ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА ВНЕШНЕГО ЗАЦЕПЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК F16H57/02 

Изобретение относится к цилиндрической зубчатой передаче внешнего зацепления, которая найдет применение в машиностроении в зубчатых редукторах и в силовых приводах разных типов машин и конструкций.

Конструкции закрытых зубчатых передач не в удовлетворяющей мере технологичны. К примеру, монтаж и демонтаж подшипников, зубчатых колес и валов редукторов с разъемными корпусами облегчен, поскольку можно осуществить его вне корпуса, но само изготовление разъемных корпусов очень трудоемко и дорого. У закрытых зубчатых передач металлорежущих станков и автомобильных коробок скоростей корпуса - цельные коробки, дешевле для изготовления, но монтаж и демонтаж зубчатых колес и подшипников к валам внутри корпуса очень затруднителен.

Известна конструкция двухступенчатого зубчатого редуктора с цилиндрическими шестернями, с повышенными требованиями бесшумности, имеющего разъемный корпус, в котором все зубчатые колеса косозубые, а тихоходная ступень выполнена в виде двух зубчатых пар с противоположным направлением наклона зубьев [1].

Существенный недостаток этого редуктора состоит в том, что, для обеспечения смазки всех зубчатых пар окунанием колес в масляную ванну, приходится увеличивать передаточное отношение быстроходной ступени, уменьшая передаточное отношение тихоходной ступени, в результате чего возрастают габариты и массы редуктора.

Известна конструкция многопоточной (с разветвлением потока мощности) цилиндрической зубчатой передачи внешнего зацепления, состоящая из двух понижающих ступеней, первой - разделяющей и второй - собирающей потоки мощности. Передача состоит из входного вала-шестерни, находящегося в зацеплении с колесами не менее чем двух сборных прямозубых блоков, оси которых размещены по периферии одного цилиндра, соосного входному валу. Шестерни зубчатых блоков находятся в зацеплении с центральным зубчатым колесом, посаженным на выходной вал, соосный входному валу-шестерне. Опоры зубчатых блоков выполнены в виде подшипников качения, установленных в отверстиях корпуса и крышки передачи. Чтобы передать крутящий момент шестерням зубчатых блоков, применяется фрикционная муфта, которая служит, кроме того, для предохранения от перегрузки и для получения требуемой относительной угловой ориентации венцов блока для обеспечения зацепления. Сборка подшипников и зубчатых блоков выполняется вне коробки [2].

К недостаткам данной передачи относятся:
конструкция передачи приспособлена для конкретных случаев применения и не является подходящей для общего случая приводов машин;
невозможно увеличить количество ступеней для достижения большего передаточного отношения:
конструкция усложнена многими деталями:
конструкции вала-шестерни и оси нетехнологичны и поэтому их изготовление трудоемко.

Предлагаемая цилиндрическая зубчатая передача внешнего зацепления имеет неразъемный корпус - полая коробка, входной вал-шестерня, промежуточный вал-шестерня с насаженными зубчатыми колесами и выходной вал с конечным зубчатым колесом. В соответствии с изобретением в неразъемном корпусе промежуточный вал-шестерня с двумя конечными подшипниковыми шейками опирается на радиальные роликоподшипники с двумя бортами на наружных кольцах, а в ненагруженной зоне отверстий для подшипников в корпусе выполнены радиальные монтажные прорези шириной не меньше наибольшего диаметра внутреннего кольца роликоподшипника. Можно использовать также и радиальные роликоподшипники с наружными кольцами с двумя бортами, не имеющими внутренних колец. Тогда ширина монтажных прорезей должна быть не меньше шеек вала под подшипником.

В цилиндрических зубчатых передачах внешнего зацепления, от которых требуется низкий уровень шума, быстроходная ступень разветвлена на две симметрично расположенные пары косозубых колес с противоположным направлением наклона зубьев. В этих передачах промежуточные валы-шестерни с конечными подшипниковыми шейками установлены в подшипниковых опорах непосредственно в неразъемном корпусе, как у вышеописанных передач. В соответствии с задачей изобретения предлагается также конструкция многопоточной цилиндрической зубчатой передачи внешнего зацепления, включающая корпус - полая коробка, закрытая крышкой с одной стороны, в которой размещены входной вал-шестерня, находящийся в зацеплении с колесами более чем двух составных прямозубых блоков, чьи оси размещены по периферии одного цилиндра соосного входному валу, шестерни зубчатых блоков находятся в зацеплении с центральным зубчатым колесом, насаженным на выходной вал, который расположен соосно входному валу.

В соответствии с изобретением каждый составной зубчатый блок состоит из вала-шестерни и зубчатого колеса, насаженного на него, а крутящий момент передается между ними посредством шлицевого соединения или прессовой посадки. Обе опоры промежуточных валов находятся в неразъемном корпусе, во внутренней стенке корпуса - радиальные подшипники качения, а во внешней стенке корпуса - радиальные роликоподшипники, имеющие два борта на наружном кольце. В ненагруженной зоне отверстий для роликоподшипников во внешней стенке корпуса выполнены радиальные монтажные прорези шириной не меньше диаметра окружности выступов шестерни промежуточного вала. Эти прорези получены в результате оформления во внешней стенке корпуса частично цилиндрической поверхности диаметром не меньше окружности выступов зубчатых колес и соосной центральному зубчатому колесу.

Две из вышеописанных двухступенчатых многопоточных передач можно расположить последовательно в одном общем неразъемном корпусе, в котором размещены обе передачи, разграниченные перегородкой (стенкой), в которой выполнено цилиндрическое отверстие диаметром не меньше окружности выступов зубчатых колес первой передачи. Через отверстие проходит плавающий зубчатый блок, связывающий обе передачи и составленный из вала-шестерни и зубчатого колеса.

Преимущество изобретения состоит в том, что благодаря выполнению монтажных прорезей в отверстиях для подшипников в корпусе в сочетании с применением подшипников подходящей конструкции, создается возможность устанавливать в неразъемном корпусе предварительно собранные вне корпуса узлы, состоящие из промежуточного вала-шестерни, зубчатых колес, радиальных шарикоподшипников и внутренних колец роликоподшипников (если такие имеются). Благодаря сборке колес с валом вне корпуса становится возможным осуществление прессовой посадки зубчатого колеса на вал-шестерню.

Изобретение обеспечивает возможность разработки передач с неразъемным корпусом, с разветвлением ступеней на две пары симметрично расположенных косозубых шестерен с противоположным направлением наклона зубьев.

Благодаря монтажным прорезям и цилиндрической поверхности в стенках корпуса и применению подходящей конструкции роликоподшипников создается возможность в одном неразъемном корпусе совместить, смонтировать и связать последовательно две и больше многопоточных двухступенчатых передач, чтобы реализовать большие передаточные отношения.

Зацепление шестерни с колесами в многопоточных передачах требует одинакового относительного углового расположения зубчатых венцов всех промежуточных блоков, которого можно достигнуть и зафиксировать его при реализации прессовой посадки зубчатого колеса на вал-шестерню.

На фиг. 1 и 2 изображен двухступенчатый цилиндрический прямозубый редуктор (фиг. 1 представляет поперечный разрез по А-А на фиг. 2, а фиг. 2 - развернутый разрез по В-В на фиг. 1).

На фиг. 3 и 4 изображен двухступенчатый цилиндрический редуктор с косозубыми разветвленными шестернями, отвечающий требованиям низкого уровня шума (фиг. 3 изображает поперечный разрез по А-А на фиг. 4, а фиг. 4 - развернутый продольный разрез по В-В на фиг. 3).

На фиг. 5 и 6 изображен многопоточный двухступенчатый двигатель-редуктор (фиг. 5 - вертикальный разрез, фиг. 6 - поперечный разрез по А-А на фиг. 5).

На фиг. 7 и 8 изображен многопоточный четырехступенчатый двигатель-редуктор (фиг. 7 - вертикальный разрез, фиг. 8 - совмещенные поперечные полуразрезы по А-А и по В-В на фиг. 7).

Изображенный на фиг. 1 и 2 двухступенчатый цилиндрический редуктор состоит из неразъемного корпуса (полая коробка) 1, входного вала-прямозубой шестерни 2, опирающегося на шарикоподшипники 3 или на роликоподшипники 4, шестерня находится в зацеплении с колесом 5, насаженным на промежуточный вал-прямозубую шестерню 6 (с двумя концевыми шейками под подшипниками 7), который опирается на радиальные роликоподшипники 8, имеющие два борта на наружном кольце. Изображенные на фиг. 2 роликоподшипники 8 имеют внутреннее кольцо с одним бортом, посаженное на шейку 7, но возможен вариант выполнения, при котором роликоподшипники 8 не имеют внутреннего кольца, а ролики перекатываются непосредственно на шейке 7 вала 6. Шестерня промежуточного вала 6 состоит в зацеплении с прямозубым колесом 9, насаженным на выходной вал 10. Опора внутренней шейки 11 вала 10 - шарикоподшипник 3 или роликоподшипник 4. Опора концевой шейки 7 вала 10 - радиальный роликоподшипник 8, имеющий наружное кольцо с двумя бортами и внутреннее кольцо с одним бортом. Посадочное отверстие в колесе 9 должно быть размером больше диаметра борта внутреннего кольца подшипника 8. Неразъемный корпус 1 закрыт сверху ненагруженной крышкой 12. В ненагруженных зонах отверстий для подшипников промежуточного вала 6 в корпусе 1 выполнены радиальные прорези 13, ширина которых не меньше диаметра борта внутреннего кольца роликоподшипников 8 (или шеек 7, если роликоподшипники не имеют внутреннего кольца).

Двухступенчатый цилиндрический редуктор, отвечающий повышенным требованиям низкого уровня шума, изображенный на фиг. 3 и 4, состоит из неразъемного корпуса 1, входного вала-шестерни 14 с двумя шестернями с косыми зубами с одинаковым углом подъема и противоположным направлением наклона, из промежуточного вала-прямозубой шестерни 15 с насаженными двумя косозубыми колесами с противоположным направлением наклона зубьев 17, состоящими в зацеплении с шестернями входного вала-шестерни 14, из выходного вала 18 с насаженным колесом 9, находящимся в зацеплении с шестерней 15. Конструкция опор входного и выходного валов аналогична тому, как это было описано в отношении редуктора, изображенного на фиг. 1 и 2. Опоры промежуточного вала-прямозубой шестерни 15 с двумя концевыми шейками 7 - радиальные роликоподшипники 16 с наружными кольцами с двумя бортами и внутренними - без бортов. В ненагруженных зонах отверстий для роликоподшипников 16 в корпусе 1 выполнены монтажные прорези 13, шириной не меньше внешнего диаметра внутреннего кольца роликоподшипников 16 или диаметра шеек 7 под подшипник без внутренних колец. Корпус 1 сверху также закрыт крышкой 12.

Вторая общая конструктивная особенность обеих редукторов видна на фиг. 1 и 3; оси трех валов (2, 6 и 10 на фиг. 1 и 14, 15 и 18 на фиг. 3) не принадлежат одной плоскости.

Изображенный на фиг. 5 и 6 многопоточный двухступенчатый двигатель-редуктор состоит из двигателя 19, связанного фланцем с неразъемным корпусом 20, причем на вал двигателя 19 насажена муфта 21, связанная эвольвентно-шлицевым соединением с входным валом-шестерней 22. Шестерня вала 22 состоит в зацеплении с тремя составными зубчатыми блоками 23, чьи оси размещены в одной цилиндрической поверхности соосной входному валу-шестерне 22. Каждый из зубчатых блоков 23 составлен из вала-шестерни 24 и зубчатого колеса 25, связанных эвольвентно-шлицевым соединением 26 либо прессовой посадкой 27. Опоры промежуточных валов 24 во внутренней стенке корпуса 20 - радиальные подшипники качения 28, а во внешней стенке - радиальные роликоподшипники 29, имеющие наружные кольца с двумя бортами. В ненагруженных зонах отверстий для роликоподшипников 29 в корпусе 20 выполнены монтажные прорези 30, шириной не меньше диаметра окружности выступов шестерни промежуточного вала 24. Эти прорези получены в результате формирования во внешней стенке корпуса 20 цилиндрической поверхности 31, соосной центральной оси редуктора диаметром не меньше окружности выступов зубчатых колес 25 и 32. Промежуточные валы-шестерни 24 состоят в зацеплении с центральным зубчатым колесом 32, расположенным соосно входному валу-шестерне 22 и связанным с выходным валом 33 редуктора. Все зубчатые венцы прямозубые. Выходной вал 33 опирается на радиальные подшипники, находящиеся в закрывающей крышке 34.

Изображенный на фиг. 7 и 8 многопоточный четырехступенчатый двигатель-редуктор состоит из двух последовательно связанных двухступенчатых многопоточных передач в общем неразъемном корпусе 35 с промежуточной стенкой 36, в котором размещены по окружности подшипниковые опоры промежуточных валов 24. Центральное зубчатое колесо 32 первой передачи связано с входным валом-шестерней 37 второй передачи шлицевым соединением. Колесо 32 и вал-шестерня 37 образуют составной зубчатый блок 38, который является плавающим в радиальном направлении, а в осевом направлении возможность перемещения блока 38 ограничена двумя шариками 39, помещенными в центровые отверстия центральных валов.

Сборка редукторов, изображенных на фиг. 1 - 4 начинается с узловой сборки валов 2 и 6 (15) с колесами 5 (17) и подшипниками 3 и 4 внутренними кольцами роликоподшипников 8 (16) вне корпуса 1. После угловой сборки вносят вал 6 (15) в корпус 1 через технологическое отверстие сверху и устанавливают в корпусе 1, используя монтажные прорези 13, через которые проходят внутренние кольца роликоподшипников 8 (16), после чего ставят внешние кольца подшипников 8 (16) с сепараторами. Сборка многопоточных редукторов, изображенных на фиг. 5 - 8, начинается с узловой сборки валов 24 и 33 с зубчатыми колесами 25 и 32, подшипниками 28 и внутренними кольцами роликоподшипников 29, которая осуществляется вне корпуса 20. Собранные таким образом зубчатые блоки 23 вносят в корпус 20 через отверстие 31, после чего их вносят радиально, причем шестерни валов 24 проходят через монтажные прорези 30, потом узлы перемещаются по оси подшипниковых отверстий. После этого через отверстие 31 корпуса вносят собранный узел выходного вала 33, устанавливают наружные кольца с сепараторами роликоподшипников 29 и в конце устанавливают крышку 34.

Передача предназначена для применения в конструкции зубчатых редукторов приводов металлорежущих станков и других машин. В стенках корпуса в отверстиях под радиальные роликоподшипники с двумя бортами на наружном кольце промежуточных валов-шестерен выполнены монтажные прорези, благодаря чему в неразъемных корпусах можно установить собранные вне корпуса узлы, состоящие из промежуточных валов-шестерен, зубчатых колес и внутренних колец роликоподшипников, несколько ступенчатых однопоточных передач, передач с разделением ступеней на две симметрично расположенные пары косозубых колес с противоположным направлением наклона зубьев и многопоточных передач. Монтажные прорези получаются оформлением цилиндрической поверхности в неразъемном корпусе для двухступенчатых передач. Для четырехступенчатых передач монтажные прорези оформлены в промежуточной стенке неразъемного корпуса. Четырехступенчатые многопоточные передачи составлены на двух двухступенчатых, связанных посредством вала-шестерни, проходящего без радиальной опоры через промежуточную стенку неразъемного корпуса. Передача проста, технологична и реализует большие передаточные отношения путем увеличения количества сту- пеней. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Цилиндрическая зубчатая передача внешнего зацепления, содержащая неразъемный корпус и установленные в нем в подшипниках входной вал-шестерню, промежуточные валы-шестерни с концевыми подшипниковыми шейками и выходной вал с прямозубыми венцами и прямозубыми колесами, взаимодействующими с ними, либо пары косозубых венцов и косозубые колеса с противоположным направлением наклона зубьев, отличающаяся тем, что промежуточные валы-шестерни (6, 15) установлены на опорах радиальных роликоподшипников (8, 16) с двумя бортами на наружных кольцах, а в ненагруженных зонах отверстий для подшипников выполнены монтажные прорези (13) шириной не меньше самого большого наружного диаметра внутренних колец подшипников (8, 16) или не меньше диаметра подшипниковых шеек (7), если подшипники (8, 16) не имеют внутреннего кольца. 2. Цилиндрическая зубчатая передача внешнего зацепления, включающая корпус, закрытый крышкой с одной стороны, входной вал-шестерню, чей зубчатый венец находится в зацеплении с колесами более чем двух сборных прямозубых блоков, оси которых размещены в одной цилиндрической поверхности, соосной с входным валом-шестерней, причем шестерни зубчатых блоков находятся в зацеплении с центральным зубчатым колесом, соосным с входным валом и связанным с выходным валом, отличающаяся тем, что промежуточные валы-шестерни (24) имеют подшипниковые опоры в своих двух концах в неразъемном корпусе (20), причем во внешней стенке корпуса опоры имеются радиальные роликоподшипники (29) с наружными кольцами с двумя бортами и в ненагруженных зонах отверстий для роликоподшипников (29) в корпусе (20) выполнены монтажные прорези (30) шириной не меньше диаметра окружности выступов шестерни промежуточного вала (24), образованные в результате выполнения в внешней стенке корпуса (20) цилиндрической поверхности (31), соосной с входным валом, с диаметром не меньше окружности выступов зубчатых колес (25, 32). 3. Передача внешнего зацепления по п. 2, отличающаяся тем, что в одном общем корпусе (35) помещены две двухступенчатые зубчатые передачи, последовательно связанные валом-шестерней (37), являющимся выходным валом первой передачи и входным валом второй.