Редуктор с арочной цилиндрической зубчатой передачей (варианты)
Владельцы патента RU 2559403:
Липатов Сергей Игоревич (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" (RU)
Марголит Ремир Борисович (RU)
Давыдов Анатолий Павлович (RU)
Панков Иван Григорьевич (RU)
Виноградов Алексей Николаевич (RU)
Изобретение относится к деталям машин, а именно к зубчатым редукторам общего назначения. Редуктор содержит корпус (1) и по меньшей мере одну арочную цилиндрическую зубчатую передачу, содержащую малое (2) и большое (3) зубчатые колеса. Зубья колес имеют арочные продольные линии и эвольвентные поперечные профили. Входной (4) и выходной (5) валы установлены в корпусе редуктора в подшипниковых опорах параллельно друг другу. Малое зубчатое колесо (2) установлено на входном валу (4) без возможности перемещения в осевом направлении. Большое зубчатое колесо (3) соединено с выходным валом (5) посредством разъемного соединения, допускающего возможность перемещения колеса в осевом направлении относительно вала, например, при помощи шлицевого (10) или шпоночного соединения или посредством сцепной муфты, одна часть которой скреплена с колесом, а другая часть - с валом. В процессе эксплуатации большое зубчатое колесо (3) самоустанавливается относительно малого зубчатого колеса (2). В результате нагрузка в зубчатой передаче передается всей шириной зубчатого венца, что повышает нагрузочную способность и долговечность работы редуктора, кроме того, снижаются требования к точности изготовления и установки подшипниковых опор, подшипников, валов и зубчатых колес. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к деталям машин, и может использоваться в зубчатых редукторах общего назначения.
Из уровня техники известен зубчатый редуктор, содержащий корпус и арочную цилиндрическую зубчатую передачу, состоящую из двух цилиндрических зубчатых колес, каждое из которых установлено на своем валу, при этом указанные валы установлены в корпусе редуктора в подшипниковых опорах параллельно друг другу, зубья колес арочной передачи имеют арочные продольные линии и эвольвентные поперечные профили [Патент CN 201225383 (Y), МПК F16H 1/08. Arc teeth cylindrical gear speed reducer / Aiping Song и др., CN2008242019, заявл. 22.07.2008, опубл. 22.04.2009], принятый нами за прототип.
Недостатком этого редуктора является то, что зубчатые колеса арочной передачи - каждое на своем валу - установлены без возможности перемещения в осевом направлении относительно вала.
В таком редукторе положение зубчатых колес в осевом направлении зависит от точности изготовления подшипниковых опор корпуса, от точности установки подшипников и от точности изготовления и установки валов. Вследствие этого в известном редукторе совмещение плоскости симметрии зубчатого венца одного колеса, перпендикулярной оси вала и проходящей через центр окружностей, образующих арочные продольные линии зубьев этого колеса, с аналогичной плоскостью симметрии зубчатого венца другого колеса требует повышенной точности изготовления и установки подшипниковых опор, подшипников, валов и колес. Все это увеличивает стоимость редуктора.
Несовпадение этих плоскостей приводит к тому, что нагрузка в передаче передается не всей шириной зубчатого венца, а только одной его половиной. В результате значительно возрастают удельные давления на контактирующих поверхностях, что приводит к чрезмерному износу нагруженной половины зубчатого венца и может привести к поломке зубьев. Все это снижает нагрузочную способность и долговечность работы редуктора.
Задача предлагаемого изобретения направлена на снижение стоимости редуктора, повышение его нагрузочной способности и долговечности работы.
Для решения этой задачи в зубчатом редукторе, содержащем корпус и арочную цилиндрическую зубчатую передачу, состоящую из двух цилиндрических зубчатых колес, каждое из которых установлено на своем валу, при этом указанные валы размещены в корпусе редуктора в подшипниковых опорах параллельно друг другу, зубья колес арочной передачи имеют арочные продольные линии и эвольвентные поперечные профили, отличие, согласно изобретению, состоит в том, что одно из зубчатых колес арочной передачи установлено на своем валу без возможности перемещения в осевом направлении, а другое зубчатое колесо установлено на своем валу с возможностью перемещения в осевом направлении относительно вала и соединено с ним посредством разъемного соединения, допускающего возможность перемещения зубчатого колеса в осевом направлении относительно этого вала.
В качестве такого разъемного соединения может быть использовано шлицевое или шпоночное соединение, а также сцепная муфта, одна часть которой скреплена с колесом, а другая часть - с валом.
Из уровня техники также известен зубчатый редуктор, содержащий корпус и двухступенчатую зубчатую передачу, по меньшей мере, одна ступень которой выполнена в виде арочной цилиндрической зубчатой передачи, валы которой установлены в корпусе редуктора в подшипниковых опорах параллельно друг другу, а зубья колес имеют арочные продольные линии и эвольвентные поперечные профили [Патент на полезную модель RU 101128, МПК F16H 1/20. Редуктор станка-качалки / Андрияхин СВ.; №2010136545; заявл. 31.08.2010; опубл. 10.01.2011].
Недостатком этого редуктора является то, что зубчатые колеса арочной передачи жестко зафиксированы на своих валах в осевом направлении. Вследствие этого в этом редукторе совмещение плоскостей симметрии зубчатых венцов сопряженных колес арочной передачи требует повышенной точности изготовления и установки подшипниковых опор, валов, колес и подшипников. Все это увеличивает стоимость редуктора.
Известен также зубчатый редуктор, содержащий корпус и многоступенчатую зубчатую передачу, по меньшей мере, одна ступень которой выполнена в виде арочной цилиндрической зубчатой передачи, состоящей из двух цилиндрических зубчатых колес, каждое из которых установлено на своем валу, при этом валы упомянутой арочной передачи размещены в корпусе редуктора в подшипниковых опорах параллельно друг другу, зубья колес упомянутой арочной передачи имеют арочные продольные линии и эвольвентные поперечные профили [Патент РФ 126076, МПК F16 H1/22. Редуктор и мотор-редуктор с таким редуктором / Виноградов А.Н. и др.; №2012146052; заявл. 29.10.2012; опубл. 20.03.2013], принятый нами за прототип.
Недостатком этого редуктора является то, что оба зубчатых колеса упомянутой арочной передачи - каждое на своем валу - установлены без возможности перемещения в осевом направлении относительно вала. Вследствие этого, совмещение плоскости симметрии зубчатого венца одного зубчатого колеса, перпендикулярной оси вала и проходящей через центр окружностей, образующих арочные продольные линии зубьев этого колеса, с аналогичной плоскостью симметрии зубчатого венца сопряженного с ним колеса требует повышенной точности изготовления и установки подшипниковых опор, подшипников, валов и колес. Все это увеличивает стоимость редуктора.
Несовпадение плоскостей симметрии зубчатых венцов сопряженных колес арочной передачи приводит к тому, что нагрузка в передаче передается не всей шириной зубчатого венца, а только одной его половиной. В результате значительно возрастает удельное давление на контактирующих поверхностях, что приводит к чрезмерному износу нагруженной половины зубчатого венца и может привести к поломке зубьев. Все это снижает нагрузочную способность и долговечность работы редуктора.
Предлагаемое изобретение направлено на снижение стоимости редуктора, повышение его нагрузочной способности и долговечности работы.
Для решения этой задачи в зубчатом редукторе, содержащем корпус и многоступенчатую зубчатую передачу, по меньшей мере, одна ступень которой выполнена в виде арочной цилиндрической зубчатой передачи, состоящей из двух цилиндрических зубчатых колес, каждое из которых установлено на своем валу, при этом валы упомянутой арочной передачи размещены в корпусе редуктора в подшипниковых опорах параллельно друг другу, зубья колес упомянутой арочной передачи имеют арочные продольные линии и эвольвентные поперечные профили, отличие, согласно изобретению, состоит в том, что одно из зубчатых колес упомянутой арочной передачи установлено на своем валу без возможности перемещения в осевом направлении, а другое зубчатое колесо установлено на своем валу с возможностью перемещения в осевом направлении относительно вала и соединено с ним посредством разъемного соединения, допускающего возможность перемещения зубчатого колеса в осевом направлении относительно выходного вала.
В качестве такого разъемного соединения может быть использовано шлицевое или шпоночное соединение, а также сцепная муфта, одна часть которой скреплена с колесом, а другая часть - с валом.
Технический результат предложенного изобретения заключается в том, что возможность перемещения зубчатого колеса в осевом направлении позволяет этому зубчатому колесу самоустанавливаться относительно сопряженного с ним зубчатого колеса. За счет этого обеспечивается зацепление зубьев этих колес по всей ширине зубчатого венца. Это позволяет повысить нагрузочную способность и долговечность работы редуктора. А также снизить стоимость редуктора за счет снижения требований к точности изготовления и установки подшипниковых опор, подшипников, валов и зубчатых колес.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
на фиг. 1 - редуктор с одноступенчатой арочной передачей, одно из колес которой соединено со своим валом посредством шлицевого соединения, продольный разрез;
на фиг. 2 - разрез А-А по фиг. 1;
на фиг. 3 - редуктор с одноступенчатой арочной передачей, одно из колес которой соединено со своим валом посредством шпоночного соединения, продольный разрез;
на фиг. 4 - разрез Б-Б по фиг. 3;
на фиг. 5 - редуктор с одноступенчатой арочной передачей, одно из колес которой соединено со своим валом посредством сцепной муфты, продольный разрез;
на фиг. 6 - разрез В-В по фиг. 5;
на фиг. 7 - редуктор с двухступенчатой зубчатой передачей, каждая ступень которой выполнена в виде арочной передачи, одно из колес которой соединено со своим валом посредством шпоночного соединения, продольный разрез.
Предлагаемый редуктор содержит корпус 1 и арочную цилиндрическую зубчатую передачу, состоящую из малого 2 и большого 3 зубчатых колес. Зубья колес имеют арочные продольные линии и эвольвентные поперечные профили. Входной 4 и выходной 5 валы установлены в корпусе редуктора в подшипниковых опорах 6, 7, 8, 9 параллельно друг другу. Малое зубчатое колесо 2 установлено на входном валу 4 без возможности перемещения в осевом направлении. Большое зубчатое колесо 3 установлено на выходном валу 5 с возможностью перемещения в осевом направлении относительно вала. Большое зубчатое колесо 3 соединено с выходным валом 5 посредством любого разъемного соединения, допускающего возможность перемещения зубчатого колеса 3 в осевом направлении относительно выходного вала 5, например, при помощи шлицевого 10 (см. фиг. 1, 2) или шпоночного 11 соединения (см. фиг. 3, 4), а также посредством сцепной муфты, одна часть (12) которой скреплена с большим зубчатым колесом 3, а другая часть (13) - с выходным валу 5 (см. фиг. 5, 6). В качестве сцепной муфты может использоваться любая муфта, допускающая перемещение одной части муфты относительно другой ее части в осевом направлении. Например, в качестве сцепной муфты может быть использована кулачковая сцепная муфта. В этом случае каждая из частей сцепной муфты содержит кулачки 14, 15, боковые грани Г которых параллельны оси выходного вала 5. Кулачки 14 одной части сцепной муфты посредством этих боковых граней взаимодействуют с кулачками 15 другой части.
Редуктор с многоступенчатой зубчатой передачей (см. фиг. 7) может содержать как одну, так и несколько арочных цилиндрических передач. Каждая из таких арочных передач состоит из малого 16, 17 и большого 18, 19 зубчатых колес. Валы каждой из арочных передач установлены в корпусе редуктора в подшипниковых опорах параллельно друг другу. Одно из зубчатых колес арочной передачи установлено на своем валу без возможности перемещения в осевом направлении, а сопряженное с ним зубчатое колесо - с возможностью перемещения в осевом направлении относительно вала.
Работает редуктор следующим образом. Крутящий момент от входного вала 4 через малое 2 и большое 3 зубчатые колеса передается на выходной вал 5. В том случае, если плоскость Д симметрии венца большого зубчатого колеса 3, перпендикулярная оси выходного вала 5 и проходящая через центр окружностей, образующих арочные продольные линии зубьев большого зубчатого колеса 3, не совпадает с аналогичной плоскостью Ε малого зубчатого колеса 2, то зубчатые колеса 2 и 3 будут взаимодействовать только одной половиной ширины зубчатого венца. Вследствие этого возникнет осевая составляющая сил, действующих в зацеплении зубчатых колес 2 и 3, аналогичная осевой силе, возникающей в косозубой передаче. Эта сила будет стремиться сдвинуть большое зубчатое колесо 3 в осевом направлении в такое положение, в котором противоположно направленные осевые составляющие сил, возникающих в зацеплении левой и правой половин зубчатого венца, будут взаимно уравновешивать друг друга. В этом положении вышеуказанные плоскости Д и Ε симметрии зубчатых венцов зубчатых колес 2 и 3 будут совпадать. Таким образом, большое зубчатое колесо 3 самоустановится относительно малого зубчатого колеса 2.
Аналогичные процессы будут происходить и в редукторах с многоступенчатой зубчатой передачей. В арочных передачах таких редукторов арочные колеса, установленные с возможностью перемещения в осевом направлении (поз. 18 и 19 на фиг. 7), будут самоустанавливаться относительно зубчатых колес (16, 17), установленных на валах без возможности осевого перемещения.
1. Редуктор, содержащий корпус и арочную цилиндрическую зубчатую передачу, состоящую из двух цилиндрических зубчатых колес, каждое из которых установлено на своем валу, при этом указанные валы размещены в корпусе редуктора в подшипниковых опорах параллельно друг другу, зубья колес арочной передачи имеют арочные продольные линии и эвольвентные поперечные профили, отличающийся тем, что одно из зубчатых колес арочной передачи установлено на своем валу без возможности перемещения в осевом направлении, а другое зубчатое колесо установлено на своем валу с возможностью перемещения в осевом направлении относительно вала и соединено с ним посредством разъемного соединения, допускающего возможность перемещения зубчатого колеса в осевом направлении относительно этого вала.
2. Редуктор по п.1, отличающийся тем, что установленное с возможностью перемещения в осевом направлении зубчатое колесо соединено со своим валом посредством шлицевого соединения.
3. Редуктор по п.1, отличающийся тем, что установленное с возможностью перемещения в осевом направлении зубчатое колесо соединено со своим валом посредством шпоночного соединения.
4. Редуктор по п.1, отличающийся тем, что установленное с возможностью перемещения в осевом направлении зубчатое колесо соединено со своим валом посредством сцепной муфты, одна часть которой скреплена с колесом, а другая часть - с валом.
5. Редуктор по п.4, отличающийся тем, что каждая из частей сцепной муфты имеет кулачки, взаимодействующие с кулачками другой части боковыми гранями, параллельными оси вала.
6. Редуктор, содержащий корпус и многоступенчатую зубчатую передачу, по меньшей мере, одна ступень которой выполнена в виде арочной цилиндрической зубчатой передачи, состоящей из двух цилиндрических зубчатых колес, каждое из которых установлено на своем валу, при этом валы упомянутой арочной передачи размещены в корпусе редуктора в подшипниковых опорах параллельно друг другу, зубья колес упомянутой арочной передачи имеют арочные продольные линии и эвольвентные поперечные профили, отличающийся тем, что одно из зубчатых колес упомянутой арочной передачи установлено на своем валу без возможности перемещения в осевом направлении, а другое зубчатое колесо этой передачи установлено на своем валу с возможностью перемещения в осевом направлении относительно вала и соединено с ним посредством разъемного соединения, допускающего возможность перемещения зубчатого колеса в осевом направлении относительно выходного вала.
7. Редуктор по п.6, отличающийся тем, что установленное с возможностью перемещения в осевом направлении зубчатое колесо упомянутой арочной передачи соединено со своим валом посредством шлицевого соединения.
8. Редуктор по п.6, отличающийся тем, что установленное с возможностью перемещения в осевом направлении зубчатое колесо упомянутой арочной передачи соединено со своим валом посредством шпоночного соединения.
9. Редуктор по п.6, отличающийся тем, что установленное с возможностью перемещения в осевом направлении зубчатое колесо упомянутой арочной передачи соединено со своим валом посредством сцепной муфты, одна часть которой скреплена с колесом, а другая часть - с валом.
10. Редуктор по п.9, отличающийся тем, что каждая из частей сцепной муфты имеет кулачки, взаимодействующие с кулачками другой части боковыми гранями, параллельными оси вала.