ВОЛНОВАЯ ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА С НЕВРАЩАЮЩЕЙСЯ ВТУЛОЧНО-РОЛИКОВОЙ ЦЕПЬЮ Российский патент 2003 года по МПК F16H7/00 

Изобретение касается конструкции механических передач и направлено на повышение их нагрузочной способности и увеличение передаточного отношения в одной ступени.

В настоящее время наибольшее распространение получили передачи с эвольвентным профилем зубьев. Однако они имеют ряд существенных недостатков.

Контакт зубьев происходит по линии, и в месте контакта в силовых передачах возникают значительные контактные напряжения, т.к. коэффициент перекрытия не превышает 1,3-1,5, т.е. 70-50% времени работает одна пара зубьев.

При работе зубьев эвольвентного профиля одновременно с перекатыванием реализуется проскальзывание, которое тем больше, чем больше передаточное отношение зубчатой пары. Это приводит к потерям мощности и интенсивному износу рабочих поверхностей. Подобные зубчатые передачи позволяют реализовать в одной ступени передаточное отношение i≤6, при i≥6 возрастают габариты передачи и приходится применять многоступенчатые варианты, что приводит к увеличению металлоемкости приводов.

Как альтернатива зубчатым передачам с эвольвентным зацеплением стали появляться передачи с круговым профилем зубьев на одном из колес. Зубья выполнены в виде вращающихся роликов, что позволяет реализовать в месте контакта трение качения. К таким передачам относятся волновые, использующие в качестве гибкого колеса втулочно-роликовые цепи с передаточным отношением в одной ступени 8≤i≤50 и обеспечивающие многопарность зацепления.

Наибольший интерес вызывают волновые зубчатые передачи с применением стандартной трехрядной втулочно-роликовой цепи [1-3].

На фиг. 1 показана конструктивная схема подобной передачи. Кулачок (генератор) состоит из двух эксцентрично расположенных дисков 1 и 2, на которых находятся подшипники качения 3. Нa подшипниках помещены кольца 4 и 5. На эти кольца с небольшим натягом надета стандартная трехрядная втулочно-роликовая цепь 6. Ролики являются зубьями гибкого колеса. На схеме звенья, соединяющие оси роликов, показаны линиями. Кулачок закреплен на входном валу 7. Зубья неподвижного корпуса 8 зацепляются с роликами первых двух рядов. На выходном валу 9 закреплено колесо 10, зубья которого зацепляются с роликами третьего ряда цепи. Число зубьев колеса 10 равно числу роликов цепи. Входной и выходной валы соосны. При повороте кулачка ролики цепи, смещаясь от центра, входят в зацепление с зубьями неподвижного колеса 8 и из-за разности чисел зубьев и роликов цепь будет вращаться вместе с ведомым колесом 10. Подшипники 3 обеспечивают свободное вращение роликов.

К данной передаче применимы все кинематические зависимости, которые справедливы для обычных волновых передач с двухроликовым генератором. Из условия сборки число зубьев неподвижного колеса Z₈ должно быть равным Z₆+2, где Z₆ - число роликов цепи. Тогда передаточное отношение от ведущего звена (генератора) к ведомой цепи определится

Ведомое колесо 10 будет вращаться с той же скоростью, т.к. зацепление третьего ряда цепи с этим колесом представляет собой волновую зубчатую муфту.

В результате исследований передачи установлено, что долговечность ее зависит от увеличения шага цепи по мере износа шарниров. На износ шарниров влияет, в частности, и скорость вращения цепи.

Предлагаемое техническое решение позволяет устранить вращение цепи и значительно упростить конструкцию передачи.

Конструктивная схема волновой зубчатой передачи с невращающейся втулочно-роликовой цепью приведена на фиг.2.

На входном валу 1 закреплен двухволновой генератор (кулачок) 2. По контуру кулачка средними роликами располагается трехрядная втулочно-роликовая цепь 3, а крайними роликами она охватывает зубчатые колеса 4 и 5. Неподвижное колесо 4, зацепляющееся с роликами ряда с, имеет число зубьев, равное числу роликов цепи.

Ведомое колесо 5 зацепляется с роликами ряда a и имеет число зубьев, меньшее чем число роликов цепи. Т.к. число роликов цепи равно числу зубьев колеса 4, при вращении кулачка цепь не вращается, а происходит радиальное перемещение роликов, которое приводит к зацеплению роликов ряда a и вращению ведомого колеса 5. Схема взаимодействия звеньев при передаче движения от ведущего кулачка 3 на ведомое колесо 5 показано на фиг.3.

При повороте кулачка 2 движущим моментом Т_кул ролики ряда a, смещаясь по радиусу к центру, будут давить па зубья колеса 5 с силой F_r. При невращающейся цепи 3 колесо 5 под действием пары сил F_t и F_t ^', будет вращаться в направлении, обратном вращению кулачка. Сила F_t ^' действует от диаметрально противоположных роликов ряда а.

Кинематические исследования передачи проводились на макете, изготовленном с параметрами, соответствующими конструктивной схеме, изображенной на фиг. 2: Z₃=12; Z₄=Z₃=12; Z₅=Z₃-2=10; шаг роликов цепи и зубьев колеса 5-t₃= t₅=26 мм; диаметр роликов d=12 мм.

Исполнительные размеры деталей определялись следующим образом.

Делительный диаметр колеса 5 (фиг.4)

Диаметр окружности впадин
D_вп ⁽⁵⁾ = D₀ ⁽⁵⁾-d = 84,1-12 = 72,1 мм.

Диаметр окружности выступов
D_в ⁽⁵⁾ = D₀ ⁽⁵⁾+0,8d = 84,1+9,6 = 93,7 мм.

Для того, чтобы цепь не вращалась, число впадин колеса 4 должно быть равным числу роликов цепи.

Таким образом, для колеса с геометрическими параметрами, рассчитанными при Z=10, предусматриваем 12 зубьев.

Тогда шаг зубьев такого колеса определится из условия

Отсюда
Для того, чтобы осуществить зацепление, необходимо впадины зубчатого колеса увеличить за счет тела зубьев на величину t_ф-t⁴=26-21,8=4,2 мм, здесь t_ф=26 мм - фиктивный шаг.

Следует отметить, что с увеличением числа зубьев разность t_ф-t⁴ уменьшается.

Размеры неподвижного колеса 4 показаны на фиг.5.

Наименьший диаметр кулачка d_к принят равным диаметру окружности впадин зубчатых колес 4 и 5.

Наибольший диаметр кулачка равен
D_к = D_в ⁽⁵⁾+0,8d = 93,7+9,6=103,3 мм.

Кинематически предлагаемая передача также подобна двухволновой зубчатой. Отсюда передаточное отношение определится

Знак "минус" показывает, что ведомое колесо вращается в направлении, противоположном вращению кулачка 2.

Принципы работы передачи исследовались на макете (фиг. 6). Подтверждена возможность зацепления и передачи движения предлагаемой конструкцией механической передачи, а также равенство передаточного отношения определенному аналитически. Па макете использована однорядная цепь с удлиненными неразрезанными роликами.

Источники информации
1. Цепная волновая передача. "Детали машин", ЭИ, реф. 108, ВИНИТИ, 1964, 2.

2. Сычев А.А. К вопросу профилирования зубьев волновых передач с роликовой цепью // В сб. "Материалы конференций 1968 г. Физика. Теория механизмов и машин". Ижевск, изд-во "Удмуртия", 1969.

3. Сычев. А.А. Волновая передача с применением стандартной многорядной втулочно-роликовой цепи // Вестник машиностроения, 1971. - 9. - С.41-43.

Изобретение относится к машиностроению. Волновая зубчатая передача с невращающейся втулочно-роликовой цепью имеет двухволновой генератор, на котором средними роликами располагается трехрядная втулочно-роликовая цепь. Крайние ролики цепи охватывают два зубчатых колеса, одно из которых, неподвижное, имеет число зубьев, равное числу роликов цепи, второе, ведомое, выполнено с меньшим количеством зубьев. Технический результат - упрощение конструкции. 6 ил.

Волновая зубчатая передача, содержащая волновой генератор, два зубчатых колеса, одно из которых неподвижное, гибкое колесо в виде трехрядной втулочно-роликовой цепи, размещенной соосно с зубчатыми колесами, при этом трехрядная втулочно-роликовая цепь средними роликами располагается по контуру генератора, а роликами крайних рядов охватывает оба зубчатых колеса, из которых второе является ведомым, отличающаяся тем, что число зубьев неподвижного колеса равно числу роликов цепи.