Передаточний механізм

1. Передаточний механізм, що містить корпус, хвильовий генератор, вхідний і вихідний вали, вузол передачі обертання між неспіввісними валами і передавальний вузол, що складається з ланок, кожна з яких має щонайменше одну профільовану кулачкову поверхню у вигляді періодичної по периметру доріжки кочення, що постійно взаємодіє з тілами кочення, розташованими в отворах сепаратора, причому одна з ланок зв'язана з хвильовим генератором, який відрізняється тим, що передавальний вузол утворений двома ланками, одна з яких виконана у вигляді нерухомого колеса, закріпленого в корпусі, а інша - у вигляді прецесуючого колеса, яке встановлене з можливістю контакту через проміжні тіла кочення з вузлом передачі обертання між неспіввісними валами, що містить U 2 (19) 1 3 25503 габаритні розміри при високих передаючих моментах. Але компоновка таких передач у вигляді трьох послідовно розташованих деталей обмежує число конструктивних варіантів виконання, оскільки проміжна деталь-сепаратор обов'язково повинна бути з крізними прорізами. У таких конструкціях глибина доріжок кочення і товщина водила-сепаратора з прорізами приблизно рівні один одному і дорівнюють 1/3 діаметра кульки. Аналіз сил, діючих на кульку, показує, що сили, які діють на кульку зі сторони доріжок кочення, мають дві складові: радіальну і осьову. При цьому тільки осьова сила виконує корисну роботу, а радіальна сила збільшує втрати на тертя. Найбільш слабкою по міцності ланкою синусо-кулькових передач є водилосепаратор. Збільшити його товщину неможливо через те, що при цьому точка прикладання результуючої сили, що діє на кульку, зміщується від центру і зменшується її корисна складова. Відомі редуктори на базі прецесійної передачі із зубчато-роликовим зачепленням [Бостан А.І. Зачеплення для прецесуючих передач., Кишинів, 1988р.]. Всі редуктори, описані в джерелі, можна розділити на два типи: перший тип - це редуктори, в яких механізм зв'язку сателітного колеса з вихідним валом виконаний у вигляді зубчатороликового зачеплення [стор.83-85, мал.36; стор.86-87, мал.37; стор.87-89, мал.38; стр.89-90, мал.39], другий тип - редуктори, в яких механізм зв'язку сателітного колеса з вихідним валом виконаний у вигляді муфти [стор.92-95, мал.40-42]. У всіх редукторів, що відносяться до першого типу, виділяються загальні конструктивні ознаки. На кривошипній ділянці вхідного валу в підшипниках встановлено сателітне колесо з двома роликовими вінцями. Конічні ролики обертаються вільно на осях, запресованих в корпусі колеса. Нерухоме колесо закріплене в корпусі, а рухоме закріплене на вихідному валу. Продовження твірних зубів коліс і конічних роликів перетинаються в центрі прецесії, суміщеному з точкою перетину загальної осі валів з віссю кривошипної ділянки вхідного валу. Сателітне колесо встановлене плаваючим в осьовому напрямі, що врівноважує навантаження в зачепленнях, виключає осьові навантаження на підшипники вхідного валу, а також знижує вимоги до точності виготовлення ряду деталей. Працює редуктор таким чином. Обертання вхідного валу перетворюється в прецесійний рух сателітного колеса навколо центру прецессії за допомогою підшипників, розташованих на кривошипній ділянці вхідного валу. При цьому конічні ролики перекочуються по зубах нерухомого колеса і завдяки різниці кількості зубів і роликів, повідомляють сателітному колесу обертання з редукцією навколо власної геометричної осі. Другий ряд конічних роликів прецесуючого колеса, перекочуючись по зубах рухомого колеса, зв'язаного вихідним валом, повідомляє йому обертання з редукцією, напрям якого може співпадати, або не співпадати з обертанням вхідного валу. В цілому передаточне відношення редуктора має широкий діапазон і визначається комбінацією чисел зубів рухомого і нерухомого коліс і кількістю роликів в вінцях сателітного колеса. 4 Другий тип редукторів має аналогічну конструкцію і відрізняється від першого тим, що механізм зв'язку сателітного колеса виконаний у вигляді муфти, а не у ви гляді роликового вінця прецесуючого колеса, що взаємодіє з рухомим зубчатим колесом. Муфта може бути з убчата або синхронна. Редуктори на базі прецесуючої передачі з роликовим зачепленням реалізують широкий діапазон передаточних відношень, здатні передавати великі потужності при порівняно невеликих вазі і габаритних розмірах. Разом з достоїнствами, ці редуктори мають і недоліки. Ролики прецесуючого колеса встановлені на осях і обертаються з тертям ковзання. Це приводить до передчасного зносу осей і отворів роликів, а також до зниження ККД. Пропонується конструкція, в якій ролики встановлені на осях на голчатих підшипниках кочення. Проте, в цьому випадку вартість такого редуктора значно зростає. Якість зачеплення залежить від точності осьового і просторового розміщення роликів. Високу точність такого їх розміщення отримати технологічно складно. Ме ханізм зв'язку сателітного колеса з вихідним валом для другого описаного виду редукторів, виконаний у вигляді зубчатої або синхронної муфти, має недоліки. Зубчата муфта допускає втрати на тертя ковзання, нерівномірність ходу вихідного валу. Синхронна муфта здатна передати обертання лише в одному напрямі. Ме ханізм зв'язку сателітного колеса з вихідним валом для другого описаного виду редукторів, виконаний у вигляді зубчатої або синхронної муфти, має недоліки. Зубчата муфта допускає втрати на тертя ковзання, нерівномірність ходу вихідного валу. Синхронна муфта здатна передати обертання лише в одному напрямі. Найбільш близьким по технічній суті є диференціальний перетворювач швидкості "редукторпідшипник [патент RU 1279272 С1, F16Н25/06, Становськой В.В., 30.03.2001р.]", що складається з хвильового генератора, передаючого вузла і вузла передачі обертання між неспівісними валами. Передаючий вузол перетворювача містить три ланки (обойми). Ланка (обойма) хвильового генератора виконана коаксіально відносно двох інших, а бічні поверхні ланок (обойм), що сполучаються, виконані у вигляді сферичного поясу. Між коаксіальними поверхнями, що сполучаються, розташований тонкостінний сепаратор з крізними подовжніми прорізами. Періодична доріжка кочення на бічній поверхні прецесуючої ланки (обойми) хвильового генератора виконана у вигляді зигзагоподібної в осьовому напрямі замкнутої канавки. Дві інші ланки (обойми) торцями сполучені одна з одною і утворюють одну загальну ланку, а їх періодичні доріжки кочення виконані з однаковим числом періодів так, що утворюють загальну періодичну зигзагоподібну в осьовому напрямі замкнуту канавку на загальній сферичній поверхні ланки. Прецесуюча ланка (обойма) пов'язана з вихідною ланкою вузлом передачі обертання між неспівісними валами. Цей вузол повинен передавати обертання при куті нахилу осей валів, що змінюється. 5 25503 Вузол передачі обертання між неспівісними валами може бути виконаний у вигляді хрестовини, системи гнучких тяг або важелів. Він може бути виконаний також по будь-якій з відомих схем. Наприклад, може бути застосована компенсуюча, рухома або нерухома муфти, кулькова синхронна муфта. Генератор, що забезпечує прецессію ланок (обойм), містить вал, виконаний у вигляді обойми і розташований коаксіально з прецесуючими ланками (обоймами) з протилежного боку від їх профільованих кулачкових поверхонь. На бічних поверхнях валу-генератора і прецесуючих ланок (обойм), що сполучаються, виконані кільцева канавка і кільцевий виступ, який введений в канавку і сполучається з нею так, що між виступом і канавкою з протилежних боків від виступ у і діаметрально протилежно одна одній розміщено дві кульки. Диференціальні перетворювачі швидкості володіють широкими кінематичними і функціональними можливостями, мають зменшену питому вагу і габаритні розміри, мають підвищену здатність навантаження за рахунок використання багатоточкового контакту в зачепленні, підвищений ККД за рахунок виключення тертя ковзання в кінематичних парах. Але деякі деталі і вузли перетворювача володіють підвищеною складністю виготовлення і збірки. Зовнішня обойма перетворювача складається з двох обойм, торцями сполучених одна з одною, а їх доріжки кочення виконані так, що утворюють загальну періодичну зигзагоподібну в осьовому напрямі замкнуту канавку. Пропоновані варіанти виконання вузла передачі обертання між неспівісними валами не здатні передавати великі потужності, або складні в виготовленні. Пропонований автором, хвильовий генератор має недоліки. Прецесія обойми здійсниться тільки в тому випадку, якщо сила зачеплення між кулькою і кільцевими виступами буде достатньою для забезпечення відсутності прослизання між двома кульками і обоймами. Збільшення сили зачеплення веде до зростання контактної напруги на поверхні кульок і кільцевих виступів, а зменшення - до появи прослизання. Крім того, застосування в генераторі лише двох кульок не дозволяє передавати значні зусилля. З вищесказаного виходить, що диференціальні перетворювачі швидкості Становського не можуть володіти достатньою надійністю і довговічністю, не можуть передавати великі потужності, складні у виго товленні і збірці. В основу корисної моделі поставлено завдання створити передаточний механізм, в якому за рахунок зміни форми конструктивних елементів і їх взаємозв'язків забезпечено підвищення несучої здатності ланок і кінематичних пар, що дозволить передавати високі обертаючі моменти при великих передаточних відношеннях, підвищити надійність і довговічність механізму і використовувати його як силовий агрегат. Для вирішення поставленого завдання в передаточному механізмі, що містить корпус, хвильовий генератор, вхідний і вихідний вали, вузол передачі обертання між неспівісними валами і 6 передаючий вузол, який складається з ланок, кожна з яких має, щонайменше, одну профільовану кулачкову поверхню у вигляді періодичної по периметру доріжки кочення, що постійно взаємодіє з тілами кочення, розташованими в отворах сепаратора, причому одна з ланок пов'язана з хвильовим генератором, відповідно до корисної моделі, передаючий вузол утворений двома ланками, одна з яких виконана у вигляді нерухомого колеса, закріпленого в корпусі, а інша - у вигляді прецесуючого колеса, яке встановлене з можливістю контакту через проміжні тіла кочення з вузлом передачі обертання між неспівісними валами, що містить вихідну ланку, виконану у вигляді р ухомого колеса, сполученого з вихідним валом. Кожна з ланок передаючого вузла містить одну або декілька періодичних по периметру доріжок кочення. Хвильовий генератор утворений вхідним валом і підшипниками кочення, встановленими на його кривошипній ділянці. Тіла кочення можуть бути розташовані в овалоподібних виїмках, виконаних на одній або декількох сферичних поверхнях рухомого колеса і аналогічних виїмках, виконаних на прецесуючому колесі. Тіла кочення можуть бути розташовані на одній або декількох періодичних по периметру доріжках кочення, виконаних на одній або декількох сферичних поверхнях рухомого колеса і аналогічних доріжках кочення, виконаних на прецесуючому колесі. При цьому, тіла кочення розташовані в отворах сепаратора. Для виконання доріжки кочення на ланці передаючого вузла не вимагається з'єднання двох деталей. Доріжка кочення виконується на ланці, що складається з однієї деталі. Це дає можливість підвищити надійність і довговічність передаточного механізму, а також використовувати його як силовий агрегат. Колеса передаточного механізму можуть містити декілька періодичних зигзагоподібних доріжок кочення, при їх сполученні можна отримати декілька рядів зачеплення через кульки. Це дає можливість істотно підвищити передаючу потужність при збереженні масогабаритних показників. Застосована найбільш доцільна конструкція хвильового генератора для силового передаточного механізму, в якому на кривошипній ділянці вхідного валу на підшипниках кочення встановлено колесо, отримуюче прецесію при обертанні вхідного валу. При такій конструкції хвильового генератора підшипники, на яких встановлено прецесуюче колесо, навантажені радіальними зусиллями, а не знакозмінними осьовими, що дозволяє їм передавати велике навантаження. Застосовано два варіанти виконання доріжок кочення, які виконані на рухомому і прецесуючому колесах. Кожен варіант забезпечує відсутність тертя ковзання і багатоточковий контакт в зачепленні при передачі обертання між неспівісними валами. Це дає можливість передаточному механізму передавати високу потужність при збереженні массогабаритних показників і мати високий ККД. Варіант виконання, в якому обертання пере 7 25503 дається через кульки, що одночасно контактують з овалообразними виїмками двох ланок, забезпечує передаточне відношення рівне одиниці. Варіант виконання, в якому обертання передається через кульки, одночасно контактуючі з періодичними доріжками кочення двох ланок, забезпечує передаточне відношення, відмінне від одиниці. Корисна модель ілюструється кресленнями. На Фіг.1 представлений подовжній розріз передаточного механізму, де як вузол передачі обертання між неспівісними валами прийнято рухоме колесо, сполучене з вихідним валом, а тіла кочення розташовані на періодичній по периметру доріжці кочення, яка виконана на сферичній поверхні рухомого колеса і аналогічній доріжці кочення, виконаній на прецесуючому колесі. На Фіг.2 представлений подовжній розріз передаточного механізму, де як вузол передачі обертання між неспівісними валами прийнято рухоме колесо, сполучене з вихідним валом, а тіла кочення розташовані в овалоподібних виїмках, які виконані на сферичній поверхні рухомого колеса і аналогічних виїмках, виконаних на прецесуючому колесі. На Фіг.3 представлено об'ємне зображення зачеплення прецесуючого, рухомого і нерухомого коліс. Передаточний механізм (Фіг.1) являє собою корпус 1, в якому на підшипниках 2 встановлений вхідний вал 3, утворюючий разом з підшипниками 4, встановленими на кривошипній ділянці, хвильовий генератор. На підшипниках 4 встановлено прецесуюче колесо 5 з двома періодичними зигзагоподібними доріжками кочення на сферичній поверхні. Нерухоме колесо 6 з періодичною зигзагоподібною доріжкою кочення на сферичній поверхні закріплено гвинтами в корпусі 1. Рухоме колесо 7 з періодичною зигзагоподібною доріжкою кочення на сферичній поверхні і вихідний вал 8 зв'язані нерухомо і утворюють вузол передачі обертання межу неспівісними валами. Передаючий вузол, утворений прецесуючим колесом 5 і нерухомим колесом 6, які перебувають в зачепленні через проміжні тіла кочення - кульки 9, що розміщені в сепараторі 8 10. Сепаратор 10 розташований між прецесуючим колесом 5 і нерухомим колесом 6. Прецесуюче колесо 5 і рухоме колесо 7 перебувають в зачепленні через проміжні тіла кочення - кульки 11, які розміщені в сепараторі 12. Сепаратор 12 розташований між прецесуючим колесом 5 і рухомим колесом 7. Працює передаточний механізм таким чином. При обертанні вхідного валу З за допомогою підшипників 4 генеруються хвилі прецесії прецесуючого колеса 5. При цьому кульки 9, що знаходяться в сепараторі 10, одночасно контактують з періодичними зигзагоподібними доріжками кочення прецесуючого і нерухомого коліс, і завдяки різниці в кількості періодів, повідомляють колесу 5 обертання з редукцією навколо власної геометричної осі. Інший ряд кульок 11, що знаходяться в сепараторі 12, контактує одночасно з періодичними зигзагоподібними доріжками кочення прецесуючого 5 і рухомого 7 коліс, і повідомляє рухомому колесу 7 обертання з редукцією. Передаточне відношення визначатиметься кількостями періодів доріжок кочення прецесуючого колеса, рухомого і нерухомого коліс. Передаточний механізм, зображений на Фіг.2 має таку ж конструкцію і принцип роботи, але тіла кочення 11 контактують з поверхнями овалоподібних виїмок, які виконані на сферичних поверхнях прецесуючого 5 і рухомого 7 коліс. На Фіг.3 показано об'ємне зображення зачеплення прецесуючого 5 і нерухомого 6 коліс через проміжні тіла кочення - кульки 9, які розташовані в сепараторі 10. Колесо 5 прецесуює, і при цьому тисне на нерухоме колесо 6 через кульки 9, які викликають його обертання з редукцією навколо власної геометричної осі. На рухоме колесо 7 обертання передається через кульки 11. Представлені конструкції передаточного механізму придатні до використання в силових агрегатах. 9 Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 25503 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601