Волновая зубчатая передача с невращающейся втулочно- роликовой цепью

 

Изобретение относится к машиностроению. Волновая зубчатая передача с невращающейся втулочно-роликовой цепью имеет двухволновой генератор, на котором средними роликами располагается трехрядная втулочно-роликовая цепь. Крайние ролики цепи охватывают два зубчатых колеса, одно из которых, неподвижное, имеет число зубьев, равное числу роликов цепи, второе, ведомое, выполнено с меньшим количеством зубьев. Технический результат - упрощение конструкции. 6 ил.

Изобретение касается конструкции механических передач и направлено на повышение их нагрузочной способности и увеличение передаточного отношения в одной ступени.

В настоящее время наибольшее распространение получили передачи с эвольвентным профилем зубьев. Однако они имеют ряд существенных недостатков.

Контакт зубьев происходит по линии, и в месте контакта в силовых передачах возникают значительные контактные напряжения, т.к. коэффициент перекрытия не превышает 1,3-1,5, т.е. 70-50% времени работает одна пара зубьев.

При работе зубьев эвольвентного профиля одновременно с перекатыванием реализуется проскальзывание, которое тем больше, чем больше передаточное отношение зубчатой пары. Это приводит к потерям мощности и интенсивному износу рабочих поверхностей. Подобные зубчатые передачи позволяют реализовать в одной ступени передаточное отношение i≤6, при i≥6 возрастают габариты передачи и приходится применять многоступенчатые варианты, что приводит к увеличению металлоемкости приводов.

Как альтернатива зубчатым передачам с эвольвентным зацеплением стали появляться передачи с круговым профилем зубьев на одном из колес. Зубья выполнены в виде вращающихся роликов, что позволяет реализовать в месте контакта трение качения. К таким передачам относятся волновые, использующие в качестве гибкого колеса втулочно-роликовые цепи с передаточным отношением в одной ступени 8≤i≤50 и обеспечивающие многопарность зацепления.

Наибольший интерес вызывают волновые зубчатые передачи с применением стандартной трехрядной втулочно-роликовой цепи [1-3].

На фиг. 1 показана конструктивная схема подобной передачи. Кулачок (генератор) состоит из двух эксцентрично расположенных дисков 1 и 2, на которых находятся подшипники качения 3. Нa подшипниках помещены кольца 4 и 5. На эти кольца с небольшим натягом надета стандартная трехрядная втулочно-роликовая цепь 6. Ролики являются зубьями гибкого колеса. На схеме звенья, соединяющие оси роликов, показаны линиями. Кулачок закреплен на входном валу 7. Зубья неподвижного корпуса 8 зацепляются с роликами первых двух рядов. На выходном валу 9 закреплено колесо 10, зубья которого зацепляются с роликами третьего ряда цепи. Число зубьев колеса 10 равно числу роликов цепи. Входной и выходной валы соосны. При повороте кулачка ролики цепи, смещаясь от центра, входят в зацепление с зубьями неподвижного колеса 8 и из-за разности чисел зубьев и роликов цепь будет вращаться вместе с ведомым колесом 10. Подшипники 3 обеспечивают свободное вращение роликов.

К данной передаче применимы все кинематические зависимости, которые справедливы для обычных волновых передач с двухроликовым генератором. Из условия сборки число зубьев неподвижного колеса Z₈ должно быть равным Z₆+2, где Z₆ - число роликов цепи. Тогда передаточное отношение от ведущего звена (генератора) к ведомой цепи определится Ведомое колесо 10 будет вращаться с той же скоростью, т.к. зацепление третьего ряда цепи с этим колесом представляет собой волновую зубчатую муфту.

В результате исследований передачи установлено, что долговечность ее зависит от увеличения шага цепи по мере износа шарниров. На износ шарниров влияет, в частности, и скорость вращения цепи.

Предлагаемое техническое решение позволяет устранить вращение цепи и значительно упростить конструкцию передачи.

Конструктивная схема волновой зубчатой передачи с невращающейся втулочно-роликовой цепью приведена на фиг.2.

На входном валу 1 закреплен двухволновой генератор (кулачок) 2. По контуру кулачка средними роликами располагается трехрядная втулочно-роликовая цепь 3, а крайними роликами она охватывает зубчатые колеса 4 и 5. Неподвижное колесо 4, зацепляющееся с роликами ряда с, имеет число зубьев, равное числу роликов цепи.

Ведомое колесо 5 зацепляется с роликами ряда a и имеет число зубьев, меньшее чем число роликов цепи. Т.к. число роликов цепи равно числу зубьев колеса 4, при вращении кулачка цепь не вращается, а происходит радиальное перемещение роликов, которое приводит к зацеплению роликов ряда a и вращению ведомого колеса 5. Схема взаимодействия звеньев при передаче движения от ведущего кулачка 3 на ведомое колесо 5 показано на фиг.3.

При повороте кулачка 2 движущим моментом Т_кул ролики ряда a, смещаясь по радиусу к центру, будут давить па зубья колеса 5 с силой F_r. При невращающейся цепи 3 колесо 5 под действием пары сил F_t и F_t ^', будет вращаться в направлении, обратном вращению кулачка. Сила F_t ^' действует от диаметрально противоположных роликов ряда а.

Кинематические исследования передачи проводились на макете, изготовленном с параметрами, соответствующими конструктивной схеме, изображенной на фиг. 2: Z₃=12; Z₄=Z₃=12; Z₅=Z₃-2=10; шаг роликов цепи и зубьев колеса 5-t₃= t₅=26 мм; диаметр роликов d=12 мм.

Исполнительные размеры деталей определялись следующим образом.

Делительный диаметр колеса 5 (фиг.4) Диаметр окружности впадин D_вп ⁽⁵⁾ = D₀ ⁽⁵⁾-d = 84,1-12 = 72,1 мм.

Диаметр окружности выступов D_в ⁽⁵⁾ = D₀ ⁽⁵⁾+0,8d = 84,1+9,6 = 93,7 мм.

Для того, чтобы цепь не вращалась, число впадин колеса 4 должно быть равным числу роликов цепи.

Таким образом, для колеса с геометрическими параметрами, рассчитанными при Z=10, предусматриваем 12 зубьев.

Тогда шаг зубьев такого колеса определится из условия Отсюда Для того, чтобы осуществить зацепление, необходимо впадины зубчатого колеса увеличить за счет тела зубьев на величину _ф-t⁴=26-21,8=4,2 мм, здесь t_ф=26 мм - фиктивный шаг.

Следует отметить, что с увеличением числа зубьев разность t_ф-t⁴ уменьшается.

Размеры неподвижного колеса 4 показаны на фиг.5.

Наименьший диаметр кулачка d_к принят равным диаметру окружности впадин зубчатых колес 4 и 5.

Наибольший диаметр кулачка равен
D_к = D_в ⁽⁵⁾+0,8d = 93,7+9,6=103,3 мм.

Кинематически предлагаемая передача также подобна двухволновой зубчатой. Отсюда передаточное отношение определится

Знак "минус" показывает, что ведомое колесо вращается в направлении, противоположном вращению кулачка 2.

Принципы работы передачи исследовались на макете (фиг. 6). Подтверждена возможность зацепления и передачи движения предлагаемой конструкцией механической передачи, а также равенство передаточного отношения определенному аналитически. Па макете использована однорядная цепь с удлиненными неразрезанными роликами.

Источники информации
1. Цепная волновая передача. "Детали машин", ЭИ, реф. 108, ВИНИТИ, 1964, 2.

2. Сычев А.А. К вопросу профилирования зубьев волновых передач с роликовой цепью // В сб. "Материалы конференций 1968 г. Физика. Теория механизмов и машин". Ижевск, изд-во "Удмуртия", 1969.

3. Сычев. А.А. Волновая передача с применением стандартной многорядной втулочно-роликовой цепи // Вестник машиностроения, 1971. - 9. - С.41-43.

Формула изобретения

Волновая зубчатая передача, содержащая волновой генератор, два зубчатых колеса, одно из которых неподвижное, гибкое колесо в виде трехрядной втулочно-роликовой цепи, размещенной соосно с зубчатыми колесами, при этом трехрядная втулочно-роликовая цепь средними роликами располагается по контуру генератора, а роликами крайних рядов охватывает оба зубчатых колеса, из которых второе является ведомым, отличающаяся тем, что число зубьев неподвижного колеса равно числу роликов цепи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6