Синусная многорядная передача

 

Использование: для изменения частот вращения валов, машин и механизмов, размещаемых в скважинах. Сущность изобретения: передача содержит корпус-трубу с кругосинусоидными беговыми дорожками на внутренней поверхности, в котором размещено водило-труба с оконными проемами под сателлиты в форме тел качения (роликов, шариков). Внутри водила расположен ведущий вал в форме стержня с жестко насаженными на него кулачками, профилями которых являются кругосинусоидальные беговые дорожки, Каждое из тел качения взаимодействует одновременно с боковой поверхностью оконного проема водила и с кругосинусоиднь ми беговыми дорожками кулачка и корпуса. При передаточном отношении , равном 2,с каждым телом качения зацепляются два подшипника, что при сохранении простоты конструкции и устойчивом передаточном отношении обеспечивает во всех кинематических парах чистое качение . 3 з.п. ф-лы, 13 ил. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s>>s F 16 Н 1/34,25/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4816776/28 (22) 19.04.90 (46) 30,05.92. Бюл. N. 20 (71) Могилевский машиностроительный институт (72) P.M.ÈãíàòèùåB (53) 621.833;6(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1019148, кл, F 16 Н 13/08, 1982.

Авторское свидетельство СССР

М 605926, кл. Е 21 В 3/10, 1978. (54) СИНУСНЛЯ МНОГОРЯДНАЯ ПЕРЕДАЧА (57) Использование: для изменения частот вращения валов, машин и механизмов. размещаемых в скважинах. Сущность изобретения, передача содержит корпус-трубу с кругосинусоидными беговыми дорожками

Изобретение относится к машиностроению, предназначено для снижения частот вращения валов, и может быть использовано для механизмов и машин, размещаемых в скважинах.

Известна двухрядная передача с кругосинусоидным зацеплением.

Недостатком этой передачи является сложность водила, состоящего из набора соединяемых между собой деталей. Если К— число синусошариковых рядов, то количество дисков с прорезями в них под тела качения также К, причем соединяются диски между собою втулками двух различных геометрических форм (малого и большого диаметров); суммарное количество втулок 2х к(К -1), Наиболее близким к предлагаемой является планетарный редуктор для забойных двигателей, включающий трубообразный ведомый вал-водило с шаровыми сателлита„,5U, 1737188 А1 на внутренней поверхности, в котором размещено водило-труба с оконными проемами под сателлиты в форме тел качения (роликов, шариков). Внутри водила расположен ведущий вал в форме стержня с жестко насаженными на него кулачками, профилями которых являются кругосинусоидальные беговые дорожки. Каждое иэ тел качения взаимодействует одновременно с боковой поверхностью оконного проема водила и с кругосинусоиднь:ми беговыми дорожками кулачка и корпуса. При передаточном отношении, равном 2,с каждым телом качения зацепляются два подшипника, что при сохранении простоты конструкции и устойчивом передаточном отношении обеспечивает во всех кинематических парах чистое качение. 3 з.п. ф-лы, 13 ил. ми, ведущий вап и корпус с беговыми дорожками под шаровые сателлиты, зацепление синусное, цилиндрический вариант, двухстороннее.

Недостаток известного редуктора состоит в сложной технологии иэ отовления —. рабочие поверхности проемов в стенке водила по соображениям контактной прочности выполняют желобчатыми, образующие желобов параллельны образующим цилиндров трубы-водила; для их изготовления применя ются слсжные технологические операции. Сложно выполнять и синусоцилиндрические канавки под шарики, особенно на внутренних поверхностях. Кроме того. у такого редуктора низок КПД.

Цель изобретения — повышение технологичности изготовления синусной многорядной передачи и повышение КПД в отдельных вариантах ее исполнения.

1737188

30 оз=А sin +

55

Поставленная цель достигается тем, что .синусная многорядная передача содержит тела качения, коаксиально расположенные корпус с беговыми дорожками на внутренней поверхности для взаимодействия с этими телами качения. Корпус охватывает .трубообразное водило с проемами под тела качения. Внутри водила расположен центральный вал с беговыми дорожками для взаимодействия с телами качения.

Согласно изобретению беговые дорожки выполнены кругосинусоидными с односторонними связями с учетом условия

4 Я/А (d/А <2 (Я/А), R А -1 где А — амплитуда кругосинусоид; . R — радиус окружности кругосинусоид;

d — диаметр тел качения, При этом возможны следующие варианты: боковые стенки проемов выполнены плоскими, а тела качения — в виде роликов; боковые стенки проемов выполнены в виде радиально ориентированных круглых цилиндров, а тела качения — в виде шариков; с целью повышения КПД передачи кругосинусоидные канавки выполнены в форме круговых цилиндров, а в каждом ряду передачи число проемов равно двум и расположены они через 180".

На фиг.1 изображен ведущий вал; на фиг.2 — водило, общий вид; на фиг.3 — разрез

А — А на фиг.2; на фиг.4 — корпус, вид снаружи; на фиг. 5 — разрез Б — Б на фиг.4; на фиг.6 — кинематическая схема варианта с роликовыми сателлитами; на фиг,7 — разрез

 — В на фиг.6; на фиг.8 — скользящее соединение эксцентрика и втулки-толкателя роликов; на фиг.9 — соединение эксцентрика с втулкой-толкателем через подшипник качения; на фиг.10 — кинематическая схема подшипниковой передачи; на фиг.11 — разрез

Г-Г на фиг.10; на фиг.12 — картина.одностороннего кругосинусоидного зацепления; на фиг,13 — крайние положения тел качения в оконном проеме водила, Синусная многорядная передача содержит ведущий вал 1, состоящий из стержневой части(на фиг.1 позиция С) и жестко с ней соединенными одинаковыми, смещенными по углу, кулачками; профиль кулачка с поперечном сечении волнистый (волны по отношению к линии. окружности), является линией, эквидистантной кругосинусоиде, расположен по отношению к последней внутренним образом, в общем случае числа периодов кругосинусоиды кулачка Z>.

Если кругосинусоида кулачка однопериодная (Z> = 1) и описывается авнением

Ч1=А Рпф1+ R — А . соз2pt где Ю и p1 — ее полярные координаты в системе, связанной с кулачком, и полюс которой совпадает с центром стержня;

А и R — постоянные величины (А — амплитуда, R — радиус окружности кругосинусоиды, фиг.12 и 13), то профиль кулачка вырождается в окружность, смещенную относительно центра стержня на величину А, т.е. кулачок вырождается в эксцентрик на ведущем валу.

Синусная многорядная передача содержит водило 2, представляющее собой трубообразную деталь с проемами в стенке под установку в них тел качения — роликов или шариков,.в случае роликов рабочие поверхности оконных проемов водила являются прямоугольниками, в случае шариков поверхности оконных проемов являются поверхностями цилиндров, образующие которых расположены перпендикулярно образующим цилиндров самой трубы; корпус

3 передачи, представляющий собой трубообразную деталь, внутренний профиль которой в поперечном сечении волнистый и является линией, эквидистантной кругосинусоиде корпуса, расположенной к ней внешним образом, число периодов корпусной кругосинусоиды 2з. Если корпусная кругосинусоида однопериодная (Ез = 1) и описывается уравнением

Р3 где оз и р — полярные координаты в системе цз <рз, связанной с корпусом;

А и R — те же постоянные, что и для кулачка, то внутренний профиль корпуса вырождается в окружность, центр которой смещен на расстояние А от полюса полярной системы координат оз рз.

Синусная многорядная передача включает тела 4 качения, в основном варианте— ролики, но могут быть и шарики, в последнем случае по соображениям увеличения контактной прочности (no соображениям обеспечения линейных контактов), активные поверхности кругосинусоидных беговых дорожек на кулачках и на внутренних поверхностях корпусов целесообразно выполнять тороидальной формы (очерчиваемых в осевых сечениях дугами окружностей).

Ведущий вал 1 расположен внутри водила 2, а водило расположено внутри корпуса 3. Тела 4 качения расположены в оконных проемах водила и каждое из них взаимодействует одновременно с кругосинусоидными беговыми дорожками кулачка и корпуса, а

1737188 также с боковой поверхностью оконного проема водила 2 (на фиг.7 см. точки А,В,С).

В «аждом ряду передачи оконные проемы у водила распределены по углу равномерно и их количество определяется из 5 соотношения с=!Ез Z>l (первый вариант — знак "+", второй— знак "-").

Условия сборки:

Zi рИ+Ез pt E =t у4 ; где v- номер ряда; ф1д — угловое смещение кулачка мто

I ряда относительно кулачка первого ряда;

p>v — угловое смещение кругосинусоЕ идной беговой дорожки корпуса м-го ряда относительно кругосинусоидной беговой дорожки корпуса первого ряда;

p>V — угловое смещение какого-либо н оконного проема м-го ряда относительно какого-либо оконного проема первого ряда, С целью повышения износостойкости или износостойкости и КПД в вариантах

Z< = 1 или Лз = 1, или Е1 = Zз =,1 эксцентрики

25 ведущего вала с телами 4 качения могут взаимодействовать не непосредственно, а через втулки-толкатели 5 тел 6 качения (фиг.8-11). Эксцентриковые беговые дорожки корпуса с телами 4 качения также могут взаимодействовать через втулки 7 или через подшипники (через втулки 7 и тела 8 качения подшипников).

На фиг.12 показаны окружность 9 сопряженных кругосинусоид; кругосинусоида

10 кулачка, кругосинусоидная .беговая дорожка 11 кулачка, кругосинусоида корпуса

12, корпусная кругосинусоидная беговая до-. рожка 13, Rs — внешний и Йз — внутренний

Е l радиусы кольца расположения кругосинусо- . „ ид, А — амплитуда кругосинусоид; d — диаметр тел качения. RH u RH — радиусы Е внешнего и внутреннего цилиндров водилатрубы, соответствующие беззазорному расположению водила в зазоре между 45 кругосинусоидными беговыми дорожками кулачка и корпуса, круговая стрелка в1 символизирует вращательное движение кулачка относительно корпуса.

На фиг.1.3-15 показаны к.райние положения тела качения в оконном проеме водила; D,Å,F,G — соответствующие им точки контакта с боковыми поверхностями оконного проема водила; (Вн ) — размер, меньше

Е которого принимать радиус наружного цилиндра водила нецелесообразно (в противном случае возникает кромочный контакттела качения с водилом); (Ян) — размер, I больше которого принимать радиус внутреннего цилиндра водила, нецелесообразно (по тем же соображениям предупреждения кромочных контактов тел качения с водилом).

Из фиг. 12 и 13 видны условия отсутствия кромоч ;ых контактов

RHI «(RHI); RHЕ (RHE), Из фиг.12 видно также, что

Кн = R+ А — 0,5 d; йн -= R — А+ 0,5 d.

Из фиг.13 следует, что (йн)= (ВнЕ) =

После алгебраических преобразований получаем

d 4 R/A

А R А +1 б Rl A

А R А —.1 и видим, что если соблюдено второе условие, то первое тем более соблюдено, т,е. минимально допустимые значения для диаметров тел качения определя.ются выражением

Рассмотрим вопрос о правой границе допускаемых значений диаметров тел качения.

В синусных передачах нельзя допустить явления заострения вершин. активных поверхностей синусоидальных канавок, так как при односторонних. зацеплениях оно приводит к ударным явлениям; При одних и тех же А и R, но различных Z явление заострения вершин наступает при тем больших d, чем меньше Z, т.е, чгобы установить правую границу допускаемых значений для б, следует рассматривать случай Z = 1, причем случай, когда кругосинусоида вырождается в окружность (в эксцентрик). У окружности заострения вершин не будет при любых значениях d, при которых эксцентрик существует, а условие существования эксцентрика . 0.5 d < R.

Итак, интервал возможных значений диаметров тел качения, выраженных в долях амплитуды кругосинусоид„для всех возможных вариантов исполнения заявленной передачи определяется из условия

ФА =2 (R A), Многорядная синусная передача работает следующим образом.

При вращении ведущего вала каждый из кулачков приводит в движение почти половину взаимодействующих с ним тел.качения

1737188 (на фиг.7 см. точки контакта А1, Аг и Аз). Эти находящиеся в активной. фазе зацепления тела качения перемещаются в направлении от центра вращения кулачка, взаимодействуют с кругосинусоидными беговыми до- 5 рожками корпуса(на фиг,7 см. С1. С2 и Сз) и перемещаются, поэтому вдоль этих дорожек, надвигаясь на находящиеся на их пути боковые поверхности оконных проемов водила (He фиг.7 см. В1,В2 и Вз), приводят 10 водило во вращение.

В тот же момент времени остальные тела качения передаточного ряда совершают холостые пробеги, водило, приведенное во вращение силами в точках В1,В2 и Вз, 15 действует (в точках B4-Be) противоположными сторонами боковых поверхностей оконных проемов на "отдыхающие" тела качения и переносит их в направлении к активным участкам зацепления. В момент 20 времени, которому соответствует фиг.7, тело качения (АВС)4 только что покинуло активную часть зацепления, тело качения (АВС)э занимает исходную к активному участку зацепления позицию. 25

Передаточное отношение многорядной синусной передачи определяется из выражения

-+ -+ . 21

Z Zç 30 где знак "+" соответствует случаю t = Ез+

+Z>; знак "-" соответствует случаю t = 2з— — 21! .

В случае подшипниковой передачи с жесткими кинематическими связями (см. 35 фиг,10 и 11);

t=Zg+Z> = 1+ 1 =2; и =05 в1

Формула изобретения

1. Синусная многорядная передача, содержащая тела качения, коаксиально расположенные корпус с беговыми дорожками на внутренней поверхности для взаимодействия с телами качения, охваченное корпусом трубообраэное водило с проемами под тела качения и центральный вал с беговыми дорожками для взаимодействия с телами качения, отличающаяся тем, что, с целью повышения технологичности изготовления передачи, беговые дорожки выполнены кругосинусоидными с одностронними связями с учетом условия

4 R/А /(R/А — 1) (d/А < 2R/А, где А — амплитуда кругосинусоид;

R — радиус окружности кругосинусоид;

d — диаметр тел качения.

2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что боковые стенки проемов выполнены плоскими, а тела качения — в виде роликов, 3. Передача по п.1, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что боковые стенки проемов выполнены в виде радиально ориентированных круглых цилиндров, а тела качения — в виде шариков.

4. Передача по пп. 1-3, отл и ч а ю щая с я тем, что, с целью повышения КПД передачи, кругосинусоидные беговые дорожки выполнены в форме круговых цилиндров, а в каждом ряду передач. число проемов равно двум и расположены они через 180 .

1737188

1737188

1737188 . ®iv..8

2 3" 4 5 6 7 8

0иг. IO

1737188.

Фиг. Q

1737188

Составитель Р, Игнатищев

Техред М.Моргентал Корректор 8, Гирняк

Редактор Е. Копча

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 1879 Тираж, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5