ДВУХПОТОЧНАЯ ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 1996 года по МПК B60K17/32 F16H1/22 

Техническое решение относится к трансмиссиям транспортных средств и касается двухпоточных зубчатых передач, служащих для привода колес.

Известна двухпоточная несоосная зубчатая передача, содержащая ведущее зубчатое колесо и расположенные на подшипниках в корпусе зубчатой передачи промежуточные и ведомое зубчатые колеса, при этом оси ведущего и промежуточных зубчатых колес расположены в одной плоскости (см. патент ФРГ N 3027806, кл. B 60 K 17/22).

Преимуществом конструкции согласно упомянутому патенту является высокая степень нейтрализации усилий, действующих на зубья ведущего зубчатого колеса, что позволяет выполнить его плавающим и добиться практически полного равенства усилий в зацеплении ведущего зубчатого колеса с обоими промежуточными зубчатыми колесами.

Однако при размещении осей промежуточных зубчатых колес в одной плоскости с ведущим зубчатым колесом получаются весьма значительные размеры промежуточных зубчатых колес, из-за чего получается большой габаритный размер зубчатой передачи в целом, что препятствует размещению передачи такого типа внутри автомобильных колес и, следовательно, сужает область применения двухпоточной зубчатой передачи в качестве бортового редуктора ведущего моста транспортного средства. Этот недостаток зубчатой передачи особенно проявляется при значениях передаточных чисел, равных трем и менее. Однако применение бортовых редукторов с низким передаточным числом в ряде случаев является весьма перспективным. Например, в ведущих мостах автобусов снижение передаточного числа колесной или бортовой передачи ведущего моста позволяет снизить при той же скоpости движения транспортного средства линейную скорость зубчатых колес главной передачи моста, а, следовательно, существенно снизить шум моста, то есть существенно повлиять на важнейший эксплуатационный показатель автобуса.

Известна двухпоточная зубчатая передача, содержащая ведущее зубчатое колесо, находящееся в зацеплении одновременно с двумя промежуточными зубчатыми колесами, которые жестко закреплены на валах, установленных в корпусе на подшипниках качения и несущих дополнительные зубчатые колеса, находящиеся в зацеплении с ведомым зубчатым колесом, причем плоскость, в которой расположены оси промежуточных зубчатых колес, смещена от ведущего зубчатого колеса в сторону ведомого зубчатого колеса, ведущее зубчатое колесо установлено на роликовых подшипниках в специальных обоймах, опирающихся на два цилиндрических стержня, установленных в корпусе зубчатой передачи (см. патент в США N 4312244, кл. 74/410, опубл. 26.01. 1982 г.).

При указанном взаимном расположении зубчатых колес двухпоточная зубчатая передача получается гораздо более компактной, особенно при передаточном числе меньшем трех.

При передаче крутящего момента через указанную зубчатую передачу обоймы, в которых расположено ведущее зубчатое колесо, упираются в один из упомянутых стержней и поворачиваются вокруг него в положение, при котором становятся равными поворотные моменты, действующие на обоймы от усилий, возникающих в зацеплениях ведущего и промежуточных зубчатых колес. При изменении направления крутящего момента, передаваемого ведущим зубчатым колесом, упомянутые обоймы упираются в другой стержень и поворачиваются вокруг него в пределах зазоров между ними и первым упомянутым стержнем. Для осуществления беспрепятственного перемещения ведущего зубчатого колеса вместе с обоймами для его самоустановки во время передачи крутящего момента необходимы достаточно большие зазоры между обоймами и стержнями, то есть такие, которые не стесняют обоймы при их повороте вокруг одного из стержней. Однако наличие таких зазоров нарушает правильность зацепления ведущего зубчатого колеса с промежуточными зубчатыми колесами и отражается на распределении нагрузки между ними, что снижает их срок службы.

Известна двухпоточная несоосная зубчатая передача, содержащая ведущее зубчатое колесо и установленные на подшипниках в корпусе зубчатой передачи промежуточные и ведомое зубчатые колеса, при этом оси ведущего и ведомого зубчатых колес размещены по разные стороны от плоскости, в которой расположены оси промежуточных зубчатых колес, ведущее зубчатое колесо установлено на подшипниках в ползуне, выполненном в виде автономного корпуса, сопряженного с элементами корпуса зубчатой передачи через две плоские опорные площадки, обращенные своими рабочими поверхностями в противоположные стороны и параллельные между собой и плоскости, проходящей через ось ведущего зубчатого колеса между осями ведомого и одного из промежуточных зубчатых колес и повернутой от плоскости, в которой расположены оси ведущего и ведомого зубчатых колес, в сторону, противоположную направлению вращения ведущего зубчатого колеса на переднем ходу (см. авторское свидетельство N 1768829, кл. F 16 H 1/22, B 60 K 17/32, 18.10.1990 г.).

Для достижения равенства усилий в зацеплении ведущего зубчатого колеса с промежуточными зубчатыми колесами величина угла поворота упомянутой плоскости относительно плоскости, в которой расположены оси ведущего и ведомого зубчатых колес, должна быть равна углу зацепления ведущего и промежуточных зубчатых колес.

Выполнение на ползуне плоских опорных площадок однозначно определяет направление опорных реакций, действующих на ползун. Направление усилий, действующих на зубья ведущего зубчатого колеса, также жестко определено геометрией зубчатой передачи, а именно углами зацепления с промежуточными зубчатыми колесами и углами между прямыми, соединяющими центры зубчатых колес.

Таким образом, направление действия всех сил, составляющих многоугольник сил равновесия ползуна, жестко определено, а, следовательно, строго постоянно. При расположении плоских площадок под углом, равном углу зацепления ведущего и промежуточных зубчатых колес вне зависимости от угла между прямыми, соединяющими центры ведущего и промежуточных зубчатых колес, многоугольник сил, описывающий равновесие ползуна, представляет собой равносторонний треугольник, равные стороны которого соответствуют усилиям в зацеплении ведущего зубчатого колеса с промежуточными, то есть обеспечивается постоянное равенство усилий в зацеплении ведущего зубчатого колеса с каждым из промежуточных. Благодаря этому, в данной зубчатой передаче стабильно обеспечивается надлежащее распределение усилий между промежуточными колесами на основном режиме работы при любом угле между плоскостью, в которой расположены оси промежуточных зубчатых колес, и плоскостью расположения одного из промежуточных колес и оси ведущего зубчатого колеса.

Но конструкция этой зубчатой передачи усложнена, так как содержит множество деталей, таких, например, как ползун, поворотные стержни, стопорные и уплотнительные кольца поворотных стержней. Кроме того, картерные детали имеют дополнительные совместно обрабатываемые поверхности, служащие для установки поворотных стержней.

Задачей, решаемой представленным техническим решением, является упрощение конструкции двухпоточной несоосной зубчатой передачи без ухудшения равномерности и стабильности распределения усилий, действующих на зубья промежуточных зубчатых колес.

Для этого в двухпоточной несоосной зубчатой передаче, содержащей ведущее зубчатое колесо и установленные на подшипниках в корпусе зубчатой передачи промежуточные и ведомое зубчатые колеса, ведущее зубчатое колесо расположено в серьгах, которые установлены по разные стороны одного из промежуточных зубчатых колес на его опорном элементе с возможностью поворота относительно него.

Причем опорный элемент промежуточного зубчатого колеса, на котором установлены упомянутые серьги, смещен от оси ведущего зубчатого колеса навстречу нормальному направлению вращения ведомого зубчатого колеса, при этом угол между плоскостью, в которой расположены оси промежуточных зубчатых колес, и плоскостью, в которой расположены оси ведущего и промежуточного зубчатых колес, равен углу зацепления ведущего и промежуточного зубчатых колес.

При установке ведущего зубчатого колеса в серьгах, охватывающих опорный элемент промежуточного зубчатого колеса, и размещении осей этих зубчатых колес в плоскости, расположенной относительно плоскости расположения осей промежуточных зубчатых колес под углом, равным углу зацепления ведущего и промежуточного зубчатых колес, усилия в зацеплении ведущего зубчатого колеса с обоими промежуточными зубчатыми колесами при обычном режиме их работы получаются одинаковыми при весьма простой конструкции двухпоточной зубчатой передачи, что обеспечивает ее надежность и минимальную металлоемкость, а также снижение затрат на ее производство. При этом, благодаря тому, что плоскость, в которой расположены оси промежуточных зубчатых колес, смещена от оси ведущего зубчатого колеса в сторону ведомого колеса, размеры промежуточных зубчатых колес получаются близкими к размеру ведущего зубчатого колеса. Это дополнительно обеспечивает снижение металлоемкости зубчатой передачи и ее компактность, что позволяет удобно разместить ее в ведущем мосту транспортного средства.2 В этой двухпоточной зубчатой передаче опорный элемент промежуточного зубчатого колеса может быть выполнен в виде пальца с буртом на одном из концов, а каждая упомянутая серьга может быть выполнена в виде пластины с отверстиями, охватывающей упомянутый опорный элемент и ступицу ведущего зубчатого колеса, при этом у одной из серег ее участок, охватывающий опорный элемент, может быть сопряжен со стенкой корпуса зубчатой передачи и с торцем ступицы промежуточного зубчатого колеса, а у другой серьги аналогичный участок может быть сопряжен с противоположным торцем ступицы этого зубчатого колеса и с уступом на упомянутом пальце, причем ведущее зубчатое колесо может быть установлено в серьгах на роликовых подшипниках, имеющих два внутренних борта на наружных кольцах, сопряженных с корпусом торцами.

При таком техническом решении конструкция двухпоточной зубчатой передачи получается и очень простой и технологичной, при этом упомянутые серьги играют роль не только опоры ведущего зубчатого колеса, но и проставки между промежуточным зубчатым колесом и корпусом, которая фиксирует расположенные внутри промежуточного зубчатого колеса тела качения, образующие подшипник этого зубчатого колеса.

На фиг. 1 изображен продольный разрез двухпоточной зубчатой передачи по ведущим валам.

На фиг. 2 разрез зубчатой передачи плоскостью, перпендикулярной осям зубчатых колес.

На фиг. 3 разрез зубчатой передачи по осям промежуточных и ведущего зубчатых колес.

На фиг. 4 представлена схема распределения усилий на звеньях зубчатой передачи при движении транспортного средства вперед, то есть на основном режиме работы.

На фиг. 5 схема распределения усилий на звеньях зубчатой передачи при движении транспортного средства задним ходом.

Двухпоточная зубчатая передача содержит корпус 1, в котором расположены ведомое зубчатое колесо 2, одинаковые промежуточные зубчатые колеса 3 и 4 (фиг. 2) и ведущее зубчатое колесо 5. Каждое из промежуточных зубчатых колес 3 и 4 зацеплено с ведомым зубчатым колесом 2 и с ведущим зубчатым колесом 5. Плоскость, в которой размещены оси промежуточных зубчатых колес 3 и 4, расположена между осями ведущего и ведомого зубчатых колес 5 и 2. Или иначе говоря, оси ведущего и ведомого зубчатых колес размещены по разные стороны от плоскости, в которой расположены оси промежуточных зубчатых колес 3 и 4.

Ведущее зубчатое колесо 5 установлено на роликовых подшипниках 6 и 7 (фиг. 3) в серьгах 8 и 9, которые установлены по разные стороны промежуточного зубчатого колеса 3 на пальце 10, образующем опорный элемент этого зубчатого колеса, и имеют возможностью поворота относительно пальца 10 вокруг его оси. Благодаря тому, что серьги 8 и 9 шарнирно закреплены на пальце 10, они образуют плавающую опору для зубчатого колеса 5. Одновременно серьги 8 и 9 служат для осевой фиксации зубчатого колеса 3.

Плоскость, проведенная через ось ведомого зубчатого колеса 2 и ось пальца 10, несущего серьги 8 и 9, повернута вокруг оси ведомого колеса 2 от плоскости, в которой расположены оси ведущего 5 и ведомого 2 зубчатых колес, в сторону, противоположную нормальному направлению вращения ведомого зубчатого колеса 2, то есть направлению его вращения при движении транспортного средства передним ходом.

Установка ведущего зубчатого колеса 5 посредством подшипников 6 и 7 (фиг. 3) в серьгах 8 и 9, имеющих возможность свободно покачиваться на пальце 10, позволяет оси ведущего колеса 5 беспрепятственно перемещаться по дуге вокруг промежуточного зубчатого колеса 3 в пределах боковых зазоров в зацеплении зубчатого колеса 5 с зубчатым колесом 4.

Угол между плоскостью, в которой расположены оси зубчатых колес 3 и 4, и плоскостью, в которой расположены оси зубчатых колес 3 и 5, равен углу зацепления ведущего и промежуточного зубчатых колес или близок к нему.

На пальце 11 промежуточного зубчатого колеса 4 вместо серег установлены дистанционные шайбы 12 и 13, необходимые для осевой фиксации зубчатого колеса 4 на пальце 11.

Ведущее зубчатое колесо 5 соединено шлицами с ведущим валом 14 (фиг. 1), а ведомое зубчатое колесо 2 соединено шлицами с ведомым валом 15.

Ведущий вал 14 имеет привод от межколесного дифференциала 16, корпус 17 которого соединен с ведомым коническим зубчатым колесом 18 главной передачи ведущего моста транспортного средства.

Ведомый вал 15 соединен со ступицей 19 колеса транспортного средства. Ведомое зубчатое колесо 2, охватывающее этот вал 15, установлено в корпусе 1 на подшипниках качения 20 и 21.

Роликовые подшипники 6 и 7 (фиг. 3), на которых в серьгах 8 и 9 установлено ведущее зубчатое колесо 5, выполнены без внутренних колец. Дорожки качения для их роликов 22 образованы непосредственно на ступице зубчатого колеса 5 у выполненных на ней уступов, служащих для осевой фиксации зубчатого колеса 5 с помощью упомянутых роликов. Наружные кольца подшипников 6 и 7 имеют по два внутренних бурта для фиксации в них роликов 22 и, следовательно, самого зубчатого колеса 5. Торцы наружных колец подшипников 6 и 7 сопряжены со стенками или с крышками корпуса 1.

Серьги 8 и 9 выполнены в виде пластин, расположенных параллельно стенкам корпуса 1 в зазоре между ними и зубчатыми колесами 3 и 5. Участок серьги 9, охватывающий палец 10, сопряжен со стенкой корпуса 1 и с торцем ступицы зубчатого колеса 3. Аналогичный участок серьги 8 сопряжен с противоположным торцем ступицы зубчатого колеса 3 и с уступом на пальце 10, образованным на нем между буртом 23 и остальной его частью, на которой на роликах 24 установлено зубчатое колесо 3. Таким образом, и зубчатое колесо 3 и ролики 24, образующие его подшипник качения, зафиксированы в осевом направлении на пальце 10 с помощью серег 8 и 9. Сам палец 10 зафиксирован с помощью установленной напротив его торца пластины 25, соединенной с корпусом 1 болтами.

При движении транспортного средства передним ходом крутящий момент с ведущего вала 14 передается на ведущее зубчатое колесо 5, которое, поворачиваясь, упирается своим зубом в зуб одного из промежуточных зубчатых колес (3 или 4).

Для работы зубчатой передачи, в том числе двухпоточной, без заклинивания между зубьями ее зубчатых колес необходимы гарантированные боковые зазоры.

Из-за отклонений размеров деталей зубчатой передачи от номинальных значений суммы величин боковых зазоров между зубьями каждого из промежуточных колес 3 и 4 и сопряженных с ними ведущего 5 и ведомого 2 зубчатых колес не одинаковы.

Моменту начала движения транспортного средства предшествует стадия устранения этих боковых зазоров. Оно происходит во время поворота ведущего зубчатого колеса 5.

Так как суммарные боковые зазоры между зубьями каждого из промежуточных зубчатых колес и сопряженных с ними ведущего и ведомого зубчатых колес неодинаковые, то первоначально зазоры устраняются в сопряжениях с зубчатыми колесами 2 и 5 одного из промежуточных зубчатых колес. При завершении устранения зазоров между зубьями этого промежуточного колеса и зубьями ведущего и ведомого колес остаются некоторые весьма малые зазоры между зубьями другого промежуточного колеса и зубьями колес 2 и 5.

Если бы в двухпоточной зубчатой передаче было бы фиксированным положение осей всех четырех зубчатых колес, то тогда крутящий момент от вала 14 передавался бы от ведущего колеса 5 только через то промежуточное зубчатое колесо, у которого устранены боковые зазоры между его зубьями и зубьями ведущего и ведомого колес. В противном случае промежуточное зубчатое колесо, у которого боковые зазоры между его зубьями и зубьями колес 2 и 5 остались неустраненными, и вращалось бы вхолостую, не участвуя в передаче усилий.

Но поскольку в заявленной двухпоточной зубчатой передаче ведущее зубчатое колесо 5 установлено в серьгах 8 и 9, то оно вместе с его осью имеет возможность перемещаться, опираясь о зуб того промежуточного зубчатого колеса, у которого устранены боковые зазоры. При смещении ведущее колесо 5 поворачивается вокруг своей оси и, значит, поворачивает второе промежуточное зубчатое колесо, в результате чего устраняются зазоры между зубьями второго промежуточного колеса и зубьями ведомого колеса 2. После этого начинается передача усилий от ведущего зубчатого колеса 5 к ведомому колесу 2 через оба промежуточных зубчатых колеса 3 и 4.

Величина смещения оси зубчатого колеса 5 из-за малой величины боковых зазоров между зубьями весьма мала. Поэтому такое смещение полностью обеспечивается зазорами в сочленениях вала 14 с зубчатым колесом 5 и с полуосевым зубчатым колесом дифференциала 16, а также с сочленении ступицы упомянутого полуосевого зубчатого колеса с корпусом 17 дифференциала.

Если нет сопротивления, то со стороны другого зубчатого колеса из-за наличия зазора, ось зубчатого колеса 5 поворачивается на серьгах 8 и 9 относительно пальца 10 промежуточного зубчатого колеса 3, приближаясь к ведомому зубчатому колесу 2, если имеет место упор в зубья промежуточного зубчатого колеса 3, и удаляясь от ведомого колеса 2, если имеет место упор в зубья промежуточного зубчатого колеса 4, до полной выборки бокового зазора со вторым промежуточным зубчатым колесом.

Результирующее усилие P_Σ на элементы корпуса 1 зубчатой передачи со стороны ведущего зубчатого колеса 5 может передаваться только в одном направлении: в направлении А (фиг. 2) вдоль серег 8 и 9, работающих на растяжение, т.е. под углом, равным углу a зацепления ведущего зубчатого колеса с промежуточным. При таком направлении результирующего усилия и противоположной ему опорной реакции многоугольник сил равновесия ведущего зубчатого колеса 5 представляет собой равнобедренный треугольник (см. фиг. 4), т.е. независимо от внешних факторов обеспечивается равенство усилий P₁ и P₂ в зацеплении ведущего зубчатого колеса с обоими промежуточными зубчатыми колесами.

Практически может иметь место неполное совпадение величины угла, образованного плоскостью расположения осей промежуточных зубчатых колес и плоскостью расположения оси ведущего зубчатого колеса 5 и оси промежуточного зубчатого колеса 3, с углом зацепления ведущего и промежуточного зубчатых колес, выражающегося разностью упомянутых углов Da. Последнее возможно в результате:
приближенного выбора упомянутого угла при проектировании;
изменения угла в результате перемещения оси ведущего зубчатого колеса в процессе выборки боковых зазоров между зубьями ведущего и промежуточных зубчатых колес.

В том случае возникает некоторая разница усилий, действующих на зубья промежуточных зубчатых колес.

Коэффициент неравномерности в процентах, представляющий собой отношение арифметической суммы усилий на зубьях обоих промежуточных зубчатых колес к удвоенному наименьшему из них, может быть определен по формуле:
K = [1 + tgαtg(Δα + ΔΦ)]•100,
где k коэффициент неравномерности распределения усилий между промежуточными зубчатыми колесами;
α угол зацепления ведущего и промежуточного зубчатых колес;
Da отклонение величины угла зацепления зубчатых колес от номинального значения;
Dv изменение угла наклона серег ведущего зубчатого колеса в процессе выборки боковых зазоров между зубьями ведущего и промежуточных зубчатых колес.

Угол Dv практически не превышает 0,1^o.

Чтобы коэффициент неравномерности распределения усилий между промежуточными зубчатыми колесами не превышал 1% значение Da не должно превышать ± 1,5^o.

Крутящий момент, передаваемый промежуточными зубчатыми колесами, суммируется на ведомом зубчатом колесе 2 и передается к колесу транспортного средства через ведомый вал 15.

Если, наряду с основным направлением вращения или направлением передачи крутящего момента, имеет место обратное направление, например, при давлении транспортных машин задним ходом или на режиме торможения двигателем, распределение усилий на ведущем зубчатом колесе существенно изменяется (см. фиг. 5). Равнодействующая усилий в зацеплении зубчатых колес на этом режиме воспринимается теми же серьгами, но в этом случае работающими на сжатие.

Треугольник сил равновесия ведущего зубчатого колеса характеризуется значительной разностью составляющих его усилий. Коэффициент неравномерности распределения усилий в этом случае определяется по формуле:

При угле зацепления, составляющем, например 20^o, K_з.х. 1,43.

Для большинства безрельсовых транспортных средств нагрузки при торможении двигателем на заднем ходу в 1,5 и более раз меньше, чем на основном режиме работы и время их действия также значительно меньше времени действия нагрузок на основном режиме. Поэтому работа зубчатой передачи на режиме противоположного вращения или противоположного приложения крутящего момента не оказывает существенного отрицательного влияния на надежность зубчатой передачи.

Таким образом, представленная конструкция двухпоточной зубчатой передачи будучи проще известных конструкций, обеспечивает практически равноценную равномерность и стабильность распределения усилий, действующих на зубья промежуточных зубчатых колес.

Кроме того, такая зубчатая передача более компактна по сравнению с известными двухпоточными зубчатыми передачами и поэтому имеет дополнительное преимущество при использовании, например, в качестве бортовой передачи транспортного средства.

Использование: техническое решение касается зубчатой передачи, используемой для привода колес транспортных средств. Сущность изобретения: зубчатая передача содержит ведущее зубчатое колесо 5, от которого крутящий момент через два зацепляющихся с ним промежуточных зубчатых колеса передается на ведомое зубчатое колесо. Для выравнивания усилий зубчатое колесо 5 установлено на подшипниках 6 и 7 в серьгах 8 и 9, шарнирно закрепленных на пальце промежуточного зубчатого колеса. Плоскость, проведенная через ось ведомого зубчатого колеса и ось пальца, несущего серьги, повернута относительно плоскости, в которой расположены оси ведущего 5 и ведомого зубчатых колес, в сторону, противоположную направлению вращения ведомого зубчатого колеса на переднем ходу. Угол между плоскостью, в которой расположены оси зубчатых колес, и плоскостью, в которой расположены оси промежуточного зубчатого колеса и колеса 5, равен углу зацепления ведущего и промежуточного зубчатых колес или близок к нему. 5 ил.

1. Двухпоточная зубчатая передача, содержащая ведущее зубчатое колесо и установленные на подшипниках в корпусе зубчатой передачи промежуточные и ведомое зубчатые колеса, при этом плоскость, в которой размещены оси промежуточных зубчатых колес, расположена между осями ведущего и ведомого зубчатых колес, отличающаяся тем, что ведущее зубчатое колесо расположено в серьгах, которые установлены по разные стороны промежуточного зубчатого колеса на его опорном элементе с возможностью поворота относительно него. 2. Двухпоточная передача по п.1, отличающаяся тем, что опорный элемент промежуточного зубчатого колеса, на котором установлены упомянутые серьги, смещен от оси ведущего зубчатого колеса навстречу нормальному направлению вращения ведомого зубчатого колеса, при этом угол между плоскостью, в которой расположены оси промежуточных зубчатых колес, и плоскостью, в которой расположены оси ведущего и промежуточного зубчатых колес, равен углу зацепления ведущего и промежуточного зубчатых колес. 3. Двухпоточная передача по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что опорный элемент промежуточного зубчатого колеса выполнен в виде пальца с буртом на одном из концов, а каждая упомянутая серьга выполнена в виде пластины с отверстиями, охватывающей упомянутый опорный элемент и ступицу ведущего зубчатого колеса, при этом у одной из серег участок, охватывающий опорный элемент, сопряжен со стенкой корпуса и с торцем ступицы промежуточного зубчатого колеса, а у другой серьги аналогичный участок сопряжен с противоположным торцем ступицы этого зубчатого колеса и с буртом упомянутого пальца, причем ведущее зубчатое колесо установлено в серьгах на роликовых подшипниках, имеющих два внутренних бурта на наружных кольцах, сопряженных с корпусом торцами.