Зубчатая передача (варианты)

Изобретения относятся к машиностроению, в частности к зубчатым передачам, работающим при больших нагрузках. Зубчатая передача содержит ведущее 1 и ведомое 2 зубчатые колеса с полусферическими впадинами 3 и промежуточные элементы в виде шариков 5. Впадины выполнены в виде полусфер и размещены рядами под углом к оси зубчатого колеса, по три в каждом ряду. Расстояние между впадинами и впадин от края колес 0,5÷1,5 диаметра шарика. В первом варианте шарики размещены во всех впадинах одного из колес пары, а во втором колесе пары все впадины без шариков. Во втором варианте ряды с размещенными в них шариками и ряды с впадинами без шариков чередуются в каждом из зубчатых колес пары. В третьем и четвертом вариантах зубчатая передача представляет собой два зацепляющихся шаровых сектора с элементами зацепления также в виде шариков. Во всех вариантах шарики закреплены во впадинах в виде полусфер с помощью клея. Технический результат - повышение надежности и плавности работы, более простое технологическое выполнение, стабильность работы. 4 н.з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретения относятся к самому широкому профилю иди спектру техники, в частности к машиностроению, представляя собой полную замену зубчатых цилиндрических, конических, секторных шестерен на шестерни со сферообразными контактными элементами, работающие при больших нагрузках.

Из патентной литературы известны зубчатые передачи с цилиндрическими зубчатыми шестернями (колесами), т.е. с элементами зацепления в виде продольных зубьев (см., например, авт. св. СССР №435395. кл. F 16 H 3/12, 1970 г., акцептованная заявка Японии №6-65903, кл. F 16 H 1/20, опублик. 24.08.94 г.).

Из патентной же литературы известны конические зубчатые передачи с коническими шестернями) - см., например, авт. св. №1456659 кл. F 16 H 3/10, 1967 г., акцептованная заявка Японии №6-100248. кл. F 16 H 1/455. опублик. 12.12.94 г.

Однако в данных зубчатых передачах в случае выхода из строя даже одной части зубчатой передачи - зубчатой шестеренки (зуба) данный механизм приходит в полную негодность и подлежит замене.

Из патентной литературы известны зубчатые передачи, содержащие два зубчатых колеса с элементами зацепления в виде шариков, размещенных на периферии первого из колес, и сферическими впадинами на периферии второго колеса, при этом на периферии первого колеса выполнена кольцевая радиальная радиусная канавка с радиусом и глубиной, равными радиусу шариков, а передача снабжена закрепленным на периферии этого колеса сепаратором для удержания шариков и обеспечения их вращения вокруг осей (см., например, авт. св. СССР №1483135, F 16 H 1/24, 1987 г.).

Из патентной же литературы известны зубчатые передачи, содержащие червяк со спиральной канавкой сферического поперечного профиля и червячное колесо с размещенными на его периферии в полусферических впадинах магнитными шариками, удерживаемыми во впадинах магнитными элементами, размещаемыми в колесе (см., например, европейский патент ЕР 0163376, кл. F 16 H 1/16, 1988 г.).

Из патентной литературы также известны зубчатые передачи, содержащие зубчатые колеса со впадинами и промежуточные элементы, выполненные в виде шариков, размещенных в одном из зубчатых колес пары. При этом в шариках выполнены центральные отверстия, а передача снабжена стержнем (проволокой), пропущенным через отверстия и удерживающим шарики во впадинах колеса. Впадины размещены рядами под углом к оси зубчатого колеса, по несколько штук в ряду и выполнены сферическими (см., например, а.с. СССР №1173100, кл. F 16 H 1/24, 1984 г.).

Однако в этих известных технических решениях промежуточные элементы, передающие усилия, закреплены во впадинах ненадежно, осуществляют неуверенный контакт зубчатой пары и/или затрачивают дополнительные не нужные для передачи движения от одной шестерни к другой, усилия на преодоление трения вращения самих шариков вокруг их оси, или при наличии магнитных шариков вокруг вынуждены иметь дополнительные довольно мощные магнитные элементы, удерживающие шарики во впадинах при передаче значительныхх усилий с шестерни на шестерню. Кроме того, вызывает опасение и надежность проволоки, т.к. при передаче значительных усилий в зубчатой передаче проволока, удерживающая шарики, может порваться и передача нарушиться.

Из патентной литературы также известны зубчатые передачи, содержащие два зацепляющихся шаровых сектора с элементами зацепления в виде размещенных на соответствующих секторах радиальных зубьев и впадин с рабочими поверхностями выпукло-вогнутого контакта. При этом зубья и впадины выполнены пирамидальными с рабочими поверхностями в виде соответствующих друг другу на зубе и впадине, равномерно расположенных вокруг их радиальных осей, участков-граней (см., например, а.с. СССР 1620730, кл. F 16 H 1/12. 1989 г.).

Однако в этих передачах страдает плавность и надежность передачи при перекатывании пирамидальных выступов по впадинам.

Задачей данных изобретений является создание зубчатых передач с достижением технического эффекта (результата) в виде повышения надежности и плавности работы, более простого технологического выполнения, стабильности работы.

Решение данной задачи достигается тем, что в зубчатой передаче, содержащей зубчатые колеса с впадинами и промежуточные элементы в виде шариков, размещенных во впадинах одного из зубчатых колес пары, пары размещены рядами под углом к оси зубчатого колеса, по несколько штук в ряду, в соответствии с изобретением шарики закреплены во впадинах с помощью клея, расстояние между впадинами и впадин от края колес 0,5÷1,5 диаметров шариков, впадины выполнены в виде полусфер и размещены по три в каждом ряду.

Решение данной задачи достигается также и тем, что в зубчатой передаче, содержащей зубчатые колеса с впадинами и промежуточные элементы, размещенные в последних, выполненные в виде шариков, впадины размещены рядами под углом к оси зубчатого колеса, по несколько штук в ряду, в соответствии с изобретением впадины выполнены в виде полусфер, по три в каждом ряду, шарики во впадинах закреплены с помощью клея, расстояния между впадинами и впадин от края колес 0,5÷1,5 диаметра шариков, ряды с размещенными в них шариками и ряды со впадинами без шариков чередуются в каждом из зубчатых колес пары.

Решение данной задачи достигается и тем, что в зубчатой передаче, содержащей два зацепляющихся шаровых сектора с элементами зацепления в виде радиальных зубьев на одном шаровом секторе и впадин с рабочими поверхностями для выпукло-вогнутого контакта на другом шаровом секторе, в соответствии с изобретением впадины выполнены в виде полусфер, зубья выполнены в виде шариков, установленных во впадинах на клею, при этом шарики и свободные впадины на сопряженных секторах размещены с возможностью при передаче движения от сектора к сектору совмещения в контакт соответствующих зубьев одного сектора и впадин другого сектора, а расстояния между впадинами и впадин от края сектора 0,5÷1,5 диаметра шариков.

И решение данной задачи достигается также и тем, что в зубчатой передаче, содержащей два зацепляющихся шаровых сектора с элементами зацепления в виде радиальных зубьев и впадин с рабочими поверхностями выпукло-вогнутого контакта, в соответствии с изобретением, впадины выполнены в виде полусфер, а зубья в виде шариков, установленных в полу сферических впадинах на клею, при этом шарики установлены во впадинах через одну впадину с возможностью при передаче движения от сектора к сектору совмещения в контакт соответствующих зубьев одного сектора и впадин другого сектора, а расстояние между впадинами и впадин от края сектора 0,5÷1,5 диаметра шариков.

Далее данные изобретения поясняются более подробно с использованием схемных чертежей, где на фиг.1 представлена зубчатая передача с двумя цилиндрическими зубчатыми колесами для случая, когда ведущее колесо содержит только выпуклости, а ведомое - только со впадинами или наоборот. На фиг.2 показан разрез А-А на фиг.1, 5. На фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1, 5. На фиг.4 - разрез В-В на фиг.1. На фиг.5 представлена зубчатая передача с двумя цилиндрическими зубчатыми колесами для случая, когда оба колеса имеют поочередно ряды шариков и свободных впадин. На фиг.6, 7 представлены конические зубчатые передачи соответственно с колесами сплошных шариковых выпуклостей на одном колесе и сплошных пустых впадин на другом колесе и с переменным их расположением. На фиг.8 показана зубчатая передача, содержащая два зацепляющихся шаровых сектора с элементами зацепления в виде шариков и впадин также со сплошными шариками на одном секторе и без них на другом секторе и на фиг.9 - зубчатая передача со смешанным расположением шариков и впадин на секторах.

Зубчатая передача по фиг.1-4 состоит из ведущего колеса 1, ведомого колеса 2. На зубчатых колесах выполнены одинаковые в виде полусфер впадины 3. Во впадинах одного из зубчатых колес, например во впадинах ведущего колеса, с помощью клея 4 закреплены промежуточные передаточные элементы в виде шариков 5. Впадины размещены рядами под углом к оси зубчатого колеса, по три штуки в каждом ряду. При этом расстояние между впадинами и впадин от края колес выполняется равным 0,5÷1,5 диаметра шарика.

Зубчатая передача по фиг.5 также содержит зубчатые колеса 6, 7 со впадинами в виде полусфер, расположенными рядами, по три в ряд, и промежуточные элементы в виде шариков, также закрепленных во впадинах, но при этом ряды с размещенными в них шариками и ряды со впадинами без шариков чередуются и расположены под углом к оси зубчатого колеса.

Подобные зубчатые передачи могут быть составлены как из цилиндрических колес (шестерен) - фиг.1, 5, так и конических - фиг.6, 7.

Подобные передачи работают следующим образом.

При вращении ведущего колеса усилие на ведомое колесо передается последовательно через каждый промежуточный элемент - поочередно шариками 5, воздействующими на полусферические свободные впадины того же радиуса ведомого колеса. При этом клей надежно удерживает шарики в своих впадинах, не дает им проворачиваться.(исключается излишнее трение) и, если в шестеренке ломается один зуб, то шестеренка не выходит из строя, так как все напряжение передается остальным двум полусферам.

Зубчатые передачи по фиг.8, 9 содержат два зацепляющихся шаровых сектора 8, 9 (и 10, 11) с элементами зацепления в виде размещенных на соответствующих секторах радиальных зубьев 5 на одном шаровом секторе и впадин 3 с рабочими поверхностями для выпукло-вогнутого контакта на другом шаровом секторе. Впадины выполнены в виде полусфер, а зубья выполнены в виде шариков, установленных в полусферах и закрепленных в них с помощью клея. Причем все впадины на обоих шаровых секторах выполнены одинаковыми и расстояние между впадинами и впадин от края сектора 0,5÷1,5 диаметра шариков.

При этом на фиг.6 показана зубчатая передача, содержащая на одном из шаровых секторов только зубья в виде шариков, установленных на клею в своих полусферах, а другой шаровой сектор имеет только пустые впадины в виде таких же полусфер, в которых на другом смежном шаровом секторе установлены шарики.

На фиг.9 показана зубчатая передача, содержащая два зацепляющихся шаровых сектора с элементами зацепления в виде радиальных зубьев и впадин с рабочими поверхностями выпукло-вогнутого контакта. Зубья выполнены в виде шариков, установленных в полусферических впадинах на клею, при этом шарики установлены во впадинах через одну впадину с возможностью при передаче движения от сектора к сектору совмещения в контакт соответствующих зубьев одного сектора и впадин другого сектора и наоборот.

Шаровые секторы 8, 9 и/или 10, 11 выполнены равного диаметра и установлены в универсальных шарнирах, обеспечивающих их вращение вокруг трех взаимно перпендикулярных осей: X, Y, Z и X₁, Y₁, Z₁. Впадины 3 могут быть образованы запрессованными в выполненные в секторе отверстия секторными вставками. Радиальная ось одного из зубьев 5 и радиальная ось соответствующей впадины 3 совпадают с осями вращения Z и Z₁ соответствующих шаровых секторов 8 и 9.

Передача работает следующим образом.

Вращение сектора сектору передается зацеплением зубьев и впадин при различном взаимном положении осей Z и Z₁ вращения. В положении, когда оси Z и Z₁ вращения секторов совпадают, то совпадают и радиальные оси соответствующей зацепляющей пары (зуба и впадины). Передача вращающего момента при этом обеспечивается наличием сферических поверхностей шарика и сферической впадины.

1. Зубчатая передача, содержащая зубчатые колеса с впадинами и промежуточные элементы в виде шариков, размещенные во впадинах одного из зубчатых колес пары, впадины размещены рядами под углом к оси зубчатого колеса по несколько штук в ряду, отличающаяся тем, что шарики закреплены во впадинах с помощью клея, расстояние между впадинами и впадин от края колес 0,5÷1,5 диаметра шариков, впадины выполнены в виде полусфер и размещены по три в каждом ряду.

2. Зубчатая передача, содержащая зубчатые колеса с впадинами и промежуточные элементы, размещенные в последних, выполненные в виде шариков, впадины размещены рядами под углом к оси зубчатого колеса по несколько штук в ряду, отличающаяся тем, что впадины выполнены в виде полусфер по три в каждом ряду, шарики во впадинах закреплены с помощью клея, расстояния между впадинами и впадин от края колес 0,5÷1,5 диаметра шариков, ряды с размещенными в них шариками и ряды со впадинами без шариков чередуются в каждом из зубчатых колес пары.

3. Зубчатая передача, содержащая два зацепляющихся шаровых сектора с элементами зацепления в виде радиальных зубьев на одном шаровом секторе и впадин с рабочими поверхностями для выпукло-вогнутого контакта на другом шаровом секторе, отличающаяся тем, что впадины выполнены в виде полусфер, зубья выполнены в виде шариков, установленных во впадинах на клею, при этом шарики и свободные впадины на сопряженных секторах размещены с возможностью при передаче движения от сектора к сектору совмещения в контакт соответствующих зубьев одного сектора и впадин другого сектора, а расстояние между впадинами и впадин от края сектора 0,5÷1,5 диаметра шариков.

4. Зубчатая передача, содержащая два зацепляющихся шаровых сектора с элементами зацепления в виде радиальных зубьев и впадин с рабочими поверхностями выпукло-вогнутого контакта, отличающаяся тем, что впадины выполнены в виде полусфер, а зубья в виде шариков, установленных в полусферических впадинах на клею, при этом шарики установлены во впадинах через одну впадину с возможностью при передаче движения от сектора к сектору совмещения в контакт соответствующих зубьев одного сектора и впадин другого сектора, а расстояние между впадинами и впадин от края сектора 0,5÷1,5 диаметра шариков.