АДАПТИВНАЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА С АРОЧНЫМИ ЗУБЬЯМИ
ADAPTIVE CYLINDRICAL GEAR WITH ARCHED TEETH

Изобретение относится к деталям машин, а именно к зубчатым редукторам общего назначения, в частности к зубчатым передачам внешнего зацепления, состоящим из двух цилиндрических колес с параллельными осями и с зубьями, имеющими арочные продольные и эвольвентные поперечные профили.
Известен универсальный редуктор скорости, включающий в себя изготовленный корпус, содержащий верхнюю и нижнюю секции, каждая из которых содержит противоположные боковые панели, имеющие по существу плоские внешние поверхности, образующие при соединении друг с другом противоположные, не прерывающиеся боковые панели, соединенные соответственно на своих концах посредством противоположных концевых панелей, причем каждая секция дополнительно образует непрерывную поверхность, расположенную для сопряжения с поверхностью противоположно расположенной секции и образующую плоскость скола между ними, средство для разъемного соединения указанных секций и без вмешательства в упомянутые регистрирующие боковые панели плоскостные поверхности, множество сопрягаемых редукторных шестерен, соответственно установленных на ряде разнесенных параллельных валов, причем упомянутая сопрягаемая поверхность каждой из упомянутых секций образует секторные участки, расположенные для регистрации друг с другом на противоположных боковых панелях указанных поверхностей для обеспечения соосно расположенных, разнесенных круговых отверстий, каждое из указанных отверстий приспособлено для обеспечения опорной опоры для соответствующего одного из указанных параллельных зубчатых валов, причем указанные валы пересекают указанную плоскость расщепления (Патент №US3029661, Опубл. 1962-04-17).
Известна арочная цилиндрическая зубчатая передача, состоящая из двух цилиндрических зубчатых колес с зубьями, имеющими арочные продольные и эвольвентные поперечные профили. Исходный производящий контур малого колеса смещен от оси вращения малого колеса, а исходный производящий контур большого колеса смещен к оси вращения большого колеса. Абсолютные значения смещений исходных производящих контуров колес равны между собой и равны произведению коэффициента смещения на модуль зубьев. Коэффициент смещения имеет значение, являющееся одним из решений приведенного неравенства, а угол зацепления зубчатой передачи имеет значение, являющееся одним из решений приведенной системы неравенств (Патент №2469230, Опубл. 10.12.2012).
Однако в известной арочной зубчатой передаче отсутствует возможность самоустановки колес с арочными зубьями в процессе эксплуатации, адаптации передачи к случайным внешним и внутренним силовым потокам погрешностей.
нп1
нп2
Известна арочная цилиндрическая зубчатая передача, состоящая из ведущего и ведомого цилиндрических колес, зубья которых выполнены с арочными продольными линиями и эвольвентными торцовыми профилями. Боковые поверхности зубьев обоих колес имеют рабочие стороны, за счет взаимодействия которых передается вращательное движение, и нерабочие стороны. Нерабочие торцовые профили, образованные пересечением нерабочих сторон с плоскостью, перпендикулярной оси Г вращения колеса, имеют углы зацепления α и α, значения которых больше значения угла зацепления α рабочих торцовых профилей (Патент №RU2551250, Опубл. 16.04.2015).
Однако известная арочная зубчатая передача не имеет возможности самоустановки колес с арочными зубьями в процессе эксплуатации, адаптации передачи к случайным внешним и внутренним силовым потокам погрешностей.
Известен редуктор с арочной цилиндрической зубчатой передачей (варианты), который содержит корпус и арочную цилиндрическую зубчатую передачу, содержащую малое и большое зубчатые колеса. Зубья колес имеют арочные продольные линии и эвольвентные поперечные профили. Входной и выходной валы установлены параллельно друг другу в подшипниковых опорах корпуса редуктора. Малое зубчатое колесо закреплено на входном валу, который установлен в подшипниковых опорах без возможности перемещения в осевом направлении. Большое зубчатое колесо закреплено на выходном валу, который установлен в подшипниковых опорах с возможностью перемещения в осевом направлении относительно корпуса. В начале работы редуктора большое зубчатое колесо за счет его перемещения вместе с валом в осевом направлении самоустанавливается относительно малого зубчатого колеса (Патент №RU2564791, Опубл. 10.10.2015).
Однако в известном редукторе отсутствует возможность применения передачи с консольным расположением валов, адаптации передачи к случайным внешним и внутренним силовым потокам погрешностей, возможности настройки геометрии пятна контакта рабочей поверхности зубьев, обеспечивающих оптимальный с позиций контактной прочности и выносливости, характер распределения напряжений по площадке контакта, и как следствие - увеличение срока службы передачи.
Известен редуктор с цилиндрической зубчатой передачей с дугообразным зубом, который относится к технической области механического привода и содержит корпус, а также ведущую ось, мертвую ось, ведущую шестерню и ведомую шестерню, которые все расположены в корпусе. В известном редукторе зубчатые колеса представляют собой цилиндрические зубчатые колеса с дугообразным зубом, причем след зуба каждого цилиндрического зубчатого колеса с дугообразным зубом имеет линию дуги окружности, профиль зуба имеет эвольвентную кривую и дугу окружности, окружное пространство зубьев имеет равную ширину, а полудиаметры дуг окружности следов зубьев больше, чем половина толщины зубчатых колес (Патент № CN201225383 (Y) ― 2009-04-22).
Однако недостатком этого редуктора является то, что оба вала передачи с арочными зубьями установлены без возможности перемещения в осевом направлении относительно корпуса. В таком редукторе положение зубчатых колес в осевом направлении зависит от точности изготовления подшипниковых опор корпуса, от точности установки подшипников и от точности изготовления и установки валов. Вследствие этого, в известном редукторе совмещение плоскости симметрии зубчатого венца одного колеса, перпендикулярной оси вала и проходящей через центр окружностей, образующих арочные продольные линии зубьев этого колеса, с аналогичной плоскостью симметрии зубчатого венца другого колеса требует повышенной точности изготовления и установки подшипниковых опор, подшипников, валов и колес. Несовпадение этих плоскостей приводит к тому, что нагрузка в передаче передается не всей шириной зубчатого венца, а только одной его половиной. В результате значительно возрастают удельные давления на контактирующих поверхностях зубьев, что приводит к чрезмерному износу нагруженной половины зубчатого венца и может привести к поломке зубьев. Передача с арочными зубьями в рассматриваемом редукторе работоспособна лишь при условии достаточно высокой жесткости корпуса редуктора и отсутствии углов перекоса зубьев в зацеплении.
Известен редуктор станка-качалки, содержащий корпус и многоступенчатую зубчатую передачу, одна ступень которой - цилиндрическая прямозубая, а две другие - шевронные, при этом валы шевронных передач установлены параллельно друг другу в подшипниковых опорах корпуса, причем один из валов шевронных передач установлен без возможности перемещения в осевом направлении, а два других вала - с возможностью перемещения в осевом направлении относительно корпуса (А.с. СССР №1463961. Опубл. 07.03.1989).
Однако известное решение имеет ограниченную область использования из-за нежелательных осевых нагрузок.
Известен редуктор и мотор-редуктор с таким редуктором, содержащий корпус и многоступенчатую зубчатую передачу, по меньшей мере, одна ступень которой выполнена в виде арочной цилиндрической зубчатой передачи, состоящей из двух цилиндрических зубчатых колес, каждое из которых закреплено на своем валу, при этом валы упомянутой арочной передачи установлены параллельно друг другу в подшипниковых опорах корпуса, зубья колес упомянутой арочной передачи имеют арочные продольные линии и эвольвентные поперечные профили (Патент RU126076, Опубл. 20.03.2013).
Однако в известном редукторе оба вала упомянутой арочной передачи установлены без возможности перемещения в осевом направлении относительно корпуса. Вследствие этого, совмещение плоскости симметрии зубчатого венца одного зубчатого колеса, перпендикулярной оси вала и проходящей через центр окружностей, образующих арочные продольные линии зубьев этого колеса, с аналогичной плоскостью симметрии зубчатого венца сопряженного с ним колеса требует повышенной точности изготовления и установки подшипниковых опор, подшипников, валов и колес. Несовпадение плоскостей симметрии зубчатых венцов сопряженных колес арочной передачи приводит к тому, что нагрузка в передаче передается не всей шириной зубчатого венца, а только одной его половиной. В результате значительно возрастает удельное давление на контактирующих поверхностях, что приводит к чрезмерному износу нагруженной половины зубчатого венца и может привести к поломке зубьев. Все это снижает нагрузочную способность и долговечность работы редуктора.
Известен редуктор с арочной цилиндрической зубчатой передачей (варианты), содержащий корпус и по меньшей мере одну арочную цилиндрическую зубчатую передачу, содержащую малое и большое зубчатые колеса. Зубья колес имеют арочные продольные линии и эвольвентные поперечные профили. Входной и выходной валы установлены в корпусе редуктора в подшипниковых опорах параллельно друг другу. Малое зубчатое колесо установлено на входном валу без возможности перемещения в осевом направлении. Большое зубчатое колесо соединено с выходным валом посредством разъемного соединения, допускающего возможность перемещения колеса в осевом направлении относительно вала, например, при помощи шлицевого или шпоночного соединения или посредством сцепной муфты, одна часть которой скреплена с колесом, а другая часть - с валом. В процессе эксплуатации большое зубчатое колесо самоустанавливается относительно малого зубчатого колеса (Патент №RU2559403, Опубл. 10.08.2015).
Однако известный редуктор не позволяет применение передачи в редукторе с консольным расположением валов, устранение неточности изготовления корпуса, адаптировать передачу к случайным внешним и внутренним силовым потокам погрешностей, осуществлять настройку геометрии пятна контакта рабочей поверхности зубьев в процессе работы, обеспечивающих оптимальный с позиций контактной прочности и выносливости, характер распределения напряжений по площадке контакта, и как следствие - увеличение срока службы передачи.
Техническим результатом является возможность применения передачи в редукторах с консольным расположением валов, устранения неточности изготовления корпуса и расчета стенок корпуса на жесткость, путем возможности ограничения самоустановки колес с арочными зубьями в процессе эксплуатации, адаптации передачи к случайным внешним и внутренним силовым потокам погрешностей, настройки геометрии пятна контакта рабочей поверхности зубьев, обеспечивающих оптимальный с позиций контактной прочности и выносливости, характер распределения напряжений по площадке контакта, и как следствие - увеличение срока службы передачи.
Поставленный технический результат достигается тем, что в адаптивной цилиндрической передаче с арочной формой зуба, содержащей корпус, в котором размещены вал входной с установленной на нем шестерней и вал выходной с установленной на нем колесом, имеющем возможность осевого перемещения, при этом на шестерни и колесе нарезаны зубья арочной формы, на валу входном между шестерней и подшипниками установлены дистанционные втулки, колесо выполнено из двух полуколес, между которыми установлен упругий элемент, кроме того между каждым полуколесом и подшипником установлены упругие элементы и тарельчатая втулка для возможности ограничения осевого перемещения.
Целесообразно, для равномерного ограничения осевого перемещения, упругие элементы размещать равномерно по диаметру на торцевых поверхностях полуколес.
Целесообразно, для расширения диапазона использования, упругий элемент выполнять в виде плоской пружины, или тарельчатой пружины, или спиральной пружины, изготовленных из амортизационных материалов.
Целесообразно, для расширения диапазона использования, на валу входном установить две полушестерни с возможностью осевого перемещения.
Настоящее изобретение поясняют подробным описанием, графическими материалами, на которых:
Фиг. 1 - показывает адлаптивную цилиндрическую передачу с арочными зубьями, расположенными в корпусе редуктора;
Фиг. 2 - характеризует аксонометрию зацепления арочных зубьев шестерни на входном валу с одним из полуколес на выходном валу, при этом представляет расположение упругих элементов на торцах полуколес.
Адаптивная цилиндрическая передача с арочными зубьями содержит входной вал 1, на котором установлена шестерня 2 зафиксированная дистанционными втулками 3 и 4 (Фиг. 1). На шестерни 2 нарезаны зубья арочной формы. На выходном валу 5 установлено два полуколеса 6 и 7, имеющих возможность осевого перемещения. При этом каждое полуколесо оснащено ½ частью зубьев арочной формы. На внутренней торцевой поверхности каждого полуколеса 6 и 7 выполнены глухие отверстия, в которых установлен упругий элемент 8. Кроме того на наружной торцевой поверхности каждого полуколеса 6 и 7 выполнены глухие отверстия, в которых установлены соответственно упругие элементы 9 и 10. Каждый упругий элемент 9 и 10 имеет возможность контакта с соответствующими тарельчатыми втулками 11 и 12. Тарельчатые втулки 11 и 12 установлены для возможности ограничения осевого перемещения. В корпусе 13 редуктора посредством подшипников, соответственно, 14 и 15, установлены входной вал 1 и выходной вал 5. Посредством шпонки 16 установлены на выходном валу 5 полуколеса 6 и 7.
Для равномерного ограничения осевого перемещения, упругие элементы размещены равномерно по диаметру на торцевых поверхностях полуколес 6 и 7 (Фиг. 2).
Для расширения диапазона использования, упругие элементы могут быть выполнены в виде плоской пружины, или тарельчатой пружины, или спиральной пружины, изготовленных из амортизационных материалов.
Кроме того для расширения диапазона использования, на валу входном могут быть установлены две полушестерни 2 с возможностью осевого перемещения. Пари этом на каждой полушестерне 2 нарезана ½ часть арочных зубъев. Две полушестерни 2 получены из одной путем разрезания шестерни 2 на две одинаковые части.
Адаптивную цилиндрическую передачу с арочными зубьями (далее передача) используют следующим образом.
На шестерни 2 нарезают арочные зубья. Два полуколеса 6 и 7, получают из одного путем его разрезания на две одинаковые части. При этом каждое из полуколес 6 и 7 получается оснащенным ½ частью арочных зубьев.
На входном валу 1 устанавливают шестерню 2, с обоих торцов размещают дистанционные втулки 3 и 4. На выходном валу располагают два полуколеса 6 и 7 с помощью шпонки 16. На внутренних торцах полуколец 6 и 7 размещают упругий элемент 8. На наружном торце полуколеса 6 размещают упругий элемент 9. На наружном торце полуколеса 7 размещают упругий элемент 10. Со стороны торца полуколеса 6 устанавливают тарельчатую втулку 11. Со стороны торца полуколеса 7 устанавливают тарельчатую втулку 12. Затем располагают входной вал 1 в отверстиях корпуса 13 с помощью подшипников 14. Выходной вал располагают в отверстиях корпуса 13 посредством подшипников 15.
Крутящий момент от входного вала 1 через шестерню 2 с арочным зубом передается на два полуколеса 6 и 7 и соответственно на выходной вал 5. Каждое полуколесо 6 и 7 в процессе работы взаимодействует с арочными зубьями шестерни 2 шириной своих зубчатых венцов. При этом в зацеплении арочных зубьев, в зависимости от условий работы передачи, реализуется линейный, локально-линейный и точечный контакт арочных зубьев. При работе передачи с арочными зубьями имеют весьма широкие возможности настройки геометрии поверхностей зубьев, обеспечивающие оптимальный, с позиций контактной прочности и выносливости, характер распределения напряжений по площадке контакта.
В результате в передаче реализуется два пятна контакта, - в середине арочного зуба полуколеса 7 и в середине арочного зуба полуколеса 6. Поскольку угол наклона в серединах арочных зубьев полуколеса 7 и полуколеса 6 существенно от нуля отличается, под действием возникающих осевых сил, направленных друг против друга. Полуколесо 6 и полуколесо 7 всегда самоустанавливаются независимо от технологических погрешностей изготовления и погрешностей взаимного положения арочных зубьев в зацеплении, возникающих вследствие деформаций деталей и корпуса. Использование упругих элементов 8, 9 и 10 переменной жесткости позволяет при максимальном крутящем моменте ограничить величину перемещения полуколеса 6 и полуколеса 7 из условия не выхода площадок контакта на торцы арочных зубьев. Поскольку адаптивная цилиндрическая передача с арочными зубьями приспосабливается как к случайному потоку погрешностей, так и внешнему силовому потоку, она позволяет создавать приводы машин для условий, когда другие виды цилиндрических передач являются не работоспособными.
Предложенное изобретение позволяет применять передачи в редукторах с консольным расположением валов, устранять неточность изготовления корпуса и рассчитать жесткость стенок корпуса, путем возможности ограничения самоустановки колес с арочными зубьями в процессе эксплуатации.
Кроме того предложенное изобретение позволяет адаптировать передачу к случайным внешним и внутренним силовым потокам погрешностей.
Предложенное изобретение позволяет настроить геометрию пятна контакта рабочей поверхности зубьев, обеспечивающих оптимальный с позиций контактной прочности и выносливости, характер распределения напряжений по площадке контакта.
Кроме того предложенное изобретение позволяет увеличить срок службы адаптивная цилиндрическая передача с арочными зубьями.