Синусная многорядная передача Советский патент 1992 года по МПК F16H1/34 F16H25/06 

Изобретение относится к машиностроению, предназначено для снижения частот вращения валов, и может быть использовано для механизмов и машин, размещаемых в скважинах.

Известна двухрядная передача с круго- синусоидным зацеплением.

Недостатком этой передачи является сложность водила, состоящего из набора соединяемых между собой деталей. Если К - число синусошариковых рядов, то количество дисков с прорезями в них под тела качения также К, причем соединяются диски между собою втулками двух различных геометрических форм (малого и большого диаметров); суммарное количество втулок 2х х(К-1).

Наиболее близким к предлагаемой является планетарный редуктор для забойных двигателей, включающий трубообразный ведомый вал-водило с шаровыми сателлитами, ведущий вал и корпус с беговыми дорожками под шаровые сателлиты, зацепление синусное, цилиндрический вариант, двухстороннее.

Недостаток известного редуктора состоит в сложной технологии изготовления - рабочие поверхности проемов в стенке водила по соображениям контактной прочности выполняют желобчатыми, образующие желобов параллельны образующим цилиндров трубы-водила; для их изготовления при- меняются сложные технологические операции. Сложно выполнять и синусоци- линдрйческие канавки под шарики, особенно на внутренних поверхностях. Кроме того, у такого редуктора низок КПД.

Цель изобретения - повышение технологичности изготовления синусной многорядной передачи и повышение КПД в отдельных вариантах ее исполнения.

ч

W

XJ

00

00

Поставленная цель достигается тем, что синусная многорядная передача содержит тела качения, коаксиально расположенные корпус с беговыми дорожками на внутренней поверхности для взаимодействия с этими телами качения. Корпус охватывает трубообразное водило с проемами под тела качения. Внутри водила расположен центральный вал с беговыми дорожками для взаимодействия с телами качения.

Согласно изобретению беговые дорожки выполнены кругосинусоидными с односторонними связями с учетом условия

d/A 2

4 (R/A ) (R/A) - 1

(R/A),

где А - амплитуда кругосинусоид;

R - радиус окружности кругосинусоид;

d - диаметр тел качения.

При этом возможны следующие варианты: боковые стенки проемов выполнены плоскими, а тела качения - в виде роликов; боковые стенки проемов выполнены в виде радиально ориентированных круглых цилиндров, а тела качения - в виде шариков; с целью повышения КПД передачи кругосину- соидные канавки выполнены в форме круговых цилиндров, а в каждом ряду передачи число проемов равно двум и расположены они через 180°.

На фиг.1 изображен ведущий вал; на фиг.2 - водило, общий вид; на фиг.З - разрез А-А на ф1 г.2; на фиг.4 - корпус, вид снаружи; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг.4; на фиг.6 - кинематическая схема варианта с роликовыми сателлитами; на фиг.7 - разрез В-В на фиг.6; на фиг.8 - скользящее соединение эксцентрика и втулки-толкателя роликов; на фиг.9 - соединение эксцентрика с втулкой-толкателем через подшипник качения; на фиг.10 - кинематическая схема подшипниковой передачи; на фиг.11 - разрез Г-Г на фиг.10; на фиг. 12 - картина одностороннего кругосинусоидного зацепления;на фиг. 13 - крайние положения тел качения в оконном проеме водила,

Синусная многорядная передача содержит ведущий вал 1, состоящий из стержневой части (на фиг 1 позиция С) и жестко с ней соединенными одинаковыми, смещенными по углу, кулачками; профиль кулачка с поперечном сечении волнистый (волны по отношению к линии окружности), является линией, эквидистантной кругосинусоиде, расположен по отношению к последней внутренним образом, в общем случае чусло периодов кругосинусоиды кулачка ZL Если кругосинусоида кулачка однопериод- ная (Zi 1) и описывается уравнением

qi A Sin + .

где qi и р - ее полярные координаты в системе, связанной с кулачком, и полюс которой совпадает с центром стержня;

А и R - постоянные величины (А - амплитуда, R - радиус окружности кругосинусоиды, фиг. 12 и 13),

то профиль кулачка вырождается в окружность, смещенную относительно центра стержня на величину А, т.е. кулачок вырождается в эксцентрик на ведущем валу.

Синусная многорядная передача содержит водило 2, представляющее собой трубо- образную деталь с проемами в стенке под установку в них тел качения - роликов или

шариков, в случае роликов рабочие поверхности оконных проемов водила являются прямоугольниками, в случае шариков поверхности оконных проемов являются поверхностями цилиндров, образующие

которых расположены перпендикулярно образующим цилиндров самой трубы; корпус 3 передачи, представляющий собой трубо- образную деталь, внутренний профиль которой в поперечном сечении волнистый и

является линией, эквидистантной кругосинусоиде корпуса, расположенной к ней внешним образом, число периодов корпусной кругосинусоиды 2з. Если корпусная кругосинусоида однопериодная (Za 1) и

описывается уравнением

qa А sin (рз + V R 2 А 2 . CQS 2 ф ,

где дз и рз - полярные координаты в системе рз рз , связанной с корпусом;

А и R - те же постоянные, что и для кулачка, то внутренний профиль корпуса вырождается в окружность, центр которой смещен на расстояние А от полюса полярной системы координат рз рз.

Синусная многорядная передача включает тела 4 качения, в основном варианте - ролики, но могут быть и шарики, в последнем случае по соображениям увеличения

контактной прочности (по соображениям обеспечения линейных контактов), активные поверхности кругосинусоидных беговых дорожек на кулачках и на внутренних поверхностях корпусов целесообразно выполнять тороидальной формы (очерчиваемых в осевых сечениях дугами окружностей).

Ведущий вал 1 расположен внутри во- дила 2, а водило расположено внутри корпуса 3. Тела 4 качения расположены в оконных проемах водила и каждое из них взаимодействует одновременно с кругосинусоидными беговыми дорожками кулачка и корпуса, а

н - угловое смещение какого-либо

также с боковой поверхностью оконного проема водила 2 (на фиг.7 см. точки А,В.С).

В каждом ряду передачи оконные проемы у водила распределены по углу равномерно и их количество определяется из соотношения

t lZa±Zil

(первый вариант - знак +, второй - ).

Условия сборки:

Zi р1ч + Z3 t jptiP. где v- ном ер ряда;

pw угловое смещение кулачка v-ro ряда относительно кулачка первого ряда;

1VE - угловое смещение кругосинусо- идной бегозой дорожки корпуса v-ro ряда относительно кругосинусоидной беговой дорожки корпуса первого ряда;

piv

оконного проема v-ro ряда относительно какого-либо оконного проема первого ряда.

С целью повышения износостойкости или износостойкости и КПД в вариантах Zi 1 или 7з 1, или2т 2з.1 эксцентрики ведущего вала с телами 4 качения могут взаимодействовать не непосредственно, а через втулки-толкатели 5 тел 6 качения (фиг.8-11). Эксцентриковые беговые дорожки корпуса с телами 4 качения также могут взаимодействовать через втулки 7 или через подшипники (через втулки 7 и тела 8 качения подшипников).

На фиг.12 показаны1 окружность 9 сопряженных кругосинусоид; кругосинусоида 10 кулачка, кругосинусоидная беговая дорожка 11 кулачка, кругосинусоида корпуса 12, корпусная кругосинусоидная беговая дорожка 13, RsE - внешний и-Rs - внутренний радиусы кольца расположения кругосинусоид, А - амплитуда кругосинусоид; d - диаметр тел качения. RHE и RH - радиусы внешнего и внутреннего цилиндров водила- трубы, соответствующие беззазорному рас- положению водила в зазоре между кругосинусоидными беговыми дорожками кулачка и корпуса, круговая стрелка w символизирует вращательное движение кулачка относительно корпуса.

На фиг.13-15 показаны крайние положения тела качения в оконном проеме водила; D,E,F,G - соответствующие им точки контакта с боковыми поверхностями оконного проема водила; RH - размер, меньше которого принимать радиус наружного цилиндра водила нецелесообразно (в противном случае возникает кромочный контакт тела качения с водилом); RH - размер, больше которого принимать радиус внутреннего цилиндра водила нецелесообразно

(по тем же соображениям предупреждения кромочных контактов тел качения с водилом).

Из фиг. 12 и 13 видны условия отсутствия кромочных контактов

RH RHE RHE.

Из фиг.12 видно также, что

RH R + А - 0,5-d; RHE R - А + 0,5-d.

Из фиг. 13 следует, что

RH Y(R-A)2-f(0.5-d)2:

RHE Y(R+A)2+(0,5-d)2,

После алгебраических преобразований получаем

d А

4 С R/A )

- А

{R/A ) + 1 4 -(R/A) А ( R/A ) - 1

и видим, что если соблюдено второе условие, то первое тем более соблюдено, т.е. минимально допустимые значения для диаметров тел качения определяются выраже- нием

,,,.. 4 (R/A) d/A (R/AH Рассмотрим вопрос о правой границе допускаемых значений диаметров тел каче- ния.

В синусных передачах нельзя допустить явления заострения вершин активных поверхностей синусоидальных канавок, так как при односторонних зацеплениях оно приводит к ударным явлениям. При одних и тех же А и R, но различных Z явление заострения вершин наступает при тем больших d, чем меньше Z, т.е. чтобы установить правую границу допускаемых значений для й.следу- ет рассматривать случай Z 1, причем случай, когда кругосинусоида вырождается в окружность (в эксцентрик). У окружности заострения вершин не будет при любых значениях d, при которых эксцентрик существует, а условие существования эксцентрика

0.5-d R.

Итак, интервал возможных значений диаметров тел качения, выраженных в долях амплитуды кругосинусоид,.для всех возможных вариантов исполнения заявленной передачи определяется из условия

. -(Я/А).

Многорядная синусная передача работает следующим образом.

При вращении ведущего вала каждый из кулачков приводит в движение почти половину взаимодействующих с ним тел качения

(на фиг.7 см. точки контакта Ai, Aa и Аз). Эти находящиеся в активной фазе зацепления тела качения перемещаются в направлении от центра вращения кулачка, взаимодействуют с кругосинусоидными беговыми дорожками корпуса (на фиг.7 см. Ci, C2 и Сз) и перемещаются, поэтому вдоль этих дорожек, надвигаясь на находящиеся на их пути боковые поверхности оконных проемов водила (на фиг.7 см. В1.В2 и Вз), приводят водило во вращение.

В тот же момент времени остальные тела качения передаточного ряда совершают холостые пробеги, водило, приведенное во вращение силами в точках Bi,B2 и Вз, действует (в точках ) противоположными сторонами боковых поверхностей оконных проемов на отдыхающие тела качения и переносит их в направлении к актив- ным участкам зацепления. В момент времени, которому соответствует фиг.7, тело качения (АВС)4 только что покинуло активную часть зацепления, тело качения (АВС)а занимает исходную к активному участку зацепления позицию.

Передаточное отношение многорядной синусной передачи определяется из выражения

- Zi

ад Ш1 Ж±гз

где знак + соответствует случаю t Zs + +Zi; знак - соответствует случаю t IZs - -Zil.

В случае подшипниковой передачи с жесткими кинематическими связями (см. фиг.Юи 11):

t Z3 + Zi 1 + 1 2;

ftJ2 0,5 ftfi

Формула изобретения

1. Синусная многорядная передача, содержащая тела качения, коаксиально расположенные корпус с беговыми дорожками на внутренней поверхности для взаимодействия с телами качения, охваченное корпусом

трубообразное водило с проемами под тела качения и центральный вал с беговыми дорожками для взаимодействия стелами качения, отличающаяся тем, что, с целью повышения технологичности изготовления

передачи, беговые дорожки выполнены кругосинусоидными с одностронними связями с учетом условия

4 R/A /(R/A - 1) d/A 2R/A, где А - амплитуда кругосинусоид;

R - радиус окружности кругосинусоид;

d - диаметр тел качения.

2.Передача по п, 1, отличающаяся тем, что боковые стенки проемов выполнены плоскими, а тела качения - в виде роликов.

3.Передача по п.1,отличающаяся тем, что боковые стенки проемов выполнены в виде радиально ориентированных круглых цилиндров, а тела качения - в виде

шариков.

4.Передача по пп. 1-3, о т л и ч а ю щ а- я с я тем, что, с целью повышения КПД передачи, кругосинусоидные беговые дорожки выполнены в форме круговых цилиндров, а в каждом ряду передач число проемов равно двум и расположены они через 180°.

Использование: для изменения частот вращения валов, машин и механизмов, размещаемых в скважинах. Сущность изобретения: передача содержит корпус-трубу с кругосинусоидными беговыми дорожками на внутренней поверхности, в котором размещено водило-труба с оконными проемами под сателлиты в форме тел качения (роликов, шариков). Внутри водила расположен ведущий вал в форме стержня с жестко насаженными на него кулачками, профилями которых являются кругосинусоидальные беговые дорожки, Каждое из тел качения взаимодействует одновременно с боковой поверхностью оконного проема водила и с кругосинусоиднь ми беговыми дорожками кулачка и корпуса. При передаточном отношении, равном 2,с каждым телом качения зацепляются два подшипника, что при сохранении простоты конструкции и устойчивом передаточном отношении обеспечивает во всех кинематических парах чистое качение. 3 з.п. ф-лы, 13 ил. сл С

-стержень

Фаг.1

К-кулачок

Н

Фиг. 4

Фиг. 7

Фиг.8

123-45678, .Г

r-r

1234

Фкг.И

Фиг.9

йиг.ЮJT

5678

10

11

1Z

13

Фаг. 12

Фиг.13