ПЕРЕДАЧА С ПРОМЕЖУТОЧНЫМИ ЗВЕНЬЯМИ Российский патент 1995 года по МПК F16H25/08 

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

Известно устройство по авт.св. N 1772488, содержащее соосные быстроходный и тихоходный валы, кулачок, закрепленный на быстроходном валу, неподвижное, центральное зубчатое колесо, обойму с радиальными пазами, закрепленную на тихоходном валу, и промежуточные звенья, размещенные в пазах обоймы и установленные одним концом в фигурном пазу кулачка, а на другом конце имеющие зуб, предназначенный для взаимодействия с зубчатым колесом, 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, вследствие чего взаимодействующие с ним промежуточные звенья совершают возвратно-поступательные перемещения в пазах обоймы.

При перемещении промежуточных звеньев в сторону от оси вращения кулачка зуб промежуточного звена входит в зацепление с неподвижным центральным колесом. После выполнения их полного зубчатого зацепления кромки паза кулачка выводят промежуточное звено из этого зацепления, перемещают его в сторону оси вращения кулачка в исходное состояние и удерживают в этом состоянии до следующего цикла ввода промежуточных звеньев в зацепление с центральным колесом.

Вследствие различия чисел зубьев колеса и промежуточных звеньев в процессе этих зацеплений возникают усилия, вызывающие угловое перемещение промежуточных звеньев, связанной с ними обоймы и закрепленного с ней тихоходного вала относительно неподвижного центрального колеса.

Недостаток этого устройства - большая потеря энергии на преодоление трения скольжения при возвратно-поступательных движениях промежуточных звеньев в радиальных пазах обоймы.

Целью изобретения является увеличение коэффициента полезного действия (КПД) передачи. Устранение нагружения быстроходного и тихоходного валов продольными усилиями для варианта 2-венцовой передачи; уменьшение силовых напряжений в центральном зубчатом колесе для варианта 4-венцовой передачи.

На фиг. 1 изображена передача с промежуточными звеньями, продольный разрез; на фиг. 2 - вариант передачи с дополнительным зубчатым венцом (2-венцовая передача), продольный разрез; на фиг. 3 - вид А на фиг. 2; на фиг. 4 - вид Б на фиг. 2; на фиг. 5 - вариант 4-венцовой передачи, продольный разрез; на фиг. 6 - развертки 2-венцового и 4-венцового центрального зубчатого колеса и изображения их в виде простых балок с приложенными усилиями зацеплений промежуточных звеньев.

Передача (фиг. 1, а также фиг. 3 для другого варианта передачи, на которой размещение промежуточных звеньев относительно зубчатого венца идентично) содержит соосные быстроходный 1 и тихоходный 2 валы, кулачок 3 барабанного типа, закрепленный на быстроходном валу, неподвижное центральное зубчатое колесо 4, с зубчатым венцом 5 внутреннего конического зацепления, обойму 6, закрепленную на тихоходном валу 2, промежуточные звенья 7, с коническим зубом 8 на одном конце и с установленным в замкнутом пазу 9 кулачка 3 вторым концом 10, выполненные в виде рычага и размещенные в радиальных пазах 11 обоймы 6 на опорах вращения, содержащих подшипники 12 качения и оси 13, закрепленные в поперечной плоскости обоймы.

Передача работает следующим образом.

В процессе работы кулачок 3 вращается с частотой быстроходного вала 1. Паз 9 кулачка воздействует на концы 10 звеньев, которые совершают колебания относительно осей 13 в диаметральных плоскостях передачи (плоскостях, проходящих через продольную ось 14 передачи). При этом концы звеньев с зубом 8 совершают движения в направлениях к венцу - от венца.

В процессе движения зуба 8 в сторону венца 5 происходит зацепление звена 7 с неподвижным колесом 4. После выполнения полного зацепления зуба 8 с венцом 5 колеса рассматриваемое звено выводится пазом 9 кулачка из этого зацепления, т. е. звено поворачивается на оси 13 и отводит зуб 8 в сторону от венца 5. Одновременно зуб 8 последующего звена 7 вводится в зацепление с венцом 5 и далее процесс ввода в зацепление - вывода из этого зацепления повторяется.

Для уменьшения трения в процессе колебаний звеньев 7 на осях 13 установлены подшипники 12 качения, вследствие чего увеличивается КПД передачи, так как потери энергии на трение качения меньше потерь на трение скольжения в передаче-прототипе.

Вследствие различия чисел зубьев венца 5 и звеньев 7 в процессе зубчатых зацеплений возникают усилия, вызывающие угловое перемещение звеньев относительно неподвижного колеса 4 в направлении, лежащем в поперечной плоскости (плоскости, перпендикулярной продольной оси 14 передачи). Это перемещение через заделку оси 13 передается на обойму 6 и, следовательно, закрепленный с обоймой тихоходный вал 2 поворачивается относительно неподвижного колеса.

Недостатком этой передачи является возникающее в процессе зацеплений звеньев 7 с колесом 4 осевое усилие, которое передается на быстроходный 1 и тихоходный 2 валы.

На фиг. 2, 3, 4 показана передача, свободная от этого недостатка. Для этого на центральном зубчатом колесе 4 выполнен дополнительный зубчатый венец 15 внутреннего конического зацепления, а на промежуточных звеньях выполнены дополнительные, ответные этому венцу, конические зубья 16.

Передача работает аналогично описанной выше со следующей особенностью. В процессе вывода промежуточного звена 7 из зубчатого зацепления при движении зуба 8 от венца 5 паз 9 кулачка 3 поворачивает звено на оси 13 в промежуток между зубчатыми венцами 5 и 15. В последующем паз 9 кулачка продолжает поворот звена 7 в прежнем направлении, при этом зуб 16 звена входит в зацепление с зубчатым венцом 15.

Вследствие различия числа зубьев зубчатого венца 15, равного числу зубьев венца 5, и числа промежуточных звеньев в процессе зубчатых зацеплений возникают дополнительные усилия, которые суммируются с основными подобными усилиями, вызывающими угловое перемещение звеньев, которое передается на обойму 6 и тихоходный вал 2 в соответствии с описанным в работе предыдущей передачи.

При работе любой такой передачи в зубчатом зацеплении с колесом 4 постоянно находятся по крайней мере одно звено 7 с зубчатым венцом 5 и соответствующее одно звено 7 с зубчатым венцом 15. Возникающие при этом распорные усилия в направлениях продольной оси 14 в каждом зацеплении равны по значению и направлены противоположно, т.е. эти усилия нейтрализуются (воспринимаются колесом 4) и не передаются на валы 1 и 2.

Недостатком этой передачи является нагружение центрального зубчатого колеса распорными усилиями зацеплений, создающими изгибающие моменты и ухудшающими условия эксплуатации этого колеса, потому что уменьшают его прочность. Этот недостаток упрощенно поясняется фиг. 6, на которой показана развертка 17 2-венцового центрального зубчатого колеса передачи, изображенной на фиг. 2, 3, 4, с распорными усилиями Р₁...Р₄ зацеплений звеньев 7, соответствующими изображенному на фиг. 2 пазу 9 кулачка 3. Развертка 17 упрощена до простой балки 18 и на ней показаны действующие силы Р₁-Р₄, нагружающие ее изгибающими моментами.

На фиг. 5 показана передача, в которой с целью уменьшения силовых напряжений в колесе 4 дополнительно по сравнению с предыдущей передачей выполнены следующие конструктивные элементы: два зубчатых венца внутреннего конического зацепления, из которых один венец 19 размещен внутри, а другой венец 20 снаружи колеса 4; промежуточные звенья 21 с коническими зубьями 22 и 23, ответными венцами 19 и 20 соответственно, и концом 24, размещенные в дополнительных радиальных пазах 25 обоймы 6 на дополнительных подшипниках 26 качения и осях 27, закрепленных на обойме 6; замкнутый паз 28 на кулачке 3, размещенный зеркально пазу 9 относительно поперечной плоскости этого кулачка.

Концы 24 звеньев 21 установлены в пазу 28. Число зубьев венцов 19 и 20 равно числу зубьев венцов 5 и 15, число звеньев 21 равно числу звеньев 7 соответственно. Звенья 7,21 размещены в одних и тех же диаметральных (продольных) соответствующих плоскостях передачи.

В процессе работы кулачок 3 вращается с частотой быстроходного вала 1. Звенья 21 совершают колебания на подшипниках 26 качения относительно осей 27 при воздействии паза 28 кулачка на их концы 24, при этом входят в зубчатое зацепление с колесом 4 - выходят из этого зацепления. Процесс передачи вращения с быстроходного вала 1 на тихоходный вал 2 аналогичен описанному выше.

В связи с зеркальным размещением пазов и 28 кулачка колебания звеньев 7 и 21 совершаются в противоположных направлениях в каждой диаметральной плоскости, содержащей эти звенья. Поэтому распорные усилия, возникающие в процессе зацеплений зубьев 22 и 23 звеньев 21 с венцами 19 и 20 соответственно, напpавлены противоположно усилиям зацеплений звеньев 7 с венцами 5 и 15 в каждой из рассматриваемой диаметральной плоскости.

На фиг. 6 показаны точки приложения и направления распорных усилий Р₁-Р₈ зацеплений на развертке 29 4-венцового колеса 4. Развертка 29 упрощена до простой балки 30 и на ней показаны действующие силы Р₁-Р₈. Действующие силы нейтрализуются, изгибающие моменты отсутствуют, т.е. уменьшаются силовые напряжения в центральном зубчатом колесе 4 и, следовательно, повышается прочность при эксплуатации.

Устройство отличаются от прототипа: введением одного конца промежуточных звеньев в зубчатое зацепление с центральным зубчатым колесом - выведение из этого зацепления осуществляется поворотами звеньев на опорах вращения, содержащих подшипник качения и ось, при воздействии на второй их конец замкнутого паза вращающегося кулачка; увеличенным КПД; дополнительными зубчатыми зацеплениями промежуточных звеньев с центральным колесом в 2-венцовой передаче, численно равными основным зацеплениям; удвоенным количеством некоторых конструктивных элементов и увеличенным в 4 раза количеством областей зацеплений звеньев с колесом в 4-венцовой передаче.

Изобретение относится к машиностроению. Передача обладает повышенным коэффициентом полезного действия, варианты передач обладают отсутствием радиального нагружения быстроходного и тихоходного валов, уменьшенными силовыми напряжениями в центральном зубчатом колесе. Преимущество предложенного устройства по сравнению с известными достигается использованием в узле связи промежуточного звена с обоймой подшипника качения вместо скользящего соединения. Отсутствие радиального нагружения валов достигается нейтрализацией распорных усилий зубчатых зацеплений в теле центрального зубчатого колеса за счет выполнения дополнительного противоположно направленного зубчатого зацепления промежуточных звеньев с этим колесом. Уменьшение напряжений в колесе достигается устранением изгибающих моментов на участках колеса между соседними областями распорных усилий зубчатых зацеплений за счет нейтрализации этих усилий путем выполнения противоположно направленных зацеплений двух рядов промежуточных звеньев с 4-венцовым центральным зубчатым колесом. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. ПЕРЕДАЧА С ПРОМЕЖУТОЧНЫМИ ЗВЕНЬЯМИ, содержащая соосные быстроходный и тихоходный валы, кулачок барабанного типа, закрепленный на быстроходном валу, неподвижное центральное зубчатое колесо, обойму с радиальными пазами, закрепленную на тихоходном валу, промежуточные звенья, размещенные в пазах обоймы и установленные каждый одним своим концом в пазу кулачка, причем кулачок, промежуточные звенья и центральное колесо расположены коаксиально, а число зубьев колеса выбрано большим или меньшим числа промежуточных звеньев, отличающаяся тем, что центральное колесо выполнено с зубчатым венцом внутреннего конического зацепления, промежуточные звенья выполнены в виде рычага с опорой вращения, содержащей подшипник качения и ось, закрепленную в поперечной плоскости обоймы, установлены с возможностью качания в диаметральных плоскостях передачи и имеют каждый на втором своем конце конический зуб, предназначенный для зацепления с зубчатым венцом центрального колеса, а паз кулачка выполнен замкнутым. 2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что на центральном колесе выполнен дополнительный зубчатый венец внутреннего конического зацепления, а на размещенных между зубчатыми венцами концах каждого промежуточного звена выполнен дополнительный конический зуб, предназначенный для взаимодействия с дополнительным венцом. 3. Передача по п.2, отличающаяся тем, что в центральном колесе выполнены два дополнительных зубчатых венца внутреннего конического зацепления с числом зубьев, одинаковым с числом зубьев основных венцов, в обойме выполнен дополнительный ряд радиальных пазов, в которых размещен дополнительный ряд промежуточных звеньев, численно равных и конструктивно одинаковых основному ряду, с аналогичными опорами вращения, содержащими подшипники качения и оси, закрепленные в поперечной плоскости обоймы, концы промежуточных звеньев с коническими зубьями размещены в пространстве между дополнительными венцами центрального колеса, на кулачке выполнен дополнительный замкнутый паз, расположенный зеркально основному пазу относительно поперечной плоскости кулачка и предназначенный для размещения в нем концов дополнительного ряда промежуточных звеньев, каждое из которых размещено в той же диаметральной плоскости, в которой расположено соответствующее промежуточное звено основного ряда.