Редуктор

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в различных приводных механизмах. Редуктор содержит корпус с двумя ступенями ременных передач с переменным межосевым расстоянием, входной и выходные валы с установленными на них шкивами соответственно ведущим - первой ступени и ведомым - второй, промежуточный вал со шкивами и натяжное устройство. Корпус выполнен шарнирно-сочлененным, в одной его части (несущей) выполнены центрирующие поверхности для соосной установки входного и выходного валов, в другой части (выносной) помещен параллельно им промежуточный вал. Части корпуса связаны цилиндрическим шарниром, ось которого параллельна осям валов, с возможностью взаимного поворота на угол α_max, при этом α_max=arcsinr/R, так что межосевое расстояние а изменяется в пределах от a_min = Rcosα_max+rsinα_max до a_mах, где a_mах=R+r, где R и r - расстояния от оси шарнира до осей валов, расположенных соответственно в несущей и выносной частях корпуса, при этом передачи (линия центров) имеют возможность перемещения в плоскости шкивов на угол α от α = 0 до α_max =arcsinr/R. Ремни в обеих ступенях передач имеют одинаковую продольную податливость. Технический результат заключается в обеспечении высокой плавности хода, демпфирующей способности редуктора, электромагнитного, акустического и теплового разделения обоих валов. 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения (станкостроение, подъемно-транспортное, технологическое машиностроение и приборостроение). Редуктор предназначен для использования в электро- и пневмомеханическом приводе машин, в механизмах машин и приборов, когда скорость приводного (рабочего) вала требует редуцирования (или мультиплицирования) вращательного движения ведущего вала с передаточным отношением средней величины (до 25... 30).

Известные редукторы выполняются с передачами зацеплением, в том числе зубчатыми, с параллельными валами, двухступенчатыми, соосными [1].

Зубчатые редукторы, являясь наиболее компактными, имеют следующие недостатки. Они имеют высокую крутильную жесткость, из-за чего в привод для демпфирования колебаний нагрузки и скорости вводятся дополнительные устройства - ременная передача, упругая муфта и др. Для уменьшения шумности передач (особенно быстроходной ступени) приходится повышать степень точности передач, жесткость корпуса и валов, чистоту поверхностей зубьев, что требует высокой и дорогостоящей технологии. Осуществление магнитного, электрического, акустического и теплового разделения между двигателем и приводным валом машины не может быть осуществлено с помощью зубчатого редуктора, все основные детали которого выполнены из металла и сопрягаются между собой непосредственно.

В составе механического привода в условиях, когда необходимы плавность хода, демпфирование колебаний нагрузки и скорости рабочих органов машины, бесшумность привода, электрическое, магнитное, акустическое или тепловое разделение входного и выходного валов редуктора (ведущего и ведомого валов привода) целесообразно использовать ременные передачи.

Известен двухступенчатый соосный редуктор с ременными передачами, в котором эти достоинства передач с неметаллическими ремнями могли бы быть реализованы. Однако, судя по описанию [2], получению полезного эффекта от его использования препятствуют следующие существенные недостатки: 1. "Размещенные параллельно" входной и выходной валы не обеспечивают взаимно-соосного расположения передач. При этом "общее для обеих передач натяжное устройство" не может обеспечить в них одинаковое натяжение ремней равной длины, что отрицательно сказывается на их работоспособности.

2. Взаимная соосность передач неосуществима и потому, что непонятно, какую функцию выполняет выходной вал редуктора, если "ведомый шкив второй передачи установлен на корпусе снаружи" и не связан с выходным валом.

3. Промежуточный вал редуктора установлен в головке натяжной штанги "с возможностью колебания", что недопустимо, так как колебания вызывают неустойчивое движение ремней и их сцепление со шкивами, а также могут вызвать разрушительный резонанс.

4. Одной из особенностей редуктора, не отмеченной в описании [2], является угловое перемещение промежуточного вала со штангой при изменении межосевого расстояния с помощью натяжного устройства. Отсутствие признаков, связывающих размеры межосевого расстояния, длины штанги и угла поворота промежуточного вала (а значит, и всех передач) относительно корпуса редуктора, делает невозможным его практическое применение в условиях определенности реального монтажного пространства, свойственных размещению механизмов в современных машинах.

5. Использование в обеих передачах (быстроходной - первой и тихоходной - второй) одинаковых ремней представляет собой частный случай, когда передаточное отношение редуктора (U) может быть разбито по ступеням поровну и не может рассматриваться как обязательный существенный признак, поэтому и по ряду других причин, а именно: а) натяжение "одинаковых ремней" в обеих передачах путем перемещения промежуточного вала, даже в случае их взаимно-сосного расположения, может оказаться в действительности различным из-за разной их продольной податливости (она практически зависит от материалов, конструкции, технологии изготовления ремней и степени их предварительной обтяжки). Так что одни ремни могут перегружаться, другие - буксовать, и те и другие преждевременно выходить из строя.

Из теории растяжения упругих стержней продольная податливость λ ремня длиной L, площадью сечения F и с модулем упругости Е: λ =L/E•F [3, с.19]. Удлинение ремня ΔL = λ•S, где S - сила его натяжения (S = ΔL/λ) при заданном удлинении целиком зависит от податливости λ (см. также [4, с.204]); б) долговечность ремней зависит от их скорости (числа пробегов), а она различается в передачах редуктора "в разы" (примерно в раз). Поэтому целесообразно использовать в передачах разные ремни - более выносливые в первой передаче; при одинаковой их продольной податливости; в) применение одинаковых по ширине ремней в ступенях передач нецелесообразно и в отношении влияния на моменты, "опрокидывающий" промежуточный вал в сторону более нагруженной его консоли, что приводит к перекосу ведущего шкива второй передачи и нарушает правильное взаимодействие ремней со шкивами.

6. Установка шкивов: ведущего - внутри, а ведомого - снаружи корпуса редуктора, является частным случаем и не может считаться признаком новизны.

7. Установка промежуточного вала на конце подвижной натяжной штанги делает его положение в пространстве не устойчивым в осевой плоскости из-за многократного возрастания перемещений в опорном шарнире штанги, расположенном на другом ее конце (зазоры, деформации). Это приводит к перекосу шкивов промежуточного вала и нарушению их взаимодействия с ремнями.

Предлагаемые нами технические решения позволяют устранить проанализированные недостатки и получить положительный эффект от реализации нашей идеи - создать редуктор, обладающий свойствами и достоинствами ременных передач, такими как плавность хода, демпфирующая способность, бесшумность, электрическое, магнитное и тепловое разделение (изоляция) входного и выходного валов, работа передач без смазки и специального охлаждения.

Для достижения этой цели двухступенчатый редуктор с ременными передачами, содержащий корпус, входной вал с расположенным на нем ведущим шкивом первой ступени передач, выходной вал с ведомым шкивом второй ступени, параллельный им промежуточный вал со шкивами и натяжное устройство (например, винтовая стяжка), отличается тем, что: расстояние между центрами ведущего и ведомого валов редуктора, с одной стороны, и промежуточного вала, с другой, (далее - "межосевое расстояние") выполнено переменным, для чего корпус редуктора выполнен шарнирно-сочлененным; в одной (несущей) части корпуса выполнены центрирующие поверхности для соосной установки входного и выходного валов, а в другой (выносной) части корпуса расположен промежуточный вал; обе части корпуса связаны между собой цилиндрическим шарниром, ось которого параллельна осям валов передач, а также натяжным устройством, посредством которых осуществляется перемещение (поворот на угол β) и фиксация одной части корпуса относительно другой так, что межосевое расстояние и натяжение ремней изменяются в обе стороны от расчетного (теоретического) значения в ступенях передач на одну и ту же величину (расчетная величина межосевого расстояния а согласовывается с другими расчетными параметрами ременных передач в соответствии с нормативными методиками, например [4, с. 212-213]), причем положение передач в плоскости вращения шкивов определяется углом перемещения линии центров (α): α_max = arcsinr/R при β = 0,
межосевое расстояние изменяется от a_min до a_max:
a_min = Rcosα_max+rsinα_max,
a_max=R+r (см. фиг.1),
где R и r - расстояния от оси шарнира до осей валов, расположенных в несущей и выносной его частях, соответственно;
ременные передачи обеих ступеней выполнены ремнями одинаковой продольной податливости;
ведущий шкив - первой и ведомый - второй ступеней передач могут располагаться как внутри, так и снаружи корпуса;
передаточное отношение редуктора может быть разбито по ступеням как угодно, причем типы ремней и шкивов в ступенях могут различаться по типу и размерам при соблюдении условия одинаковой продольной податливости всех ремней.

Предлагаемое устройство изображено на чертежах: фиг.1 - вид спереди (передачи показаны наложенным контуром), фиг.2 - вид сбоку (промежуточный вал показан схематично).

Сочлененный корпус редуктора состоит из несущей 1 и выносной 2 частей, связанных между собой цилиндрическим шарниром 3 и натяжным устройством 4. В несущей части выполнены центрирующие поверхности 5 и 6 для соосной установки соответственно входного 7 и выходного 8 валов со шкивами: ведущим первой ступени 9 и ведомым второй ступени передач 10. Выносная часть корпуса 2 с промежуточным валом 11 имеет возможность поворачиваться вокруг оси шарнира 3 на угол β, причем межосевое расстояние а и натяжение ремней 12 в обеих ступенях передач изменяется, а сами передачи поворачиваются на угол α.
Для ограждения передач к корпусу может крепиться защитный кожух (на чертеже не показан). Редуктор допускает три других модификации: с опорой на корпус и фланцевым двигателем, с опорой на этот двигатель и с опорой на приводной вал (навесной редуктор).

Устройство работает следующим образом.

Вращающий момент от входного вала 7 передается с помощью первой ступени передач на промежуточный вал 11 и с него ремнями второй ступени - на выходной вал 8. Предварительное натяжение ремней 12 обеих ступеней осуществляется путем изменения межосевого расстояния а за счет поворота выносной части корпуса 2 вокруг оси шарнира 3 с помощью натяжного устройства 4.

Положительный эффект от реализации нашего предложения заключается в том, что машиностроение получает для изготовления приводов машин и приборов редуктор нового типа - редуктор, обладающий достоинствами ременных передач: свойствами демпфирования, электрического, магнитного, акустического и теплового разделения, редуктор, который можно изготовить в условиях механических мастерских, имеющий неограниченную ремонтопригодность и предельно простой в комплектации, так как допускает использование однотипных ремней и ободов, шкивов в обеих передачах.

Литература
1. Детали машин: Атлас конструкций / Под ред. Решетова Д.Н. М., 1988, 370 с.

2. Заявка 93-046721/11, опубл. БИ 9704, кл. В 60 К 17/04 от 10.02.97.

3. Тимошенко С.П., Гере Дж. Механика материалов. М.: Мир, 1978.

4. Решетов Д.Н. Детали машин. М.: Машиностроение, 1974, 518 с.

Формула изобретения

Редуктор, содержащий корпус, две ступени ременных передач, входной и выходной валы с установленными на них шкивами, соответственно, ведущим и ведомым, промежуточный вал со шкивами и натяжное устройство, отличающийся тем, что редуктор имеет изменяющееся межосевое расстояние в ступенях передач, при этом корпус выполнен шарнирно-сочлененным, при этом в несущей его части выполнены центрирующие поверхности для соосной установки входного и выходного валов, а в выносной его части помещен параллельно им промежуточный вал, указанные части корпуса связаны цилиндрическим шарниром, ось которого параллельна осям валов, редуктор выполнен с возможностью взаимного поворота частей корпуса на угол α, при этом угол α изменяется в пределах 0≤а≤a_max=arcsinr/R, фиксации частей корпуса посредством натяжного устройства, таким образом, что межосевое расстояние а изменяется в пределах a_min=Rcosa_max+rsina_max ≤a≤a_max=R+r, где R и r - расстояния от оси шарнира до осей валов, расположенных, соответственно, в несущей и выносной частях корпуса, при этом ремни в обеих ступенях передач имеют одинаковую продольную податливость.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2