Синусошариковая передача для забойных двигателей Советский патент 1992 года по МПК E21B4/00 

Изобретение относится к технике глубокого бурения, а именно к устройствам, пред- казначенным для изменения частоты вращения долот.

Цель изобретения - увеличение нагру- -зочной способности передачи без увеличения ее диаметрального габарита. .

На фиг.1 изображена схема цилиндрической синусошариковой передачи; на фиг.2 - вид на корпусную канавку изнутри; на фиг.З - линия канавки передачи.

Синусошариковая передача для забойных двигателей содержит ведущий вал 1, на внешней поверхности которого выполнена замкнутая синусоидальная канавка, ведомый вал 2 в виде втулки со сквозными продольными прорезями, цилиндрический

корпус 3 с замкнутыми синусоидальными канавками на внутренней его поверхности, шарики 4, каждый из которых размещен в синусоидальных канавках корпуса 3 и ведущего вала 1 и в прорезях ведомого вала 2.

Линия канавкиabcde(фиг.2)-это линия, описываемая центром шарика в системе отсчета, связанной с телом, которому канавка принадлежит (для определенности берется канавка корпуса); В и D - вершины канавки, В С и DE - рабочие профили канавки (которые взаимодействуют с шариками при работе передачи).

На фиг.З приведены параметры линии канавки передачи; Т - шаг волны линии канавки; А - амплитуда линии канавки; т- касательная в средней т. О к линии канавки

J

iio

100

Јь

О Ю

передачи; а - угол между осью ОУ, параллельной оси передачи и касательной т. Угол а амплитуда А и шаг Т связаны следующим соотношением:

Т ctg а . г. яп 4А1 6 8 °

Предлагаемое выполнение передачи позволит применять шарики большего диа-. метра при равных значениях чисел волн, амплитуд, диаметров цилиндров расположения линий канавок, в результате чего появляется возможность выполнять стенки ведомого вала большей толщины, что обеспечивает меньшее контактное напряжение в зацеплений и, как результат, обеспечивается передача больших передаваемых моментов и повышается долговечность при неизменных габаритах и передаточных отношениях.

Максимальное значение КПД синусо- шариковых передач получается при сравнительно больших наклонах линий канавок, при таких наклонах, при которых наблюдается явление заострения вершин, суть которого сводится к тому, что рабочие поверхности канавок не обеспечивают контакт детали с шариком, когда его центр перемещается по участку, прилегающему к вершинам линии канавки. Степень заострения вершины характеризуется холостым пробегом шариков. Например, если холостой пробег равен 0,3, то это означает, что каждый из шариков 30% всего времени работы передачи ненагружен; а 70% этого времени активно участвует в передаче движения. Предположим, что число шариков в синусошариковом ряду равно 5. В этом случае холостой пробег целесообразно принимать за 0,2 (одновременно нагруженными в любой момент времени будут 4 шарика), либо 0,4 (одновременно нагруженными в любой момент времени будут 3 шарика), но недопустимы значения больше 0,4 (из-за резкого снижения долговечности передачи). Из соображений увеличения нагрузочной способности желательно при одной и той же линии канавки брать шарики большего диаметра (чтобы можно было иметь большей толщину стенки водила, чтобы были меньшими контактные напряжения, чтобы можно было иметь большие допустимые износы), но чем больше диаметр шарика, тем большими, при одной и той же линии канавки, оказываются холостые пробеги, что недопустимо.

Применение изобретения позволяет применять шарики большего диаметра

при одинаковых значениях холостых пробегов.

Сопряженные линии канавок описываются уравнениями

У1 A- sin ( - sin Zips) j

уз А sin (Zyps3 (2 - sin )

где Zi - число волн ведущей синусоиды; ZG - число волн корпусной синусоиды; PSi - угловые координаты центра шарика относительно ведущего вала;

15

У5з - угловая координата центра шарика относительно корпуса.

Максимальное значение котангенса угла между касательной к линии любой из этих

канавок и осью вращения валов, деленное на средний наклон этой же линии канавки (средний наклон линии канавки - это частное от деления амплитуды линии канавки на четверть ее шага), оказывается равным л,

т.е. оказывается в два раза большим, чем у известной передачи. Если для предлагаемой передачи через у, Z (Z - это большее из Zi и Za), р - обозначить холостой пробег, число волн линии канавки и радиус цилиндра ее расположения соответственно, а также принять эти величины равными соответствующим величинам известной передачи, то для предлагаемой передачи диаметры шариков окажутся в К раз большими

диаметров шариков известной передачи. Конкретное значение К подсчитывается по формуле

рмуле

.J) - к 20-«и зк.) 2(rr

о-«.,

где г- радиус шариков известной передачи. Если, например, у 0,333, Z 5, средний наклон синусоиды L 1,0, то окажется 45 Я /г 3,8 и, тогда, К 1,8.

Сопряженные профили могут также описываться уравнениями:

yi A-sinnZi# si I

so г ; уз A-sinnZ3 S3 J

У1 + с (1 - sin ZipS) -sin 55 уз (1 -sinnZ3ps3) SinZ3ps3 j

где n и с - коэффициенты, подбираемые в зависимости от значений исходных величин и требуемых значений К и т.д.