ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 1997 года по МПК F16H1/08 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве преобразователя вращающего момента, например, в механических вариаторах.

В качестве механизмов, осуществляющих передачу вращающего момента одностороннего направления, широко распространены храповые механизмы и МСХ (механизмы свободного хода). Храповые механизмы, используемые в качестве преобразователя момента, характеризуются следующими недостатками: ". ударами во время включения из-за наличия зазоров между пластинами и храповиком, достигающих шага храпового колеса, а также шумом и повышенным износом при холостом ходе. К основным недостаткам механизмов свободного хода следует отнести: высокие контактные напряжения Поэтому роликовые механизмы свободного хода характеризуются недостаточной долговечностью." [1]
Нагрузочная способность и, следовательно, долговечность контактирующих стопорящих тел могут быть повышены увеличением радиусов кривизны этих тел.

Известны тормозящие передачи [2] которые содержат зубчатые колеса, находящиеся в зацеплении и обеспечивающие передачу вращательного момента по кинематической цепи в одном направлении. Недостатками передач по этим решениям являются: вибрации при работе привода или значительные осевые силы.

Известна тормозящая зубчатая передача [3] содержащая корпус, размещенные в нем тяговое и тормозное колеса, полюс зацепления которых расположен вне рабочей части линии зацепления.

Передача может быть выполнена шевронной и внутреннего зацепления. Однако и эта передача передает вращающий момент обоих направлений в одном лишь направлении кинематической цепи.

Перечисленные механизмы и передачи не позволяют передать однонаправленный вращающий момент в одном направлении по кинематической цепи.

Задачей настоящего изобретения является создание передачи с расширенными кинематическими свойствами, обеспечивающими возможность выделения и передачи вращающего однонаправленного момента в одном направлении по кинематической цепи при изменяющемся знаке вращающего момента на входе передачи.

Поставленная задача решается тем, что в зубчатой передаче, состоящей из сцепленных шевронных колес, свободно вращающихся в подшипниках, согласно изобретению головки зубьев колес выполнены с односторонним фланкированием таким образом, что в контакт введены фланкированная сторона зуба одного колеса с нефланкированной стороной зуба другого колеса, а полушевроны колес симметричны относительно их средних плоскостей, причем углы профиля и наклона зубьев связаны соотношением с коэффициентом трения на контактирующих поверхностях:
cosα•tg(π/2-β) < f.
По предлагаемому решению имеем зубчатые колеса, полюс зацепления которых расположен вне рабочей части зацепления, а угол наклона зубьев на тяговом колесе равен или превышает аналогичный угол наклона на тормозном колесе и рабочие поверхности зубьев спрофилированы асимметрично. Асимметрия осуществляется односторонним фланкированием рабочих поверхностей на головках зубьев так, что контакт рабочих поверхностей возможен лишь на рабочих участках головок зубьев первого колеса и ножках зубьев второго. При изменении направления вращения колес контактируют рабочие поверхности ножек первого колеса и головок второго.

Фланкирование рабочих поверхностей головок зубьев можно осуществить либо увеличением угла профиля зуба на участках головок, либо снятием слоя материала с этих участков рабочих поверхностей. Увеличение угла профиля или толщина снимаемого слоя материала должны обеспечивать отсутствие контакта рабочих поверхностей этих участков с учетом деформации зубьев. Максимальные значения увеличенного угла профиля или толщины снимаемого слоя ограничены требованиями к прочностным характеристикам передачи.

Предложенная модификация профилей зубьев соответствует до- или заполюсному зацеплению в зависимости от направления вращения колеса, что при определенном соотношении углов профиля, наклона зубьев и коэффициента трения обеспечивает блокировку передачи вращающего момента (заполюсное зацепление) или свободную передачу вращающего момента (дополюсное зацепление).

Именно такого вида асимметрия зубьев зацепления позволяет выделить из знакопеременного вращающего момента его составляющую одного знака и передать ее на выходной вал, т.е. отфильтровать поданный на передачу вращающий момент с выделением составляющих одного знака. Например, при подаче на предлагаемую передачу вращающего момента, изменяющегося по синусоидальному закону, она пропустит составляющие вращающего момента только одного знака (однонаправленные), составляющие противоположного знака будут вызывать блокировку передачи.

На фиг. 1 изображена предлагаемая передача; на фиг. 2 сечение зацепления плоскостей осей колес; на фиг. 3 представлено зацепление; на фиг. 4 вариант передачи с сателлитами внешнего зацепления; на фиг. 5 то же, что на фиг. 4, в варианте внутреннего зацепления.

Зубчатая передача фиг. 1 состоит из шевронных колес 1 и 2 с углом профиля зубьев α и углом наклона зубьев b находящихся в зацеплении. Рабочие поверхности 3 и 4 зубьев колес показаны на фиг. 2, их головки фланкированы с одной из сторон каждого зуба таким образом, что зацепление является до- или заполюсным в зависимости от направления вращения ведущего колеса.

Передача работает следующим образом.

При вращении колеса 1 против часовой стрелки (фиг. 3) контактирующая точка рабочих поверхностей 3 зубьев перемещается по линии зацепления 5 не далее полюса зацепления P, что при
cosα•tg(π/2-β) < f
обеспечивает торможение (блокировку) передачи, т.е. передача вращающего момента в направлении против часовой стрелки невозможна от колеса 1 к колесу 2.

При вращении того же колеса 1 по часовой стрелке контактирующая точка рабочих поверхностей зубьев перемещается по линии зацепления 6 лишь после полюса зацепления P, и передача не является самотормозящей, т.е. передача вращающего момента по направлению часовой стрелки возможна, а в направлении против часовой стрелки невозможна.

Предлагаемая передача обеспечивает дальнейшее расширение кинематических возможностей, например, в механизмах свободного хода. Для этого одно из колес 2 установлено на подшипниках в водиле 7, соосном с колесом 1 (фиг. 4). Такая конструкция обеспечивает передачу вращающего момента от колеса 1 к водилу 7 в направлении против часовой стрелки (при принятой геометрии колес), т. к. в этом случае зацепление колес 1 и 2 блокируется и колеса с водилом вращаются как одно целое.

При изменении направления вращения, т.е. при вращении колеса 1 по часовой стрелке, движение вращения передается на колесо 2, которое свободно вращается в подшипниках водила, а водило 7 остается неподвижным.

Нагрузочная способность этого механизма может быть повышена, если зацепление выполнить внутренним (фиг. 5). В этом случае уменьшение контактных напряжений на зубьях колес по причине увеличения приведенного радиуса кривизны контактирующих поверхностей приводит к увеличению нагрузочной способности.

Предложенная передача может быть использована там, где требуется выделить вращающий момент по знаку и направлению в кинематической цепи. Например, в импульсных вариаторах, трансформаторах вращающего момента передача может быть использована в качестве механизма свободного хода или, что более эффективно, в виде передачи со свойствами механизма свободного хода.

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: в зубчатой передаче головки зубьев колес выполнены с односторонним фланкированием таким образом, что в контакт введены фланкированная сторона зуба одного колеса с нефланкированной стороной зуба другого колеса. Асимметрия профилей зубьев обеспечивает до- или заполюсное зацепление в зависимости от направления вращения, что при определенной геометрии блокирует или пропускает вращающий момент. 5 ил.

Зубчатая передача, содержащая введение в зацепление шевронные колеса, отличающаяся тем, что головки зубьев колес выполнены с односторонним фланкированием таким образом, что в контакт введены фланкированная сторона зуба одного колеса с нефланкированной стороной зуба другого колеса, при этом полушевроны колес симметричны относительно их срединных плоскостей, а углы профиля и наклона зубьев связаны с коэффициентом трения на контактирующих поверхностях соотношением
cosα•tg(π/2-β) < f,
где α - угол профиля зубьев;
β - угол наклона зубьев;
f коэффициент трения на контактирующих поверхностях.