РЕДУКТОР С АРОЧНОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ (ВАРИАНТЫ)
GEARBOX WITH ARCH CYLINDRICAL GEARING (VERSIONS)

Изобретение относится к машиностроению,  в частности к деталям машин, и может использоваться в зубчатых редукторах общего назначения.
Из уровня техники известен зубчатый редуктор, содержащий корпус и арочную цилиндрическую зубчатую передачу, состоящую из двух цилиндрических зубчатых колес, каждое из которых установлено на своем валу, при этом указанные валы установлены в корпусе редуктора в подшипниковых опорах параллельно друг другу, зубья колес арочной передачи имеют арочные продольные линии и эвольвентные поперечные профили [Патент CN 201225383 (Y), МПК F16H 1/08. Arc teeth cylindrical gear speed reducer / Aiping Song и др., CN2008242019, заявл. 22.07.2008, опубл. 22.04.2009], принятый нами за прототип.
Недостатком этого редуктора является то, что зубчатые колеса арочной передачи - каждое на своем валу - установлены без возможности перемещения в осевом направлении относительно вала.
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. Все это увеличивает стоимость редуктора.
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, что приводит к чрезмерному износу нагруженной половины зубчатого венца и может привести к поломке зубьев. Все это снижает нагрузочную способность и долговечность работы редуктора.
Задача предлагаемого изобретения направлена на снижение стоимости редуктора, повышение его нагрузочной способности и долговечности работы.
Для решения этой задачи в зубчатом редукторе, содержащем корпус и арочную цилиндрическую зубчатую передачу, состоящую из двух цилиндрических зубчатых колес, каждое из которых установлено на своем валу, при этом указанные валы размещены в корпусе редуктора в подшипниковых опорах параллельно друг другу, зубья колес арочной передачи имеют арочные продольные линии и эвольвентные поперечные профили, отличие, согласно изобретению, состоит в том, что одно из зубчатых колес арочной передачи установлено на своем валу без возможности перемещения в осевом направлении, а другое зубчатое колесо установлено на своем валу с возможностью перемещения в осевом направлении относительно вала и соединено с ним посредством разъемного соединения, допускающего возможность перемещения зубчатого колеса в осевом направлении относительно этого вала.
В качестве такого разъемного соединения может быть использовано шлицевое или шпоночное соединение, а также сцепная муфта, одна часть которой скреплена с колесом, а другая часть - с валом.
Из уровня техники также известен зубчатый редуктор, содержащий корпус и двухступенчатую зубчатую передачу, по меньшей мере, одна ступень которой выполнена в виде арочной цилиндрической зубчатой передачи, валы которой установлены в корпусе редуктора в подшипниковых опорах параллельно друг другу, а зубья колес имеют арочные продольные линии и эвольвентные поперечные профили [Патент на полезную модель RU 101128, МПК F16H 1/20. Редуктор станка-качалки / Андрияхин СВ.; №2010136545; заявл. 31.08.2010; опубл. 10.01.2011].
Недостатком этого редуктора является то, что зубчатые колеса арочной передачи жестко зафиксированы на своих валах в осевом направлении. Вследствие этого в этом редукторе совмещение плоскостей симметрии зубчатых венцов сопряженных колес арочной передачи требует повышенной точности изготовления и установки подшипниковых опор, валов, колес и подшипников. Все это увеличивает стоимость редуктора.
Известен также зубчатый редуктор, 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 установлено на своем валу, при этом валы упомянутой арочной передачи размещены в корпусе редуктора в подшипниковых опорах параллельно друг другу, зубья колес упомянутой арочной передачи имеют арочные продольные линии и эвольвентные поперечные профили [Патент РФ 126076, МПК F16 H1/22. Редуктор и мотор-редуктор с таким редуктором / Виноградов А.Н. и др.; №2012146052; заявл. 29.10.2012; опубл. 20.03.2013], принятый нами за прототип.
Недостатком этого редуктора является то, что оба зубчатых колеса упомянутой арочной передачи - каждое на своем валу - установлены без возможности перемещения в осевом направлении относительно вала. 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. Все это увеличивает стоимость редуктора.
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.
Предлагаемое изобретение направлено на снижение стоимости редуктора, повышение его нагрузочной способности и долговечности работы.
Для решения этой задачи в зубчатом редукторе, содержащем 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 установлено на своем валу, при этом валы упомянутой арочной передачи размещены в корпусе редуктора в подшипниковых опорах параллельно друг другу, зубья колес упомянутой арочной передачи имеют арочные продольные линии и эвольвентные поперечные профили, отличие, согласно изобретению, состоит в том, что одно из зубчатых колес упомянутой арочной передачи установлено на своем валу без возможности перемещения в осевом направлении, а другое зубчатое колесо установлено на своем валу с возможностью перемещения в осевом направлении относительно вала и соединено с ним посредством разъемного соединения, допускающего возможность перемещения зубчатого колеса в осевом направлении относительно выходного вала.
В качестве такого разъемного соединения может быть использовано шлицевое или шпоночное соединение, а также сцепная муфта, одна часть которой скреплена с колесом, а другая часть - с валом.
Технический результат предложенного изобретения заключается в том, что возможность перемещения зубчатого колеса в осевом направлении позволяет этому зубчатому колесу самоустанавливаться относительно сопряженного с ним зубчатого колеса. За счет этого обеспечивается зацепление зубьев этих колес по всей ширине зубчатого венца. Это позволяет повысить нагрузочную способность и долговечность работы редуктора. А также снизить стоимость редуктора за счет снижения требований к точности изготовления и установки подшипниковых опор, подшипников, валов и зубчатых колес.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
на фиг. 1 - редуктор с одноступенчатой арочной передачей, одно из колес которой соединено со своим валом посредством шлицевого соединения, продольный разрез;
на фиг. 2 - разрез А-А по фиг. 1;
на фиг. 3 - редуктор с одноступенчатой арочной передачей, одно из колес которой соединено со своим валом посредством шпоночного соединения, продольный разрез;
на фиг. 4 - разрез Б-Б по фиг. 3;
на фиг. 5 - редуктор с одноступенчатой арочной передачей, одно из колес которой соединено со своим валом посредством сцепной муфты, продольный разрез;
на фиг. 6 - разрез В-В по фиг. 5;
на фиг. 7 - редуктор с двухступенчатой зубчатой передачей, каждая ступень которой выполнена в виде арочной передачи, одно из колес которой соединено со своим валом посредством шпоночного соединения, продольный разрез.
Предлагаемый редуктор содержит корпус 1 и арочную цилиндрическую зубчатую передачу, состоящую из малого 2 и большого 3 зубчатых колес. Зубья колес имеют арочные продольные линии и эвольвентные поперечные профили. Входной 4 и выходной 5 валы установлены в корпусе редуктора в подшипниковых опорах 6, 7, 8, 9 параллельно друг другу. Малое зубчатое колесо 2 установлено на входном валу 4 без возможности перемещения в осевом направлении. Большое зубчатое колесо 3 установлено на выходном валу 5 с возможностью перемещения в осевом направлении относительно вала. Большое зубчатое колесо 3 соединено с выходным валом 5 посредством любого разъемного соединения, допускающего возможность перемещения зубчатого колеса 3 в осевом направлении относительно выходного вала 5, например, при помощи шлицевого 10 (см. фиг. 1, 2) или шпоночного 11 соединения (см. фиг. 3, 4), а также посредством сцепной муфты, одна часть (12) которой скреплена с большим зубчатым колесом 3, а другая часть (13) - с выходным валу 5 (см. фиг. 5, 6). В качестве сцепной муфты может использоваться любая муфта, допускающая перемещение одной части муфты относительно другой ее части в осевом направлении. Например, в качестве сцепной муфты может быть использована кулачковая сцепная муфта. В этом случае каждая из частей сцепной муфты содержит кулачки 14, 15, боковые грани Г которых параллельны оси выходного вала 5. Кулачки 14 одной части сцепной муфты посредством этих боковых граней взаимодействуют с кулачками 15 другой части.
Редуктор с многоступенчатой зубчатой передачей (см. фиг. 7) может содержать как одну, так и несколько арочных цилиндрических передач. Каждая из таких арочных передач состоит из малого 16, 17 и большого 18, 19 зубчатых колес. Валы каждой из арочных передач установлены в корпусе редуктора в подшипниковых опорах параллельно друг другу. Одно из зубчатых колес арочной передачи установлено на своем валу без возможности перемещения в осевом направлении, а сопряженное с ним зубчатое колесо - с возможностью перемещения в осевом направлении относительно вала.
Работает редуктор следующим образом. Крутящий момент от входного вала 4 через малое 2 и большое 3 зубчатые колеса передается на выходной вал 5. В том случае, если плоскость Д симметрии венца большого зубчатого колеса 3, перпендикулярная оси выходного вала 5 и проходящая через центр окружностей, образующих арочные продольные линии зубьев большого зубчатого колеса 3, не совпадает с аналогичной плоскостью Ε малого зубчатого колеса 2, то зубчатые колеса 2 и 3 будут взаимодействовать только одной половиной ширины зубчатого венца. Вследствие этого возникнет осевая составляющая сил, действующих в зацеплении зубчатых колес 2 и 3, аналогичная осевой силе, возникающей в косозубой передаче. Эта сила будет стремиться сдвинуть большое зубчатое колесо 3 в осевом направлении в такое положение, в котором противоположно направленные осевые составляющие сил, возникающих в зацеплении левой и правой половин зубчатого венца, будут взаимно уравновешивать друг друга. В этом положении вышеуказанные плоскости Д и Ε симметрии зубчатых венцов зубчатых колес 2 и 3 будут совпадать. Таким образом, большое зубчатое колесо 3 самоустановится относительно малого зубчатого колеса 2.
Аналогичные процессы будут происходить и в редукторах с многоступенчатой зубчатой передачей. В арочных передачах таких редукторов арочные колеса, установленные с возможностью перемещения в осевом направлении (поз. 18 и 19 на фиг. 7), будут самоустанавливаться относительно зубчатых колес (16, 17), установленных на валах без возможности осевого перемещения.