Передача с промежуточными звеньями

 

Использование: изобретение относится к области машиностроения. Сущность изобретения: передача имеет увеличенную несущую способность. Преимущество предложенного устройства по сравнению с известными обеспечивается увеличением пар зацеплений промежуточных звеньев с центральным колесом путем продления непрерывности зубчатого зацепления, соответствующего дробной части коэффициента перекрытия зубчатой передачи, с помощью соответствующего ей опережения (задержке) ввода промежуточных звеньев в зацепление с центральным колесом в различных рядах передачи по отношению друг к другу за счет разворота взаимодействующих кинематических элементов передачи вокруг продольной оси передачи в различных рядах передачи. 1 с.п. ф-лы, 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в механических приводах машин.

Известно устройство (аналог), содержащее размещенные в пазах обоймы рядами в шахматном порядке промежуточные звенья в виде шариков и центральное колесо в виде набора колец, смещенных в окружном направлении на угол, одинаковый с углом смещения рядов промежуточных звеньев и меньший их углового шага (авт. св. N 1392285, передача с промежуточными звеньями).

Недостатками этого устройства являются: 1) гибкая обойма, 2) низкая несущая способность передачи из-за точечного контакта шариков в зацеплении с центральным колесом.

В качестве прототипа выбрана передача с промежуточными звеньями по патенту РФ N 1772488, содержащая соосные быстроходный и тихоходный валы, кулачок, закрепленный на быстроходном валу, неподвижное центральное колесо с внутренними зубьями, обойму с радиальными пазами, закрепленную на тихоходном валу, и промежуточные звенья, размещенные в пазах обоймы и подвижно связанные своими концами с фигурным пазом кулачка, причем, кулачок, промежуточные звенья и центральное колесо расположены коаксиально, а число зубьев колеса может быть больше или меньше числа промежуточных звеньев.

Передача работает следующим образом.

В процессе работы кулачок вращается с частотой быстроходного вала, промежуточные звенья совершают возвратно-поступательные перемещения в радиальных пазах обоймы при взаимодействии своих фигурных концов с фигурным пазом кулачка, осуществляя свой вход в зацепление с центральным колесом и выход из этого зацепления.

Вследствие различия чисел зубьев колеса и промежуточных звеньев и их взаимодействия при зацеплении колесо и обойма получают относительное угловое перемещение и, следовательно, связанный с обоймой тихоходный вал поворачивается относительно неподвижного колеса. При этом в передаче с колесом, число зубьев которого больше числа промежуточных звеньев, быстроходный и тихоходный валы вращаются в противоположные стороны. В передаче с числом зубьев колеса, меньшим числа промежуточных звеньев, быстроходный и тихоходный валы вращаются в одну сторону.

Недостаток этого устройства низкая несущая способность передачи.

Цель изобретения увеличение несущей способности передачи.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем соосные быстроходный и тихоходный валы, закрепленный на быстроходном валу кулачок, по периметру которого выполнен фигурный паз, неподвижное центральное колесо с внутренними зубьями, обойму с радиальными пазами, размещенные в этих пазах промежуточные звенья, свободно скользящие своими концами по фигурному пазу кулачка и имеющие на втором своем конце зуб, причем кулачок, промежуточные звенья и центральное колесо расположены коаксиально, число зубьев центрального колеса может быть больше или меньше числа промежуточных звеньев, имеются следующие конструктивные особенности: в передаче выполнен по крайней мере один дополнительный аналогичный коаксиальный ряд передачи, содержащий дополнительный фигурный паз по периметру кулачка, дополнительный зубчатый венец с внутренними зубьями на центральном колесе, дополнительный ряд промежуточных звеньев, размещенных в дополнительных радиальных пазах обоймы, одними своими зубчатыми концами периодически входящими в зубчатое зацепление с дополнительным зубчатым венцом центрального колеса и вторыми своими концами, установленными в дополнительном фигурном пазе кулачка; в каждом дополнительном ряде передачи зубья его зубчатого венца, промежуточные звенья и рабочие участки фигурного паза кулачка повернуты вокруг продольной оси передачи относительно соответствующих конструктивных элементов основного ряда передачи на углы, обеспечивающие вхождение промежуточного звена в зубчатое зацепление с зубчатым венцом не позднее момента выхода другого промежуточного звена в соседнем ряде передачи из зубчатого зацепления с соответствующим этому ряду зубчатым венцом.

Такое выполнение передачи позволяет продлить непрерывное зубчатое зацепление с центральным колесом в передачах, коэффициент перекрытия зубчатой передачи которых имеет дробную часть. Коэффициент перекрытия характеризует количество пар зацепляющихся зубьев. Например, его значение, равное 2,75, говорит о том, что в непрерывном (постоянном) зубчатом зацеплении находятся 2 пары зубьев, а третья пара зубьев в каждом цикле зацепления, длительность которого составляет время между моментами вхождений в зацепление двух следующих друг за другом промежуточных звеньев, находится в зацеплении совместно с этими двумя парами зубьев только 75 времени этого цикла. Физически это можно представить следующим образом. После момента выхода из зацепления некоторого промежуточного звена в зацеплении остаются и воспринимают нагрузку две пары зубьев (первая и вторая). После некоторого поворота промежуточных звеньев вокруг продольной оси передачи входит в зацепление третья пара зубьев и воспринимает нагрузку совместно с двумя первоначальными парами зубьев в течение 75 времени цикла зацепления. После этого первая пара зубьев выходит из зацепления и в течение следующего 25 промежутка времени цикла нагрузку будут воспринимать снова 2 пары зубьев (вторая и третья). Затем в зацепление входит четвертая пара зубьев и нагрузку будут воспринимать опять 3 пары зубьев и т.д.

Таким образом, в рассматриваемой 2-рядной передаче с коэффициентом перекрытия 2,75 всегда будут находиться в зацеплении и воспринимать нагрузку не менее 5 пар зубьев: периодически чередующиеся 2 пары зубьев в одном ряду передачи и 3 пары в другом.

Расчет нагрузки передачи-прототипа производят для двух пар зубьев. При условии, что их ширина равна удвоенной ширине L зуба предлагаемой передачи, расчетная линия зацепления в ней составит 4 L, а в предлагаемой передаче для 5 зубьев 5 L, т.е. больше на L. Таким образом, при одинаковой контактной прочности предлагаемая передача будет иметь увеличенную несущую способность.

Количество n рядов передачи может быть определено с округлением до последующего целого числа по формуле где j целые числа, равные требуемому количеству дополнительных пар непрерывного зубчатого зацепления в каждой группе зацеплений, обусловленной одной волной (рабочим участком) фигурного паза кулачка; к дробная часть коэффициента перекрытия.

Предлагаемая передача имеет следующие отличия: 1) имеет по крайней мере один дополнительный коаксиальный ряд передачи, содержащий дополнительный фигурный паз по периметру кулачка (паз с фигурным поперечным сечением), дополнительный зубчатый венец с внутренними зубьями на центральном колесе, дополнительный ряд промежуточных звеньев, размещенных в дополнительных радиальных пазах обоймы, одними своими зубчатыми концами периодически входящими в зубчатое зацепление с дополнительным зубчатым венцом центрального колеса и вторыми своими концами установленными в дополнительном фигурном пазе кулачка; 2) в каждом дополнительном ряде передачи зубья его зубчатого венца, промежуточные звенья и рабочие участки фигурного паза кулачка могут быть повернуты вокруг продольной оси передачи относительно соответствующих конструктивных элементов основного ряда передачи на углы, обеспечивающие вхождение промежуточного звена в зубчатое зацепление с зубчатым венцом не позднее момента выхода другого промежуточного звена в соседнем ряде передачи из зубчатого зацепления с соответствующим этому ряду зубчатым венцом; 3) наличие метода определения количества рядов передачи для обеспечения требуемого количества дополнительных пар непрерывного зубчатого зацепления.

Конкретная польза при использовании изобретения обусловливается следующими возможностями и преимуществами: увеличение несущей способности передачи позволило при той же передаваемой нагрузке уменьшить ширину центрального зубчатого колеса, его материалоемкость и массу, и, следовательно, уменьшить аналогичные характеристики передачи в целом. Или при той же нагрузке и прежних габаритах позволяет увеличить срок службы передачи за счет уменьшения износа контактирующих зубчатых поверхностей в связи с меньшими контактными напряжениями.

Качественная оценка технико-экономических преимуществ предлагаемого технического решения в сравнении с прототипом характеризуется уменьшением стоимости передачи за счет ее меньшей материалоемкости, уменьшением расходов на топливо при ее эксплуатации на транспортных средствах за счет ее меньшей массы или за счет экономии средств на ее ремонт в связи с ее увеличенным сроком службы.

На фиг.1 изображена передача с промежуточными звеньями, продольный разрез; на фиг.2 поперечный разрез, вид А на фиг. 1; на фиг.3 поперечный разрез, вид Б на фиг. 1.

Устройство передачи с промежуточными звеньями (фиг.1, 2, 3) содержит соосные быстроходный 1 и тихоходный 2 валы, кулачок 3, закрепленный на быстроходном валу, обойму 4, закрепленную на тихоходном валу, коаксиальное неподвижное центральное колесо 5, основной 6 и дополнительный 7 ряды передачи, содержащие соответствующие им промежуточные звенья 8 и 9, размещенные в соответствующих радиальных пазах 10 и 11 обоймы и входящие своими зубьями 12 и 13 в периодическое зацепление с зубьями 14 и 15 зубчатых венцов 16 и 17 центрального колеса, и установленные в соответствующие фигурные пазы 18 и 19 (пазы с поперечным фигурным сечением) кулачка своими концами 20 и 21, причем для упрощения пояснения устройства и работы передачи угловое положение соответствующих рабочих участков 22 и 23 фигурных пазов относительно продольной оси 24 передачи одинаково, т.е. они выполнены без относительного углового разворота, при этом зубья 14 и 15 зубчатых венцов 16 и 17 повернуты относительно друг друга вокруг продольной оси 24 передачи на угол α, а радиальные пазы 10, 11 и размещенные в них звенья повернуты относительно друг друга вокруг продольной оси 24 передачи на отсчитываемый в том же направлении угол v.

Углы смещения могут быть определены по формулам:
a≅ϕ·к,
α_i= α_2-1+...α_i-1 или α_i≅ϕ·к(i-1);

где a угол смещения зубьев венцов в соседнем ряду;
v угловой шаг зубьев венца;
v₁ угловой шаг радиальных пазов и промежуточных звеньев;
k значение дробной части коэффициента перекрытия передачи;
i число, равное номеру ряда, для которого определяются углы α_i, v_i в группе соседних рядов, первым рядом в которой является основной ряд передачи.

При необходимости смещения рабочих участков фигурных пазов в соседних рядах передачи относительно друг друга в полученные по приведенным формулам углы α,v смещения зубьев и звеньев следует ввести поправки, исходя из условия, что смещение этих рабочих участков на угловой шаг зубчатого венца ϕ соответствует единице в значении коэффициента перекрытия в диапазоне каждого углового шага.

Конкретные углы смещения рабочих участков пазов могут быть определены только конструктивными особенностями передачи и, следовательно, не могут быть регламентированы настоящим изобретением. В связи с этим не могут быть регламентированы также конкретные углы смещения зубьев и промежуточных звеньев, поскольку возможно множество комбинаций углов смещения рассматриваемых конструктивных элементов.

Передача работает следующим образом.

В процессе работы кулачок 3 вращается с частотой быстроходного вала 1, промежуточные звенья 8, 9 совершают возвратно-поступательные перемещения в пазах 10, 11 соответственно обоймы 4 посредством взаимодействия своих концов 20, 21 с фигурными пазами 18, 19 соответственно кулачка 3 и периодически входят своими другими концами, а именно зубьями 12, 13 в зацепление с зубьями 14, 15 соответственно зубчатых венцов 16, 17 центрального колеса 5.

Усилия, возникающие при этом зацеплении вследствие клинового эффекта из-за различия количества промежуточных звеньев и зубьев на зубчатых венцах центрального колеса 5, промежуточные звенья 8, 9 передают через обойму 4 на закрепленный с ней тихоходный вал 2, обеспечивая его вращение относительно центрального колеса 5.

На фиг.1, 2, 3 изображена передача, которая имеет коэффициент перекрытия передачи 2,75, что означает нахождение в периодическом одновременном зацеплении трех паз зубьев каждого ряда передачи в течение 75 времени зацепления и в течение остальных 25 времени их зацепления одновременное и постоянное зацепление двух пар зубьев передачи.

Передача показана в момент, когда звено 8 введено в полное зацепление с венцом 16. В одновременном зацеплении в ряду 6 (фиг.2) находятся и, следовательно, воспринимают нагрузку 3 промежуточных звена 8, 25, 26. В следующий момент поворота кулачка 3 по стрелке 27 звено 8 выйдет из зацепления с венцом 16 и воспринимать нагрузку в рассматриваемом ряду будут только 2 звена 25 и 26 до тех пор, пока следующее звено 28 не войдет в зацепление с венцом 16. Длительность этого промежутка будет составлять 25 времени поворота кулачка 3 на один угловой шаг зубчатого венца. Перед этим моментом 75 этого времени воспринимали нагрузку одновременно 3 промежуточных звена 8, 25, 26.

Поскольку зубья 15 венца 17 и промежуточные звенья другого ряда 7 передачи повернуты в сторону вращения кулачка 3 по стрелке 27 относительно соответствующих зубьев ряда 6 передачи на соответствующие углы a и v,, равные соответственно 0,75 ϕ и 0,75 v₁, то в момент вывода из зацепления промежуточного звена 8 будет введено в зацепление с зубчатым венцом 17 промежуточное звено 29 (фиг.3).

Таким образом в 25-ный промежуток времени одновременного зацепления с зубчатым венцом 16 только двух промежуточных звеньев 25 и 26 будут находиться в одновременном зацеплении с зубчатым венцом 17 три промежуточных звена 29, 30, 31, а всего в этот промежуток времени в одновременном зубчатом зацеплении с центральным колесом 5 будут находиться 5 промежуточных звеньев 25, 26, 29, 30, 31.

После этого промежутка времени в процессе вращения кулачка 3 вводится в зацепление промежуточное звено 28 ряда 6 передачи и в следующий 50-ный промежуток времени до момента выхода из зацепления промежуточного звена 31 в одновременном зацеплении будут находиться 6 пар передачи.

После этого промежутка времени в одновременном зацеплении будут находиться снова 5 пар зубьев передачи и далее цикл парности зацеплений повторяется.

Таким образом, нагрузку передачи будут одновременно воспринимать не менее 5 пар зубьев передачи вместо двух пар зубьев в передаче-прототипе или вместо 4 пар аналогичных зубьев при условии, что их ширина равна половине ширины зуба передачи-прототипа, т.е. на один зуб больше.

Таким образом несущая способность рассмотренной 2-рядной передачи будет выше на 25 по сравнению с передачей-прототипом.

Количество рядов передачи может быть определено по методике, приведенной выше.

Формула изобретения

1. Передача с промежуточными звеньями, содержащая соосные быстроходный и тихоходный валы, закрепленный на быстроходном валу кулачок, по периметру которого выполнен фигурный паз, неподвижное центральное колесо с внутренними зубьями, обойму с радиальными пазами, закрепленную на тихоходном валу, и промежуточные звенья, размещенные в пазах обоймы, установленные каждый одним своим концом в фигурном пазе кулачка и имеющие на втором своем конце зуб, причем кулачок, промежуточные звенья и центральное колесо расположены коаксиально, а число зубьев колеса может быть больше или меньше числа промежуточных звеньев, отличающаяся тем, что в передаче выполнен по крайней мере один дополнительный коаксиальный ряд передачи, содержащий дополнительный фигурный паз по периметру кулачка, дополнительный зубчатый венец с внутренними зубьями на центральном колесе, дополнительный ряд промежуточных звеньев, размещенных в дополнительных радиальных пазах обоймы, одними своими зубчатыми концами периодически входящих в зубчатое зацепление с дополнительным зубчатым венцом центрального колеса и вторыми своими концами установленных в дополнительном фигурном пазе кулачка.

2. Передача по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в каждом дополнительном ряде передачи зубья его зубчатого венца, промежуточные звенья и рабочие участки фигурного паза кулачка повернуты вокруг продольной оси передачи относительно соответствующих конструктивных элементов основного ряда передачи на углы, обеспечивающие вхождение промежуточного звена в зубчатое зацепление с зубчатым венцом не позднее момента выхода другого промежуточного звена в соседнем ряде передачи из зубчатого зацепления с соответствующим этому ряду зубчатым венцом.

3. Передача по п.1, 2, отличающаяся тем, что количество рядов передачи определено по округленному до последующего целого числа частному деления целых чисел, равных требуемому количеству дополнительных пар непрерывного зубчатого зацепления, на значение дробной части коэффициента перекрытия зубчатой передачи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3