Соосный редуктор с положительным передаточным отношением
Изобретение относится к редукторам. Редуктор (1, 201), в частности соосный редуктор, содержит зубчатое колесо (3) внутреннего зацепления с зубчатым венцом (5), соосный ему зубодержатель (11), при этом зубья (7) в зубодержателе (11) расположены с возможностью перемещения в радиальном направлении. Имеется приводной элемент (20) с профилем (22), предназначенным для приведения в движение в радиальном направлении указанных зубьев (7). Профиль (22) имеет по своей окружности по меньшей мере два подъема. Количество зубьев (7) рассчитывается по следующей формуле: Zz = (ZI+E)/PF, где Zz – количество зубьев (7) в зубодержателе (11), ZI – количество внутренних зубьев зубчатого колеса (3) внутреннего зацепления, E – количество подъемов профиля (22) приводного элемента, и PF – коэффициент положения, представляющий собой целое число. Достигается снижение трения. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.
Область применения
Данное изобретение относится к редуктору и к способу изготовления редуктора.
Уровень техники
Из уровня техники известны редукторы, которые содержат зубья, расположенные в зубодержателе с возможностью перемещения в радиальном направлении. Для приведения этих зубьев в движение используются профильные приводные элементы, например, кулачковые диски. Указанные зубья находятся в зацеплении с внутренними зубьями зубчатого венца с обеспечением возможности относительного перемещения между зубодержателем с указанными зубьями и зубчатым венцом. Указанное относительное перемещение между зубчатым венцом и указанными зубьями в данном случае меньше по меньшей мере на порядок, чем перемещение профильного элемента привода. Таким образом можно получить высокое передаточное отношение. Пример такого редуктора опубликован в заявке на патент Германии 10 2007011175 А1.
Критическим местом данного редуктора является расположение зубьев на кулачковом диске и силы, действующие на опорные поверхности в зубодержателе. Желательно обеспечить снижение значения этих сил при неизменном крутящем моменте или увеличение крутящего момента, передаваемого редуктором, при неизменном значении сил, например, чтобы увеличить срок эксплуатации редуктора или максимальный передаваемый крутящий момент. Кроме того, при некоторых обстоятельствах уменьшение величины действующих сил при неизменном крутящем моменте приводит к уменьшению трения, повышая таким образом КПД редуктора.
Сущность изобретения
Целью данного изобретения является создание редукторов, усовершенствованных по сравнению с известными редукторами, для снижения трения и, таким образом, уменьшения выработки тепла, или для увеличения максимального допустимого крутящего момента или снижения внутренних усилий. Кроме того, целью данного изобретения является создание способа изготовления редуктора указанного типа.
Такая цель достигается посредством редуктора, описанного в пункте 1 формулы изобретения, и посредством способа изготовления редуктора в соответствии с соответствующим пунктом формулой изобретения. Полезные усовершенствования и варианты выполнения приведены в зависимых пунктах и в данном описаниии.
Один аспект данного изобретения относится к редуктору, в частности к соосному редуктору, содержащему зубчатое колесо внутреннего зацепления с направленным внутрь зубчатым венцом, зубодержатель, установленный соосно с указанным зубчатым колесом внутреннего зацепления и имеющий множество зубьев, предназначенных для зацепления с указанным зубчатым венцом и расположенных в зубодержателе с возможностью перемещения в радиальном направлении, и приводной элемент, имеющий профиль, предназначенный для радиального перемещения зубьев зубодержателя и имеющий по своей окружности по меньшей мере два подъема, причем редуктор выполнен с обеспечением положительного передаточного отношения между приводом через приводной элемент и выходом через зубодержатель.
Другой аспект изобретения относится к способу изготовления редуктора в соответствии с одним из приводимых ниже вариантов выполнения.
Варианты выполнения изобретения относятся, в частности, к соосным редукторам. Осевое направление обычно соответствует направлению продольной оси редуктора. Взаимодействие указанных зубьев с зубчатым венцом зубчатого колеса внутреннего зацепления представляет собой взаимодействие зубьев с внутренними зубьями указанного зубчатого венца, который в типичных вариантах выполнения является круговым.
В обычных вариантах выполнения приводной элемент содержит кулачковый диск или образован кулачковым диском. Термин «кулачковый диск» означает в целом то, что соответствующий элемент не обязательно должен быть похож на диск. Напротив, кулачковый диск может также являться частью ведущего вала или иметь продолговатую форму с различными участками. У одного или нескольких из этих участков может быть переменный радиус для осуществления функции кулачкового диска. Другие участки могут выполнять другие функции и могут иметь цилиндрическую форму, или же кромки, например, для передачи вращающего момента. Обычно термин «кулачковый диск» относится главным образом к функции указанного компонента, а именно, к наличию замкнутого профиля, например, для приведения в движение зубьев в радиальном направлении или обеспечения скольжения зубьев обратно в направляющих в зависимости от углового положения приводного вала и, таким образом, кулачкового диска.
Зубчатый венец обычно является круговым венцом. Зубья зубодержателя или их вершины находятся в зацеплении с внутренними зубьями зубчатого венца, причем зубья зубодержателя обычно расположены с возможностью линейного радиального перемещения относительно зубодержателя. В данном случае слова «линейное радиальное» означают наличие направляющей в радиальном направлении, которая позволяет зубу перемещаться только в радиальном направлении. Как правило, с помощью этой направляющей зуб может линейно перемещаться только в одном направлении; это может быть достигнуто, например, с помощью зуба, имеющего на определенном участке длины постоянно поперечное сечение в направлении смещения, при этом зубодержатель также должен иметь отверстие с постоянным поперечным сечением. Обычно зубья установлены в зубодержателя с возможностью перемещения каждого зуба только в одном направлении, а именно, в направлении продольной оси зуба. Более того, в типичных вариантах выполнения вращательная степень подвижности зуба относительно зубодержателя вокруг продольной оси редуктора заблокирована. Это может быть осуществлено с помощью линейной направляющей зубьев в радиальном направлении зубодержателя. Таким образом, зубья вращаются вместе с зубодержателем вокруг продольной оси редуктора, а не относительно зубодержателя.
В типичных вариантах выполнения редуктора в соответствии с изобретением по меньшей мере часть зубьев имеет жесткую на изгиб конструкцию. В данном случае слова «жесткий на изгиб» обычно обозначают в техническом смысле то, что благодаря жесткости материала зубьев изгибание зубьев настолько мало, что является по меньшей мере по существу несущественным для кинематики редуктора. Жесткие на изгиб зубья представляют собой зубья, изготовленные из металлических сплавов, в частности из стали или титанового сплава, а также из никелевого сплава или иных сплавов. Кроме того, жесткие на изгиб зубья могут быть изготовлены из пластмассы, в частности в редукторах, в которых из пластмассы изготовлена по меньшей мере одна из следующих частей: зубчатый венец на зубчатом колесе внутреннего зацепления или шестерня, зубодержатель и приводной элемент. В типичных вариантах выполнения зубодержатель и зубья изготовлены из металлического сплава, или дополнительно зубчатый венец или дополнительно приводной элемент изготовлены из металлического сплава. Преимущество таких редукторов заключается в высокой жесткости на скручивание, и они могут выдерживать высокие нагрузки. Преимущество редукторов, которые состоят по меньшей мере частично из пластмассы или включают в себя компоненты из пластмассы, заключается в их небольшом весе. Слова «жесткие на изгиб» означают, в частности, поперечную жесткость относительно продольной оси зубьев.
В обычных вариантах выполнения между зубом и кулачковым диском находится поворотный элемент, который размещен на опорном устройстве качения, которое в свою очередь размещено на кулачковом диске. В предпочтительных вариантах выполнения поворотный элемент расположен между кулачковым диском и соответствующим по меньшей мере одним зубом. Поворотный элемент обеспечивает возможность наклона зуба относительно поверхности кулачкового диска или относительно поворотного элемента. Обычно на поворотном элементе расположены по меньшей мере два зуба. В других вариантах выполнения точно один зуб, например, круглый или плоский, на одном соответствующем поворотном элементе. Плоские зубья могут быть закреплены с предотвращением вращения вокруг их собственной оси в опорном устройстве. Зубья, установленные на поворотном элементе, обычно размещены рядом друг с другом в ряд в осевом направлении. При таком расположении зубьев или при наличии плоских зубьев можно повысить плавность хода поворотных элементов.
В типичных вариантах выполнения изобретения в качестве приводного элемента используется кулачковый диск. Кулачковый диск предпочтительно имеет некруговую и неэллиптическую дуговую форму или кривизну. Некруговая и неэллиптическая дуговая форма дает возможность использовать различные кулачковые элементы, например, для получения различных передаточных отношений. В контексте данного применения эксцентрики обычно имеют круговую или эллиптическую форму, поскольку в случае эксцентрика ось вращения не совпадает с осью окружности, несмотря на наличие кругообразной формы. Обычные кулачковые диски имеет по меньшей мере два или точно два подъема, которые обычно равномерно распределены по окружности. Эти подъемы часто называются максимумами. Многочисленные подъемы обеспечивают зацепление большего количества зубьев с зубчатым венцом.
В типичных вариантах выполнения зубодержатель или зубчатый венец имеет круглую форму. Преимущество этого заключается в простоте геометрии зубодержателя и зубчатого венца. Передача силы обычно осуществляется на медленной стороне редуктора между зубчатым венцом и зубодержателем. Преимущество этого заключается в том, что траектория передачи силы очень мала, так что можно получить чрезвычайно высокую жесткость.
Внутренние зубья зубчатого венца и зубья зубодержателя имеют как правило криволинейную боковую поверхность. В типичных вариантах исполнения каждый из указанных внутренних зубьев зубчатого венца и зубьев зубодержателя имеет вершину, которая в разрезе соответствует усеченной пирамиде или пирамиде с криволинейной боковой стороной. В одном из возможных вариантов выполнения искривление имеет форму логарифмической спирали, как в заявке на патент Германии 10 2007011175 А1. Преимущество криволинейной поверхности заключается в том, что происходит поверхностный контакт зубьев, а не линейный или точкообразный. Таким образом нагрузка хорошо распределяется между большим количеством зубьев и достигается экстремально высокая жесткость при передаче силы между зубчатым венцом и зубьями.
Типичные варианты выполнения между профилем и зубьями содержат опорные средства с поворотными элементами или элементами качения. Обычно на один поворотный элемент приходятся по меньшей мере два соседних зуба, которые в частности расположены параллельно в осевом направлении или со смещением. Таким образом, поворотный элемент можно стабилизировать на его дорожке или на его соответствующей поверхности качения. Возможно также предотвратить вращение поворотного элемента вокруг радиальной оси. Обычно в вариантах выполнения элементы качения выполнены в виде цилиндрических или игольчатых роликов.
Типичный предложенный редуктор сконструирован таким образом, что между приводом через приводной элемент и выходом через зубодержатель имеется положительное передаточное отношение. Положительное передаточное отношение относится обычно к тем случаям, когда приводной элемент и зубодержатель вращаются в одном направлении.
В типичных вариантах выполнения шаговый угол зубьев зубодержателя или опорного средства зубьев в зубодержателе меньше шагового угла внутренних зубьев зубчатого венца зубчатого колеса внутреннего зацепления. Под терминами «шаг зубьев» или «шаговый угол зубьев» понимаются воображаемые переменные, поэтому нет необходимости в реальном расположении зубьев в зубодержателе в каждом положении, заданном шаговым углом зубьев. Шаговый угол вычисляется каждый раз делением 360° на количество теоретически возможных положений зубьев в зубодержателе, или на количество зубьев, реально имеющихся в зубчатом венце, в окружном направлении.
В типичных вариантах выполнения зуб в зубодержателе расположен не в каждом угловом положении в соответствии с шаговым углом; напротив, зуб расположен, например, только в каждом втором, или каждом третьем, или каждом четвертом положении. Таким образом, имеется большое пространство для зубьев и для материала зубодержателя, потому что в местах, где зубья отсутствуют, может быть расположен материал зубодержателя. Например, если коэффициент положения равен 2, имеется достаточно пространства между двумя зубьями или направляющими для зубьев для промежуточного материала зубодержателя между зубьями, чтобы значительно увеличить его жесткость. В типичных вариантах выполнения количество направляющих для зубьев соответствует количеству зубьев, расположенных в зубодержателе. В типичных вариантах выполнения каждое второе положение, задаваемое шаговым углом зубьев, свободно. Плотность заполнения положений зубьями в зубодержателе определяется коэффициентом положения. Например, коэффициент положения, составляющий два, означает что только в каждом втором положении в зубодержателе расположен зуб, а коэффициент положения, составляющий три, означает что только в каждом третьем положении расположен зуб. Фактическое угловое расстояние между зубьями, установленными в зубодержателе, в два, три или четыре раза больше шагового угла зубьев или зубодержателя. В других вариантах выполнения указанное угловое расстояние может больше чем в четыре раза превышать указанный шаговый угол. Таким образом, реальное угловое расстояние между соседними зубьями рассчитывается фактически как шаговый угол, умноженный на коэффициент положения. Типичный коэффициент положения представляет собой целое отношение, большее или равное 1, а другие типичные коэффициенты положения больше или равны 2.
Количество теоретически возможных положений зубьев обычно больше, чем количество внутренних зубьев зубчатого венца зубчатого колеса внутреннего зацепления, по меньшей мере на количество подъемов или точно на количество подъемов. Если только в каждом втором положении в зубодержателе расположен зуб, то количество зубьев в зубодержателе при наличии двух возвышений на профиле соответствует количеству внутренних зубьев зубчатого венца плюс количество подъемов, деленное на коэффициент положения, который в данном случае равен двум. Обычно в примерных вариантах выполнения количество зубьев рассчитывается по следующей формуле:
где Zz = количество зубьев в зубодержателе,
ZI = количество внутренних зубьев зубчатого колеса внутреннего зацепления,
Е = количество подъемов профиля или кулачкового диска приводного элемента,
PF = коэффициент положения.
Для расчета передаточного отношения между приводом, который вращает приводной элемент, и выходом, соединенным с зубодержателем, в предложенном варианте выполнения редуктора существует следующая формула, в которой количество внутренних зубьев зубчатого колеса внутреннего зацепления всегда должно быть указано как отрицательное:
.
В типичных вариантах выполнения используется целое количество зубьев в зубодержателе. В типичных вариантах выполнения с двумя подъемами профиля количество зубьев зубчатого колеса внутреннего зацепления равно 46, и только когда в каждом втором положении, заданном шаговым углом зубодержателя, расположен зуб, то есть коэффициент положения равен двум, количество зубьев зубодержателя равно 24. При использовании приведенной выше формулы для i это приводит к передаточному отношению i=+24 в случае привода приводного элемента и выхода со стороны зубодержателя:
В других вариантах выполнения с двумя подъемами, когда количество зубьев зубчатого колеса внутреннего зацепления равно 46 при коэффициенте положения 3, количество зубьев в зубодержателе равно 16. В другом варианте выполнения при количестве зубьев зубчатого колеса внутреннего зацепления, равном 45, и только когда в каждом втором положении, заданном шаговым углом зубодержателя, расположен зуб, то есть коэффициент положения равен двум, зубодержатель имеет 24 зуба при наличии 3 подъемов.
Типичные редукторы содержат элементы качения, расположенные на профиле, и множество поворотных элементов для установки зубьев, при этом поворотные элементы расположены на элементах качения, а элементы качения расположены на профиле по меньшей мере в два ряда, параллельные в направлении вращения кулачкового диска. В типичных вариантах выполнения для одного окружного ряда поворотных элементов имеется один или по меньшей мере два ряда элементов качения, которые обычно расположены смежно друг с другом в осевом направлении и/или так, что они перемещаются параллельно. Поворотный элемент может быть установлен по меньшей мере на двух рядах элементов качения, которые перемещаются в окружном направлении параллельно друг другу. В том случае, когда два или более рядов зубьев установлены параллельно, один ряд элементов качения может быть расположен под рядом зубьев таким образом, что поворотный элемент находится под каждым рядом зубьев. Обычно ряд зубьев размещен в радиальном направлении над рядом элементов качения, а между ними расположен поворотный элемент. Центральная ось соответствующих зубьев расположена на середине 80% длины, середины 50% длины, середины 20% длины или по меньшей мере по существу в середине над соответствующими элементами качения. Таким образом, нагрузка на элементы качения по существу приложена по центру. В типичных вариантах выполнения один ряд элементов качения установлен в осевой плоскости с одним рядом зубьев. Обычно один каждый ряд находится в одной осевой плоскости, при этом одна и та же осевая плоскость означает, например, что центры по меньшей мере по существу совпадают и/или что зубья полностью находятся в проходящей в осевом направлении области соответствующего ряда элементов качения.
Обычно профиль имеет поверхность качения, или рабочую поверхность, для указанного по меньшей мере одного ряда элементов качения. Обычно профиль содержит по меньшей мере две параллельных рабочих поверхности. В типичных вариантах выполнения каждый один ряд элементов качения расположен на одной из параллельных рабочих поверхностей. Таким образом, для каждого из элементов качения, перемещающихся параллельно, имеется своя рабочая поверхность, или перемещение каждого ряда элементов качения может направляться в предназначенной для него рабочей поверхности.
Профиль обычно разделен по меньшей мере одним окружным центральным ребром. Таким образом, в вариантах выполнения параллельные рабочие поверхности могут быть созданы по обеим сторонам центрального ребра. Могут быть сделаны нескольких параллельных центральных ребер, чтобы создать более двух параллельных рабочих поверхностей, в типичных вариантах выполнения с двумя или более рядами зубьев.
Кулачковый диск обычно содержит два окружных краевых ребра. Каждое краевое ребро ограничивает одну внешнюю рабочую поверхность в осевом наружном направлении. В центре рабочие поверхности обычно ограничены центральным ребром. В типичных вариантах выполнения краевые ребра вместе с одним центральным ребром ограничивают две рабочие поверхности, а в других вариантах выполнения предусмотрено много центральных ребер и таким образом также более двух рабочих поверхностей и возможно более двух рядов элементов качения.
Центральное ребро и/или краевые ребра должны иметь высоту, по меньшей мере по существу соответствующую диаметру элементов качения. В других вариантах выполнения их высота может быть чуть меньше этого диаметра, например, в диапазоне от 0 до 10% или в диапазоне от 0 до 5%. В других вариантах выполнения высота центрального ребра и/или краевого ребра составляет только от 50% до 80% или от 50% до 95% диаметра элементов качения. Центральное ребро и краевые ребра могут иметь разную высоту; например, центральное ребро может быть ниже краевых ребер. В некоторых вариантах выполнения краевые ребра выполняют роль стабилизирующих поверхностей для поворотных элементов. В других вариантах выполнения центральное ребро выше краевых ребер; например, если центральное ребро используется для стабилизации плавности перемещения поворотных элементов.
Обычно каждый поворотный элемент расположен так, что на одной его стороне его опорная поверхность для элемента качения находится по меньшей мере на части элементов качения, а на его стороне, расположенной противоположно указанной поверхности, расположена одна опорная поверхность для зуба, причем обычно по меньшей мере два зуба шарнирно установлены на опорной поверхности для зуба. В типичных вариантах выполнения опорная поверхность для зуба выполнена так, что она образует общую ось вращения для указанных по меньшей мере двух зубьев. Обычно опорная поверхность для зубьев в каждом поворотном элементе содержит по меньшей мере один закругленный участок для по меньшей мере одного зуба и/или нескольких зубьев, расположенных параллельно в осевом направлении, причем центральная точка радиуса закругленного участка поверхности по меньшей мере по существу совпадает с опорной поверхностью для элемента качения. Обычно ось вращения опоры для зуба, образованной опорной поверхностью для зуба, по меньшей мере по существу совпадает с опорной поверхностью для элемента качения. Опорная поверхность для зуба может быть образована, в области опоры для зуба, в виде валика и/или в виде кругового сегмента.
Обычные редукторы в вариантах выполнения содержат ряды зубьев, перемещающихся по кругу параллельно. Обычно имеется по меньшей мере два или точно два ряда зубьев. Обычно зубья перемещаются рядами, перемещаясь по кругу параллельно, по направляющим зубодержателя.
В типичных вариантах выполнения по меньшей мере два параллельных зуба расположены на каждом поворотном элементе. Обычно, указанные два параллельных зуба принадлежат двум параллельным рядам зубьев, которые перемещаются, например, в направляющих в зубодержателе. В некоторых вариантах выполнения два параллельных зуба параллельных рядов зубьев расположены один за одним в осевом направлении на поворотном элементе, обычно на валике и в углублении поворотного элемента.
Обычно зубодержатели в вариантах выполнения содержат по меньшей мере один дополнительны фланец, направленный радиально во внутреннем или наружном направлении и взаимодействующий с поворотными элементами по меньшей мере частично в осевом направлении. Таким образом, можно обойтись без дополнительных рабочих дисков. Дополнительный фланец может быть выполнен за одно целое с зубодержателем или прикреплен к зубодержателю. В типичных вариантах выполнения дополнительные диски отсутствуют. Некоторые варианты выполнения содержат дополнительный диск по меньшей мере на стороне, смежной в осевом направлении с поворотными элементами и/или с элементами качения для направления поворотных элементов.
В вариантах выполнения с дополнительным фланцем на зубодержателе по меньшей мере один из дополнительных фланцев имеет поверхность для подшипника со стороны привода, взаимодействующую непосредственно с элементами качения указанного подшипника. Обычно подшипник выполнен за одно целое между зубодержателем и кулачковым диском, либо валом, подсоединенным к кулачковому диску. В таких вариантах выполнения конструкция является компактной. Обычно элементы качения подшипника со стороны привода установлены непосредственно на кулачковом диске. В других вариантах выполнения подшипник с опорными кольцами расположен между зубодержателем и кулачковым диском. Это позволяет упростить процесс изготовления.
Обычно на поворотных элементах с обеих сторон и/или на краю поворотного элемента в осевом направлении находится одна опорная поверхность для обода. В других вариантах выполнения опорные поверхности для обода расположены по центру в осевом направлении на поворотных элементах и, например, предназначены для упора в центральное ребро. В вариантах выполнения с двумя опорными поверхностями для ребер с обеих сторон и/или на краю поворотного элемента, опорные поверхности для ребра могут быть расположены по меньшей мере частично на краевых ребрах кулачкового диска. Таким образом, можно предотвратить наклон поворотных элементов и обеспечить плавное перемещение.
Преимущество типичных вариантов выполнения состоит в повышении несущей способности, в увеличении срока эксплуатации и более компактной конструкции. В типичных вариантах выполнения предложенного редуктора окружные силы действуют на кулачковый диск или приводной элемент в том же направлении, что и окружные силы, действующие на зубчатое колесо внутреннего зацепления, что в отличие редукторов, известных из уровня техники, ведет к уменьшению реактивных сил в направляющих для зубьев. Эти силы для направления перемещения зубьев в зубодержателе снижены в вариантах выполнения примерно на 10% в месте внешнего контакта зуба в зубодержателе и примерно на 50% в месте внутреннего контакта зуба в зубодержателе. Таким образом, уменьшение сил трения также приводит к уменьшению реактивных сил в опорном средстве кулачкового диска во время сцепления, а именно, когда приводное усилие передается через кулачковый диск. Это уменьшение достигает примерно 12% во время сцепления. Поскольку это опорное средство является, главным образом, определяющим элементом для максимального момента вращения или продолжительности срока эксплуатации редуктора, то крутящий момент или срок эксплуатации редуктора может быть увеличен. Кроме того, можно также повысить КПД примерно на 1%-3%.
Краткое описание чертежей
Ниже приведено подробное описание изобретения на основании прилагаемых чертежей, на которых:
Фиг. 1 схематично изображает первый вариант выполнения изобретения в частичном разрезе и
Фиг. 2 схематично изображает второй вариант выполнения в половинном продольном разрезе.
Описание примерных вариантов выполнения
Типичные варианты выполнения изобретения описаны ниже на основе чертежей, при этом изобретение не ограничивается примерными вариантами выполнения, а его объем определятся формулой изобретения. В описании варианта выполнения на разных чертежах и для разных вариантов выполнения используются одинаковые обозначения для указания идентичных или одинаковых деталей с целью упрощения описания. Это, однако, не означает, что соответствующие детали изобретения ограничены только вариантами, показанными на чертежах.
Зубодержатели типичных редукторов описаны, например, в заявке на патент Германии 10 2015105524 А1. В таких редукторах используется зубодержатель с шаговым углом зубьев, который как правило больше шагового угла внутренних зубьев зубчатого венца зубчатого колеса внутреннего зацепления. С помощью такой конструкции можно получать большие отрицательные передаточные отношения между приводным элементом и зубодержателем. На основании подобных редукторов ниже приводится описание создания предложенного редуктора с положительным передаточным отношением между приводным элементом и зубодержателем.
На Фиг. 1 показан схематичный вид примерного варианта выполнения, показывающий четвертую часть разреза. На Фиг. 1 на одной четвертой сечения схематично показан редуктор 1, имеющий зубчатое колесо 3 внутреннего зацепления с зубчатым венцом 5, расположенным по окружности внутри колеса. Другие три четверти сечения редуктора являются аналогичными зеркальными отражениями показанного сечения.
Зуб 7 находится в зацеплении с зубчатым венцом 5. Для большей ясности отметим, что не каждый зуб 7 на Фиг. 1 обозначен номером 7 позиции. Обычно имеется два соосных параллельных кольца зубьев с отдельными зубьями 7. Зубья 7 установлены в зубодержателе 11 с возможностью перемещения в радиальном направлении. Для этой цели зубодержатель имеет радиально ориентированные круглые или щелевидные отверстия в виде каналов, обеспечивающие перемещение зубьев 7 в радиальном направлении в зубодержателе 11. Благодаря радиальному направлению перемещению в отверстиях зубья 7 могут перемещаться только радиально вдоль своей продольной оси; в частности, вращение зубьев 7 вокруг продольной оси редуктора 1 относительно зубодержателя 11 предотвращено.
Под продольной осью зубьев обычно понимается ось, идущая от основания зуба к его вершине, в то время как продольная ось редуктора указывает на направление оси вращения редуктора. Например, это может быть ось вращения зубодержателя, который может использоваться как выход, или ось вращения кулачкового диска.
Перемещение зубьев 7 осуществляется приводными элементом в виде кулачкового диска 20, который выполнен в виде полого кулачкового диска 20. Кулачковый диск 20 имеет профиль 22, задающий перемещение зубьев 7 в радиальном направлении. Профиль 22 имеет два подъема над окружностью, так что всякий раз расположенные напротив зубья 7 входят в зацепление с вхождением на максимальное расстояние во впадины между зубьями зубчатого венца 5 (не видно на четверти сечения на Фиг. 1).
В редукторе 1, показанном на Фиг. 1, зубья 7 расположены на профиле приводного элемента с помощью опорного устройства качения, которое содержит элементы 23 качения, в этом примерном варианте выполнения выполненные в виде игольчатых роликов.
В примерном варианте выполнения, представленном на Фиг. 1, выход отделен от зубодержателя, а зубчатое колесо внутреннего зацепления с зубчатым венцом скреплено.
Редуктор 1 содержит сегментированное опорное средство для зубьев 7. Сегментированное опорное средство содержит поворотные элементы 24, каждый из которых на стороне, обращенной к зубьям 7, имеет округлую поверхность, в частности образованную частью цилиндрической поверхности, на которую опирается зуб (см.Фиг. 2) и которая образует валик, на котором может быть расположено основание зуба 7, или в типичном варианте выполнения двух, трех или четырех зубьев, расположенных рядом друг с другом в осевом направлении редуктора 1. Валик вместе с соответствующим углублением в основании соответствующего зуба 7 предотвращает проскальзывание зуба 7 на элементе 24.
С помощью валиков образованы соответствующие поворотные соединения для оснований зубьев 7, так что зубья 7 могут отклоняться относительно элементов 24 для обеспечения свободного направления перемещения. Поворотные элементы 24 расположены с возможностью перемещения друг относительно друга в окружном направлении, так что расстояние между этими элементами может меняться. Таким образом, степень свободы поворотных элементов 24 в окружном направлении также не заблокирована. Это позволяет обеспечить по существу свободную управляемость перемещения и по существу свободное радиальное перемещение элементов 24 профилем 22 кулачкового диска 20. Для сведения к минимуму трения между профилем 22 и элементами 24, элементы 23 качения выполнены в виде игольчатых роликов. В других вариантах выполнения для установки поворотных элементов используются цилиндрические ролики или другие элементы качения.
Как видно на Фиг. 1, шаговый угол зубьев 7 в зубодержателе 11 меньше шагового угла внутренних зубьев венца 5 зубчатого колеса внутреннего зацепления. Это проиллюстрировано на Фиг. 1 с помощью двойного шагового угла 30 зубодержателя и двойного шагового угла 31 зубьев колеса внутреннего зацепления. При этом нужно учитывать, что только в каждом втором положении, заданном шаговым углом зубьев зубодержателя, находится зуб 7 в зубодержателе 11.
В общем редуктор, только одна четверть сечения которого представлена на чертеже, имеет 26 зубьев в зубодержателе, 50 внутренних зубьев и два подъема профиля. Таким образом, в этом примерном варианте выполнения количество зубьев в зубодержателе на единицу больше половины количества внутренних зубьев. Коэффициент положения в этом примерном варианте выполнения равен двум, то есть в зубодержателе только в каждом втором положении, заданном теоретическим шаговым углом зубьев зубодержателя, будет находиться зуб. Благодаря этому обеспечено положительное передаточное отношение i=+26.
На Фиг. 2 показано половинное продольное сечение другого варианта выполнения. Свойства варианта выполнения, показанного на Фиг. 2, могут комбинироваться со свойствами варианта, показанного на Фиг. 1. В частности, редуктор на Фиг. 2 также имеет положительное передаточное отношение, поскольку расположение и количество зубьев в сечении, перпендикулярном продольной оси, соответствует свойствам варианта выполнения на Фиг. 1. В частности, преимущества от комбинирования свойств вариантов, показанных на Фиг. 1 и Фиг. 2, проявляются в том, что обеспечивается компактная конструкция с высокой несущей способностью. Одинаковые номера позиции используются для обозначения одинаковых или аналогичных частей.
Редуктор 201 на Фиг. 2 содержит в качестве приводного элемента кулачковый диск 20, который выполнен за одно целое с приводным валом и поэтому имеет продолговатую форму в осевом направлении. Кулачковый диск 20 содержит два профиля 22, которые также называются дорожками качения или поворотными опорными дорожками качения. Указанные профили 22 имеют радиус, который меняется по окружности; в частности, у них всегда есть два максимума, называемые подъемами, и два минимума, при этом профили 22 имеют одинаковое угловое расположение разных радиусов.
В других вариантах выполнения имеется только одна дорожка качения или один профиль. В альтернативных вариантах выполнения для элементов качения могут быть предусмотрены три и более профилей или дорожек качения.
Элементы 23 качения расположены на профилях 22. На этих элементах 23 расположены поворотные элементы 24; на сечении на Фиг. 1 показан только один поворотный элемент 24. Таким образом, поворотный элемент 24 лежит на двух рядах окружных элементов 23 качения.
Поворотный элемент 24 имеет на своей радиально наружной стороне валик, который находится в зацеплении с канавками двух зубьев 7. Зубья 7 в соответствии со своим осевым положением относительно продольной оси 41 редуктора 1 установлены по существу по центру с помощью элементов 23 качения, при этом каждый зуб 7 установлен посредством одного или двух элементов 23 качения. Таким образом осуществляется постоянная передача силы поворотным элементом 24. Кроме того, нагрузка на элементы 23 качения, выполненные в виде игольчатых роликов, приходится примерно на их середину. Кроме того, конструктивная длина самих элементов 23 качения может быть уменьшена благодаря этому свойству, в то время как стабильность работы может быть увеличена.
Для разграничения профилей 22 на кулачковом диске 20 имеются ребра 32, 34 и 36. Ребро 34 расположено по середине между элементами 23 качения, а два ребра 32 и 36 ограничивают свободу перемещения элементов 23 качения в наружном осевом направлении. Поворотный элемент 24 имеет опорные поверхности 33 и 37 для ребер, которые в каждом случае могут опираться на ребра 32 и 36. В других вариантах выполнения поворотный элемент опирается на центральное ребро. Таким образом повышается плавность перемещения элементов 24.
Зубья 7 находятся в зацеплении с общим зубчатым венцом 5, который выполнен как единое целое с корпусом 42 редуктора 1. Таким образом в корпусе в виде единого целого выполнено зубчатое колесо внутреннего зацепления с зубчатым венцом, так что можно обойтись без некоторых деталей, что приводит к компактной конструкции и упрощает процесс производства. В других вариантах выполнения зубчатое колесо внутреннего зацепления и корпус выполнены отдельно.
Зубья 7 вставлены в радиально ориентированных направляющих во второй части 44 зубодержателя. Кроме того, зубодержатель дополнительно содержит первую часть 45, которая соединена со второй частью 44 соединительным средством 48 в виде болта. По окружности зубодержателя распределено несколько соединительных средств 48, в частности в количестве шести в варианте выполнения, показанном на Фиг. 1.
В других вариантах выполнения возможно другое количество соединительных средств, даже нечетное. Соединительные средства могут быть равномерно распределены по окружности зубодержателя, хотя возможно их размещение с неравными угловыми интервалами, например, для обеспечения возможности соединения двух частей зубодержателя вместе только в одном конкретном угловом положении. В качестве примера в варианте выполнения, показанном на Фиг. 1, углы между соединительными средствами не равны друг другу, для того чтобы части зубодержателя можно было бы заново собрать только в определенном угловом положении относительно друг друга. В других вариантах выполнения возможно наличие пазов, шпилек или контурных элементов, или маркировки, чтобы иметь возможность заново собрать зубодержатель в одном определенном угловом положении. Таким образом, зубодержатель можно обработать в одном зажимном патроне, и затем соответствующие части зубодержателя можно отсоединить друг от друга, чтобы потом заново их собрать в редукторе.
Для закрепления зубодержателя на корпусе 42 предусмотрены элементы 50 качения, которые установлены под углом 60° относительно продольной оси 41 редуктора 1. Здесь угловые положения элементов 50 зеркально симметричны относительно осевой плоскости сечения редуктора 1, чтобы обеспечить надежное крепление зубодержателя в корпусе 42. В других вариантах выполнения используются также углы больше или меньше 60° в зависимости от характера и величины осевых сил, которые должны восприниматься.
Таким образом, элементы 50 качения установлены в каждом случае непосредственно на опорных поверхностях 54 и 55 первой части 44 и второй части 45 зубодержателя. На стороне корпуса элементы 50 качения установлены на опорных поверхностях 58 корпуса 42. Таким образом, элементы 50 катятся в каждом случае непосредственно по опорным поверхностям 54 и 55 зубодержателя и опорным поверхностям 58 корпуса. Таким образом, обеспечивается компактная целостная опорная конструкция, занимающая мало места.
Кроме того, в примерном варианте выполнения, показанном на Фиг. 1, подшипник со стороны привода также выполнен в виде цельного подшипника, при этом зубодержатель, или в варианте выполнения на Фиг. 1, вторая часть 44 зубодержателя имеет опорную поверхность 60 для указанного подшипника, по которой непосредственно катятся элементы 62 качения указанного подшипника, выполненные в виде роликов. На кулачковом диске выполнена вторая опорная поверхность 64 для указанного подшипника, которая непосредственно контактирует с элементами 62. В этом случае элементы качения подшипника со стороны привода катятся непосредственно по диску 20. Таким образом, получен встроенный подшипник для компактной конструкции.
Опорная поверхность 60 для подшипника на второй части 44 зубодержателя представляет собой часть дополнительного фланца 66 с выходной стороны, который предотвращает отклонение поворотных элементов 24 в направлении выходной стороны. Благодаря цельной конструкции дополнительного фланца 66 и второй части 44 зубодержателя получены компактная конструкция и высокая жесткость.
Первая часть 45 зубодержателя имеет еще один дополнительный фланец 68, который также предотвращает отклонение поворотных элементов 24 в противоположном направлении.
Обычно напротив выходной стороны, то есть противоположно подшипнику со стороны привода, имеется еще один подшипник для кулачкового диска 20, выполненный как одно целое с приводным валом. При этом этот другой подшипник находится за пределами области, показанной на Фиг. 1. При определенных обстоятельствах со стороны привода также имеется относительно большое пространство в радиальном направлении, так что подшипник со стороны привода может быть выполнен в виде подшипника с раздельными рабочими поверхностями. В других вариантах выполнения подшипник со стороны привода может быть выполнен как цельный подшипник.
1. Редуктор (1, 201), в частности соосный редуктор, который содержит
- зубчатое колесо (3) внутреннего зацепления с направленным внутрь зубчатым венцом (5),
- зубодержатель (11), который расположен соосно с указанным зубчатым колесом внутреннего зацепления и в котором расположены зубья (7) для взаимодействия с указанным зубчатым венцом (5), при этом зубья (7) в зубодержателе (11) расположены с возможностью перемещения в радиальном направлении,
- приводной элемент (20) с профилем (22), предназначенным для приведения в движение в радиальном направлении указанных зубьев (7), расположенных с возможностью перемещения в радиальном направлении, при этом профиль (22) имеет по своей окружности по меньшей мере два подъема, причем редуктор выполнен с обеспечением положительного передаточного отношения между приводом через приводной элемент и выходом через зубчатое колесо (11),
- элементы (23) качения, расположенные на профиле (22), и
- поворотные элементы (24) для установки зубьев (7), при этом поворотные элементы (24) расположены на элементах (23) качения, при этом
количество зубьев (7) рассчитывается по следующей формуле: Zz = (ZI+E)/PF,
где Zz – количество зубьев (7) в зубодержателе (11), ZI – количество внутренних зубьев зубчатого колеса (3) внутреннего зацепления, E – количество подъемов профиля (22) приводного элемента, и PF – коэффициент положения, представляющий собой целое число.
2. Редуктор (1) по п. 1, в котором шаговый угол отверстий для зубьев (7) в зубодержателе меньше шагового угла внутренних зубьев зубчатого венца (5) зубчатого колеса (3) внутреннего зацепления.
3. Редуктор (1) по п. 2, в котором в зубодержателе (11) только в каждом по меньшей мере втором положении, задаваемом шаговым углом зубьев в зубодержателе, расположен зуб (7).
4. Редуктор (1) по одному из пп. 1-3, в котором количество зубьев (7) в зубодержателе по меньшей мере на единицу или точно на единицу больше половины количества внутренних зубьев зубчатого венца (5) зубчатого колеса (3) внутреннего зацепления.
5. Редуктор (1) по одному из пп. 1-4, в котором элементы (23) качения расположены на профиле (22) по меньшей мере в два ряда, параллельных в направлении вращения кулачкового диска.
6. Редуктор (1) по одному из пп. 1-5, в котором профиль (22) имеет по меньшей мере две параллельных поверхности качения, которые разделены по меньшей мере частично окружным центральным ребром (34).
7. Редуктор (1) по одному из пп. 1-6, в котором каждый зуб (7) в зубодержателе выполнен в виде единого тела.
8. Редуктор (1) по одному из пп. 1-7, в котором каждый из внутренних зубьев зубчатого венца (5) и зубьев (7) в зубодержателе имеет вершину, соответствующую в сечении усечённой пирамиде или пирамиде с криволинейными гранями.
9. Редуктор (1) по одному из пп. 1-8, в котором каждый из внутренних зубьев зубчатого венца (5) и зубьев (7) в зубодержателе имеет закругленную по радиусу вершину.
10. Способ изготовления редуктора по одному из пп. 1-9.
