ПЕРЕДАЧА Российский патент 1997 года по МПК F16H7/00 F16H13/00 F16H19/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к механизмам для передачи вращательного движения или преобразования его в поступательное движение, и может быть использовано в отсчетно-силовых передачах.

Известны передачи, которые преобразуют или передают движение от вала к валу либо от вала к рейке посредством зубчатого зацепления двух зубчатых колес, либо зубчатого колеса с рейкой [1]
Недостатками зубчатых передач являются:
наличие трения скольжения, приводящего к потере мощности, вызывающего износ зубьев и усложняющего эксплуатацию в связи с необходимость применения смазки;
износ зубьев приводит к появлению зазоров, искажению профиля и снижению точности, вследствие чего такая передача не может быть использована в отсчетно-силовых механизмах;
зуб подвергается воздействию боковых усилий и должен иметь высокую изгибную прочность;
трение скольжения и, как следствие, искажение профиля и наличие зазоров снижают плавность в работе.

Известна зубчатая беззазорная передача, зубчатое колесо которой содержит два зубчатых диска, первый из которых имеет ступицу, а второй установлен на ступице первого подвижно в окружном направлении и упруго связан с ним посредством упругих элементов, клиновидных элементов, направляющих и цилиндрических упоров [2]
Такая передача отличается повышенной сложностью, увеличенными габаритами, т.к. каждый зуб в ней работает только половиной своей длины.

В качестве прототипа принята фрикционная передача, содержащая радиально прижатые друг к другу ведущее и ведомое звенья, по меньшей мере одно из которых вращательное [3] Такая передача работает за счет сил трения между прижимаемыми друг к другу телами, позволяет обеспечить высокую плавность перемещения и не требует смазки.

Однако такая передача имеет недостаточное усилие передачи и характеризуется накоплением ошибки вследствие проскальзываний и деформаций. По этой причине такая передача не может быть использована в отсчетно-силовых механизмах.

Цель изобретения повышение точности передачи и обеспечение возможности использования ее в отсчетно-силовых механизмах.

Для достижения поставленной цели предложена передача, включающая радиально прижатые друг к другу звенья, по меньшей мере одно из которых вращательное.

Отличие предложенной передачи заключается в том, что взаимодействующие поверхности звеньев выполнены шероховатыми с параллельными оси вращательного звена неровностями в виде чередующихся калиброванных микроканавок и образованных ими микровыступов, профиль микроканавок образован прямыми линиями, угол α между которыми выбран в пределах

где ρ угол трения,
а ширина площадки контакта звеньев превышает длину рабочей стороны профиля микровыступа.

Сущность изобретения заключается в том, что несмотря на формальную схожесть зацепления с зубчатым, их нельзя отождествлять друг с другом. Поверхность такого колеса или рейки следует рассматривать как совокупность наклонных граней, которыми звено взаимодействует с аналогичными гранями другого звена. Угол наклона этих граней к касательной к наружной окружности, на которой расположены вершины микровыступов, в точке пересечения грани с этой окружностью очень мал и может лишь незначительно превышать величину угла трения. Такое зацепление в отличие от зубчатого имеет значительно более высокие величины угла давления и без соответствующего взаимного радиального прижатия звеньев друг к другу работать не может, т.е. в этом плане устройство работает как фрикционный механизм, чем принципиально отличается от зубчатого.

В то же время наличие на поверхности неровностей в виде микроканавок и образованных ими микровыступов исключает возможность взаимного проскальзывания одного звена относительно другого, что характерно для фрикционного механизма, и таким образом исключается возможность накопления ошибки.

Предложенная прямолинейная форма профиля микроканавок с углом a, превышающим , обеспечивает при взаимном перемещении радиально прижатых друг к другу звеньев одновременное прилегание рабочих сторон взаимодействующих микровыступов по всей их поверхности за счет их деформаций от радиальных сил и такой же одновременный выход их из контакта без скольжений и подрезаний.

Еще одним преимуществом такой передачи является то, что при увеличении силы взаимного радиального прижатия звеньев друг к другу увеличивается ширина контактной площадки, величина которой соизмерима с шагом микровыступов, и в контактное взаимодействие может вступать одновременно более одной пары микровыступов, в результате чего обеспечивается возможность увеличения передаваемого усилия. При этом устраняются зазоры, и передача плавно без скачков может изменять направление перемещения и скорость. Эти особенности обеспечивают возможность использования такой передачи в прецизионных отсчетно-силовых механизмах.

На фиг. 1 изображена схема двухступенчатой передачи; на фиг. 2 узел I на фиг. 1.

Передача содержит радиально прижатые друг к другу ведущее колесо 1, промежуточное колесо 2 и рейку 3, прижатую к промежуточному колесу 2 роликом 4. Рабочая поверхность колес 1 и 2 и рейки 3 выполнена шероховатой в виде чередующихся калиброванных микроканавок и образованных ими микровыступов 5. Микроканавки выполнены параллельно осям колес 2 и 3.

Профиль микроканавок образован прямыми линиями. Причем возможны варианты с четко обозначенными вершинами углов у микровыступов и микроканавок, а также с закругленными или усеченными (трапецевидными) вершинами углов. При этом угол профиля микроканавок у всех взаимодействующих звеньев 1, 2 и 3 одинаков и выбран в пределах
,
где ρ угол трения.

Если, например, одно из колец имеет диаметр 20 мм, а на его поверхности нарезаны микроканавки, угол профиля которых составляет 120^o, с шагом 0,2 мм, то высота выступов составит 0,058 мм, что соответствует 3 классу шероховатости в соответствии с ГОСТ 2789-73. Существующее оборудование позволяет получить такую поверхность с высокой точностью.

Длина рабочей стороны такого микровыступа составит 0,115 мм. При радиальном прижиме колес 2 и 3 с силой 800 кг и при ширине колес 20 мм ширина контактной площадки составит ≈0,3 мм, т.е. в контактном взаимодействии будет находиться более одного микровыступа всей своей поверхностью, что обеспечивает беззазорность передачи, плавность и точность.

В процессе работы передачи вращение передается от колеса 1 к колесу 2 и от него к рейке 3. При этом микровыступы 5 каждого звена входят в канавки взаимодействующего с ним звена и всей своей поверхностью прилегают к поверхности его микровыступа. При этом за счет того, что угол a превышает , исключается подрезание канавки микровыступом при входе в контакт и при выходе из него. А за счет того, что угол наклона боковой поверхности микровыступа к касательной к окружности колеса в точке пересечения ее с этой гранью микровыступа превышает угол трения ρ, исключается возможность проскальзывания микровыступов 5 относительно друг друга во время их контакта.

На предприятии с помощью прецизионного оборудования был изготовлен такой механизм с зацеплением из 2-х роликов диаметров 31,83 мм из стали ШХ15 HRC 62. На поверхности каждого ролика были нарезаны микроканавки в количестве 500 шт. с шагом 0,2 мм и углом впадины 120^o.

Кинематическая погрешность в изготовленной паре составила 1 мкм. Для сравнения: зубчатая пара такого же размера не может иметь кинематическую погрешность менее 10 мкм.

Это еще раз доказывает, что предлагаемое выполнение передачи повышает ее точность и обеспечивает возможность использования ее в отсчетно-силовых механизмах, например, вместо более сложных шарико-винтовых передач.

Использование: механизмы для передачи вращательного движения или преобразования его в поступательное движение, например отсчетно-силовые передачи. Сущность изобретения: передача содержит прижатые друг к другу звенья, по меньшей мере одно из которых вращательное. Взаимодействующие поверхности звеньев выполнены шероховатыми с параллельными оси вращательного звена неровностями в виде чередующихся калиброванных микроканавок и образованных ими микровыступов. Профиль микроканавок образован прямыми линиями, угол между которыми выбран в определенных пределах. Ширина площадки контакта звеньев превышает длину рабочей стороны профиля микровыступа. 2 ил.

Передача, содержащая радиально прижатые друг к другу звенья, по меньшей мере одно из которых вращательное, отличающаяся тем, что взаимодействующие поверхности звеньев выполнены шероховатыми с параллельными оси вращения неровностями в виде чередующихся калиброванных микроканавок и образованных ими микровыступов, профиль микроканавок образован прямыми линиями, угол α между которыми выбран в пределах

где ρ - угол трения,
а ширина площадки контакта звеньев превышает длину рабочей стороны профиля микровыступа.