ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО Российский патент 2002 года по МПК F16H55/18 

Предлагаемое устройство относится к области механики, а конкретно к узлам и деталям зубчатых передач, и может быть использовано в станкостроении (например, в силовых приводах металлорежущих станков), а также в других отраслях науки и техники для повышения точности механизмов с зубчатыми (преимущественно силовыми) передачами.

Погрешность мертвого хода зубчатой передачи (в частности, из-за наличия боковых зазоров между зубьями, обусловленных технологическими и эксплуатационными причинами) можно уменьшить, выполнив одно из двух колес передачи разрезным (в виде двух соосных, размещенных с возможностью относительного поворота дисков с зубчатыми венцами) и введя между дисками упругую связь, действующую в окружном направлении [1: статья Беззазорный механизм, схема б] , например с упругим элементом в виде цилиндрической винтовой или плоской С-образной пружины [2а: рис.14,28].

Создаваемый упругим элементом момент должен превышать (например, согласно [2б: с. 139] - в 2...3 раза) расчетный момент на валу колеса, поэтому общим недостатком беззазорных силовых передач с упругим элементом, непосредственно соединяющим диски разрезного колеса, является трудность размещения упругого элемента с достаточным рабочим усилием в объеме передачи (в частности, без выхода за габарит колеса по оси) и, тем самым, дополнительное ограничение передаваемого момента. Указанный недостаток сохраняется при выполнении упругого элемента в виде пружины иной формы (например, пластины с переменным сечением по ширине [3а] или оболочки - части поверхности усеченного конуса [3б]), в частности торсионного вала (например, закрепленного на ступице диска одним концом, а другим - взаимодействующего с помощью рычага, или кривошипа, со вторым диском [4а]). Снабжение последнего из перечисленных устройств регулирующим передаваемые нагрузки элементом (например, воздействующим на рычаг с целью изменения закрутки торсиона [4б]) дополнительно увеличивает габарит колеса.

Известно сборное зубчатое колесо [5], два зубчатых венца которого подвижно связаны эксцентриковыми пальцами, расположенными в отверстиях обоих венцов, причем в отверстиях одного из них установлены кольцевые упругие элементы. Вследствие недостаточного усилия упругой связи оно снабжено механизмом, фиксирующим относительное положение венцов; однако действующий вручную, этот механизм не позволяет компенсировать зазор непрерывно в процессе эксплуатации колеса.

Предлагаемое устройство позволяет уменьшить усилие упругого элемента (увеличить передаваемый момент), исключить увеличение габаритов (колеса и передачи) более требуемых по критериям прочности, сохранить в процессе работы (по мере износа зубьев и увеличения зазора) величину воздействия упругого элемента на диски. Сущность изобретения заключается в том, что в зубчатом колесе, содержащем два соосных, установленных с возможностью относительного поворота диска с зубчатыми венцами и механизм нагружения, упруго связывающий диски, механизм нагружения в каждой ветви содержит рычаг с шипом, размещенным в отверстии одного из дисков с возможностью вращения относительно оси, параллельной оси зубчатого колеса, причем элемент рычага, связанный упругим элементом с указанным диском, образует плечо силы реакции упругой связи относительно оси вращения рычага, а элемент рычага, размещенный с возможностью движения в отверстии другого диска - плечо равнодействующей реакции этого диска, при этом направление поворота рычага под действием упругого элемента соответствует уменьшению плеча равнодействующей реакции диска и увеличению плеча силы реакции упругой связи, а плечи пересекают ось вращения рычага в разных точках.

Упругий элемент может быть выполнен в виде цилиндрической винтовой пружины растяжения. Рычаг может выполняться составным и содержать кривошипный вал, у которого шип, соосный средней части вала, размещен с возможностью вращения в отверстии одного диска, а шип, расположенный эксцентрично - с возможностью вращения и перемещения перпендикулярно своей оси в отверстии другого диска, и коромысло, взаимодействующее с первым диском с помощью упругого элемента и связанное шлицевым соединением со средней частью кривошипного вала.

При введении рычага в механизм нагружения требуемое от упругого элемента усилие уменьшается (по сравнению с непосредственным соединением дисков) как отношение плечей указанных сил, которое, в частности, пропорционально отношению расстояний от оси указанного рычага до места взаимодействия рычага со стенкой отверстия диска и до места соединения рычага с упругим элементом. Противоположные изменения плечей сил (увеличение для реакции упругой связи и уменьшение для реакции диска за счет поворота линий сил относительно оси вращения рычага при повороте последнего) обеспечивают поддержание величины воздействия упругого элемента на диски при увеличении зазора и одновременном уменьшении усилия упругого элемента. Размещение элемента рычага, образующего плечо равнодействующей реакции диска, в отверстии этого диска, при котором указанное плечо и плечо упругой связи пересекают ось рычага в разных точках, уменьшает габарит колеса по его оси. Все это позволяет установить упругий элемент с рабочим усилием, достаточным для передачи заданного в широких пределах крутящего момента, в требуемых по критериям прочности габаритах колеса, и, следовательно, не увеличивая габаритов, создавать конструктивно и технологически простые силовые зубчатые передачи с надежной и автоматической непрерывной компенсацией мертвого хода. Введение составного рычага, части которого (кривошипный вал и коромысло) связаны шлицевым соединением, может облегчить как сборку колеса, так и предварительную настройку рабочего усилия упругого элемента.

Предлагаемое устройство (в частных формах) поясняется чертежами, где:
фиг.1 - сечение колеса плоскостью, проходящей через его ось;
фиг. 2 - сечение (А-А) колеса в плоскости плеча равнодействующей реакции диска;
фиг.3 - вид (Б) колеса с одним снятым диском;
фиг.4 - колесо, выполненное с использованием кривошипного вала;
фиг.5 - вид (В) со стороны кривошипа, расположенного эксцентрично.

Зубчатое колесо содержит диск 1, закрепленный на валу (не показан) передачи, и соосный ему диск 2, установленный с возможностью поворота относительно диска 1; оба диска снабжены зубчатыми венцами с одинаковыми параметрами. Механизм нагружения включает (при нескольких параллельных ветвях - в каждой) рычаг 3 с шипом 4, размещенным с возможностью вращения вокруг геометрической оси 5, параллельной оси 6 зубчатого колеса, в отверстии 7 диска 1. Элемент 8 рычага 3 связан пружиной растяжения 9 с диском 1 и образует плечо (длинное) силы реакции пружины 9 (относительно оси 5), а элемент 10 рычага 3 размещен с возможностью движения в пределах отверстия 11, выполненного в диске 2, и образует плечо (короткое) равнодействующей реакции диска 2 (относительно оси 5). При этом плоскости 12 и 13 плечей не совпадают и пересекают ось 5 в разных точках. Плечо силы реакции пружины 9 (относительно оси 5) будет увеличиваться по мере увеличения зазора, например, если проекции оси 5 и точек взаимодействия ненагруженной пружины 9 с рычагом 3 и диском 1 на плоскость, перпендикулярную оси 5, лежат в вершинах прямоугольного треугольника. Плечо равнодействующей реакции диска 2 (относительно оси 5) будет уменьшаться по мере увеличения зазора, например, если стенка отверстия 11 выполнена прямолинейной, а взаимодействующий с ней конец элемента 10 - с закруглением малого радиуса. Если конфигурация механизма нагружения такова, что место взаимодействия элемента 10 с диском 2 при увеличении зазора удаляется от оси 6 колеса, то относительный поворот дисков 1 и 2 (с уменьшением указанного плеча) в случае пересечения линий стенки и радиуса, на котором лежит ось 5, при их продолжении в направлении от оси 6 будет больше, чем в случае пересечения при их продолжении в противоположном направлении.

В процессе сборки передачи (в каждой ветви механизма нагружения) пружина 9, сжимаясь, поворачивает элементы 8 и 10 вокруг оси 5. Элемент 10, воздействуя (с усилием большим, чем усилие пружин 9) на стенку отверстия 11 диска 2, поворачивает его относительно диска 1 до упора противоположными боковыми поверхностями зубьев обоих дисков в зубья сопрягаемого колеса (не показано) передачи. В результате устраняется боковой зазор и, тем самым, уменьшается мертвый ход при реверсировании.

В другой частной форме выполнения механизм нагружения содержит (при нескольких параллельных ветвях - в каждой) кривошипный вал 14, в средней части которого выполнены шлицы, предназначенные для взаимодействия с охватывающим эту часть вала и также снабженным шлицами концом коромысла 15; пружина растяжения 9 связывает с диском 1 другой конец коромысла 15. Соосный средней части вала 14 шип 16 размещен с возможностью вращения вокруг геометрической оси 17 в отверстии 18 диска 1, а расположенный эксцентрично шип 19 - с возможностью вращения и перемещения перпендикулярно своей оси в отверстии 20 диска 2.

При сборке колеса (в каждой ветви механизма нагружения) устанавливают (с помощью шлицевого соединения) такую конфигурацию коромысла 15 и шипа 19, которая обеспечивает требуемую величину рабочего усилия пружины 9. В процессе сборки передачи пружина 9, сжимаясь, поворачивает коромысло 15, которое за счет шлицевого соединения поворачивает кривошипный вал 14 вокруг оси 17. Шип 19, воздействуя (с усилием большим, чем усилие пружины 9) на стенку отверстия 20 диска 2, поворачивает его относительно диска 1 до упора противоположными боковыми поверхностями зубьев обоих дисков в зубья сопрягаемого колеса (не показано) передачи, в результате чего устраняется боковой зазор.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Крайнев А.Ф. Детали машин: Словарь - справочник.- М.: Машиностроение, 1992.

2а. Красковский Е. Я., Дружинин Ю.А., Филатова Е.М. Расчет и конструирование механизмов приборов и вычислительных систем; Учебное пособие для вузов/Под ред. Ю.А. Дружинина. - 2-е изд.- М.: Высшая школа. 1991.

2б. Первицкий Ю.Д. Расчет и конструирование точных механизмов: Учебное пособие для вузов. - Л.: Машиностроение (Ленинг. отд-ние), 1976.

3а. Сборное зубчатое колесо. Авторское свидетельство СССР 300686, МПК² F 16 H 55/24, опубл. 1971.

3б. Зубчатое колесо. Авторское свидетельство СССР 815377, МПК³ F 16 H 55/18, опубл.1981.

4а. Зубчатое колесо. Авторское свидетельство СССР 476389, МПК² F 16 H 1/00, опубл. 1975.

4б. Зубчатое колесо. Авторское свидетельство СССР 823717, МПК³ F 16 H 55/18, опубл.1981.

5. Сборное зубчатое колесо. Авторское свидетельство СССР 390314, МПК² F 16 H 55/04. опубл. 1973.5

Предлагаемое устройство относится к области механики, а именно к узлам и деталям зубчатых передач. Зубчатое колесо преимущественно для беззазорных силовых передач содержит два соосных, установленных с возможностью относительного поворота диска с зубчатыми венцами и механизм нагружения, упруго связывающий диски. Механизм нагружения в каждой ветви содержит рычаг с шипом, размещенным в отверстии одного из дисков с возможностью вращения относительно оси, параллельной оси зубчатого колеса. Элемент рычага, связанный упругим элементом с указанным диском, образует плечо силы реакции упругой связи относительно оси вращения рычага, а элемент рычага, размещенный с возможностью движения в отверстии другого диска, - плечо равнодействующей реакции этого диска. Направление поворота рычага под действием упругого элемента соответствует уменьшению плеча равнодействующей реакции диска и увеличению плеча силы реакции упругой связи. Плечи пересекают ось вращения рычага в разных точках. Изобретение позволяет увеличить передаваемый момент, исключить увеличение габаритов, сохранить в процессе работы величину воздействия упругого элемента на диски. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Зубчатое колесо, преимущественно для беззазорных силовых передач, содержащее два соосных, установленных с возможностью относительного поворота диска с зубчатыми венцами и механизм нагружения, упруго связывающий диски, отличающееся тем, что механизм нагружения в каждой ветви содержит рычаг с шипом, размещенным в отверстии одного из дисков с возможностью вращения относительно оси, параллельной оси зубчатого колеса, причем элемент рычага, связанный упругим элементом с указанным диском, образует плечо силы реакции упругой связи относительно оси вращения рычага, а элемент рычага, размещенный с возможностью движения в отверстии другого диска, - плечо равнодействующей реакции этого диска, при этом направление поворота рычага под действием упругого элемента соответствует уменьшению плеча равнодействующей реакции диска и увеличению плеча силы реакции упругой связи, а плечи пересекают ось вращения рычага в разных точках. 2. Зубчатое колесо по п. 1, отличающееся тем, что рычаг выполнен составным и содержит кривошипный вал, у которого шип, соосный средней части вала, размещен с возможностью вращения в отверстии одного диска, а шип, расположенный эксцентрично, - с возможностью вращения и перемещения перпендикулярно своей оси в отверстии другого диска, и коромысло, взаимодействующее с первым диском с помощью упругого элемента и связанное шлицевым соединением со средней частью кривошипного вала. 3. Зубчатое колесо по п. 1 или 2, отличающееся тем, что упругий элемент выполнен в виде цилиндрической винтовой пружины растяжения.