные параметры, М.: Стандарты, 1974.
2. Гузенков П.Г. Детали машин. М.: Высшая школа, 1986. - с.199-203.
3. Литвин Ф.Л. Проектирование механизмов и деталей приборов. Л., 1973