Планетарная передача с внецентроидным циклоидальным зацеплением петровского

Изобретение относится к области машиностроения. Планетарная передача с внецентроидным циклоидальным зацеплением (ВЦЗ) содержит корпус, ведущий вал с кривошипом, циклоидальную шестерню, подшипник циклоидальной шестерни, цевочное колесо, ведомый вал и механизм передачи вращения между циклоидальной шестерней и ведомым валом. Теоретический профиль шестерни есть эквидистанта эпициклоиды. Нагрузочная способность ВЦЗ обеспечена работой цевок в подвижной зоне активного зацепления. Последняя прилегает к кривошипу и ограничена центральным углом цевочного колеса. Активный участок профиля шестерни выполнен как часть теоретического профиля. Участок вершины выступа сформирован внутри теоретического профиля. Подвижную зону активного зацепления ограничивают углом: , , где: ϕn - угол, ограничивающий зону активного зацепления; z1 - число выступов циклоидальной шестерни; n - число совместно работающих цевок. Активный участок профиля определяют из уравнений теоретического профиля в интервале: , где ϕ - угол между кривошипом и центром цевки. Участок вершины выступа формируют дугой окружности в интервале: . Обеспечивается повышение КПД передачи. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к зубчатым планетарным передачам с внецентроидным циклоидальным зацеплением (ВЦЗ).

Планетарная передача с ВЦЗ (см. патент DE 459025 на изобретение: Friedr. Deckel. Uber-oder Untersetzungsgetriebe. МПК F16H 1/32, опубликован 25.04.1928) содержит корпус, ведущий вал с кривошипом, циклоидальную шестерню, подшипник циклоидальной шестерни, цевочное колесо, ведомый вал и механизм передачи вращения между циклоидальной шестерней и ведомым валом. Теоретический профиль циклоидальной шестерни есть замкнутая эквидистанта эпициклоиды. Цевочное колесо выполнено в виде кольца, в котором с возможностью вращения установлены цевки. Между цевочным колесом и корпусом установлен резиновый или пружинный буфер. Нагрузочная способность ВЦЗ обеспечена совместной работой множества цевок в подвижной зоне активного зацепления. Последняя прилегает к кривошипу и ограничена центральным углом к цевочного колеса.

Распределение нагрузки между цевками имеет статически неопределимый характер и зависит от точности исполнения деталей планетарной передачи. Технологические отклонения размеров, формы и взаимного расположения рабочих поверхностей, соизмеримые с их деформациями, приводят к перегрузке кинематических пар «шестерня-цевка», ухудшению смазки, перегреву деталей и снижению КПД зацепления. Буфер, предназначенный для компенсации технологических отклонений, недостаточно устраняет перегрузку кинематических пар.

Автор представленной планетарной передачи с ВЦЗ предложил модифицировать циклоидальную шестерню (см. патент DE 464992 на изобретение: Friedrich Deckel. Uber-oder Untersetzungsgetriebe, МПК F16H 1/32, опубликован 23.08.1928). Согласно дополнительному изобретению, вершины выступов циклоидальной шестерни занижают токарной обработкой, а нижние участки впадин углубляют фрезерованием так, что нагрузка передается восходящим и нисходящим участками циклоидальной поверхности.

Исключение из зацепления вершин выступов и нижних участков впадин циклоидальной шестерни снижает перегрузку кинематических пар, но сокращает число совместно работающих цевок и зону активного зацепления. Нагрузочная способность зацепления уменьшается.

В аналогичной планетарной передаче с ВЦЗ (см патент DE 2433765 на изобретение, Rudolf Braren. Planetengetriebe mit Exzenter und Zyklidenverzahnung. МПК F16H 1/32, опубликован 15.01.1976) модифицируют профиль циклоидальной шестерни. Модифицированный профиль формируют внутри теоретического профиля. Нагрузочная способность ВЦЗ обеспечена совместной работой множества цевок в подвижной зоне активного зацепления. Последняя прилегает к кривошипу и ограничена центральным углом % цевочного колеса. Максимальное расстояние между профилями назначают для вершины выступов и дна впадин, минимальное расстояние определяют для средней части выступа.

Циклоидальная шестерня с модифицированным профилем снижает влияние технологических отклонений на распределение нагрузки между совместно работающими цевками при сохранении их числа и зоны активного зацепления. Утверждается, что нагрузочная способность ВЦЗ кратно возрастает по отношению к предыдущему аналогу, однако ниже будет показано, что это утверждение не обосновано.

В качестве прототипа принята планетарная передача с ВЦЗ для которой предложен способ модификации циклоидальной шестерни, (см. патент CN 109307054 на изобретение: Лу Луншэн, Чжан Фэйсян, Ван Чжэньпин, Тан Юн. Способ секционной модификации циклоидальной шестерни редуктора RV и профиль ее выступа. МПК F16H 55/08, опубликовано 05.02.2019). Планетарная передача с ВЦЗ, содержит корпус, ведущий вал с кривошипом, циклоидальную шестерню, подшипник циклоидальной шестерни, цевочное колесо, ведомый вал и механизм передачи вращения между циклоидальной шестерней и ведомым валом. Теоретический профиль циклоидальной шестерни есть эквидистанта эпициклоиды. Цевочное колесо выполнено в виде кольца, в котором с возможностью вращения установлены цевки. Циклоидальную шестерню выполняют с модифицированным профилем. Нагрузочная способность ВЦЗ обеспечена совместной работой множества цевок в подвижной зоне активного зацепления. Последняя прилегает к кривошипу и ограничена центральным углом π цевочного колеса. Модифицированный профиль образуют из трех участков, заданных интервалами центрального угла к цевочного колеса: (0; π/3) - участок основания выступа; (π/3; 2π/3) - активный участок, (2π/3; π) - участок вершины выступа. Активный участок формируют как часть теоретического профиля. Участки основания и вершины выступа формируют внутри теоретического профиля и определяют полиномиальными кривыми третьей степени. Угол между кривошипом и центром цевки используют как переменный параметр в уравнениях участков модифицированного профиля для определения его исполнительных размеров.

Циклоидальная шестерня с модифицированным профилем снижает влияние технологических отклонений на распределение нагрузки между совместно работающими цевками при сохранении их числа и зоны активного зацепления. Контакт активных участков циклоидальной шестерни и цевок обеспечивает кинематическую точность и плавность работы ВЦЗ планетарной передачи.

Известные технические решения исключают снижение КПД зацепления по причине технологических отклонений рабочих поверхностей деталей, но не позволяют повысить КПД выше значений, известных из уровня техники - 0.95 (см. Precision Reduction Gear RVTM. E Series/C Series / Original Series. NABTESCO. CAT. 190510 (Issued on May 10, 2019. P. 22, 68, 102.). Достигнутых значений КПД недостаточно для транспортных трансмиссий, где востребовано эвольвентное зацепление с КПД, превышающим 0,98. Однако высокая нагрузочная способность и плавность работы ВЦЗ указывают на перспективу его применения в транспортных трансмиссиях при условии увеличения КПД на 0.03-0.04.

Изобретение решает задачу повысить КПД внецентроидного циклоидального зацепления планетарной передачи на 0.03-0.04.

Технический результат от использования изобретения:

- сокращение материалоемкости циклоидальной шестерни за счет уменьшения ее наружного диаметра;

- сокращение времени обработки циклоидальной шестерни за счет исключения части поверхности теоретического профиля;

- экономия энергетических ресурсов в эксплуатации планетарных передач с ВЦЗ за счет увеличенного значения КПД на 0.03-0.04.

- применение планетарных передач с ВЦЗ в транспортных трансмиссиях для повышения нагрузочной способности, снижения уровней шума и вибраций.

Изобретение реализуют в нескольких исполнениях, обеспечивающих предпочтительное сочетание передаточного числа, нагрузочной способности, КПД, а также технологичность циклоидальной шестерни.

1-е исполнение.

Планетарная передача с ВЦЗ, содержащая корпус, ведущий вал с кривошипом, циклоидальную шестерню, подшипник циклоидальной шестерни, цевочное колесо, ведомый вал и механизм передачи вращения между циклоидальной шестерней и ведомым валом. Цевочное колесо выполнено в виде кольца, в котором с возможностью вращения установлены цевки. Теоретический профиль циклоидальной шестерни есть эквидистанта эпициклоиды. Нагрузочная способность ВЦЗ обеспечена работой цевок в подвижной зоне активного зацепления. Последняя прилегает к кривошипу и ограничена центральным углом цевочного колеса. Модифицированный профиль образован на участках, заданных в интервалах центрального угла π цевочного колеса. Активный участок выполнен как часть теоретического профиля. Участок вершины выступа сформирован внутри теоретического профиля. Угол между кривошипом и центром цевки используется как переменный параметр в уравнениях участков модифицированного профиля для определения его исполнительных размеров

Для решения поставленной задачи подвижная зона активного зацепления ограничена углом:

где: ϕn - угол, ограничивающий зону активного зацепления, рад.; z1 - число выступов циклоидальной шестерни; n - число совместно работающих цевок.

Исполнительные размеры активного участка определены в интервале:

где ϕ - угол между кривошипом и центром цевки, рад,

Исполнительные размеры участка вершины выступа определены в интервале:

Планетарная передача с ВЦЗ обеспечивает

- сокращение числа совместно работающих цевок, по меньшей мере, втрое;

- исключение из зацепления вершин выступов циклоидальной шестерни с наиболее высокими скоростями скольжения и качения;

- сокращение потерь мощности на трение и увеличение КПД зацепления;

- сокращение материалоемкости циклоидальной шестерни за счет уменьшения ее наружного диаметра;

- сокращение времени обработки циклоидальной шестерни за счет исключения части поверхности теоретического профиля;

- экономию энергетических ресурсов в эксплуатации планетарных передач с ВЦЗ за счет увеличенного значения КПД на 0.03-0.04.

- применение планетарных передач с ВЦЗ в транспортных трансмиссиях для повышения нагрузочной способности, снижения уровней шума и вибраций.

2- е исполнение.

Планетарная передача с ВЦЗ в 1-м исполнении, отличающаяся тем, что участок вершины выступа выполнен дугой окружности, радиус которой определяется соотношением:

где: ra1 - радиус окружности верхних точек активного участка профиля циклоидальной шестерни, мм; с - расстояние от центра цевки до полюса зацепления, мм; rw1 - радиус центроиды циклоидальной шестерни, мм; р2 - радиус цевки, мм; l - коэффициент внецентроидности, определенный как отношению радиусов окружности центра цевок и центроиды колеса; uH -передаточное число планетарной передачи с ВЦЗ при неподвижном кривошипе.

Соотношения (5), (6) следуют из геометрической схемы зацепления и параметрических уравнений линии зацепления, которые представлены ниже.

Планетарная передача с ВЦЗ во 2-м исполнении обеспечивает:

- цилиндрическую форму вершин выступов и, как следствие, улучшение ее технологичности при сокращении затрат производственных ресурсов.

3- е исполнение.

Планетарная передача с ВЦЗ в одном из исполнений 1, 2, отличающаяся тем, что зона активного зацепления ограничена угловым шагом выступов циклоидальной шестерни:

Техническое решение в 3-м исполнении обеспечивает передачу нагрузки по существу одной цевкой, наименьшие потери мощности и наибольший КПД зацепления.

Применяемость 3-его исполнения ограничена снижением нагрузочной способности и плавности работы ВЦЗ. Исполнение предпочтительно для ВЦЗ с числом выступов циклоидальной шестерни z1<12.

4-е исполнение.

Планетарная передача с ВЦЗ в исполнении 4, отличающаяся тем, что зона активного зацепления ограничена углом:

где: Δр - угол перекрытия фаз работы соседних цевок, рад.

Исполнение 4 обеспечивает более плавную передачу нагрузки между цевками относительно исполнения 3 и предпочтительно при z1<12.

5-е исполнение.

Планетарная передача с ВЦЗ в одном из исполнений 1-2, отличающаяся тем, что зона активного зацепления ограничена двумя угловыми шагами выступов циклоидальной шестерни:

Исполнение 5 обеспечивает передачу нагрузки по существу двумя цевками и большую нагрузочную способность относительно исполнений 3-4, но снижает КПД зацепления относительно этих исполнений. Исполнение 5 предпочтительно при z1≥12.

6-е исполнение.

Планетарная передача с ВЦЗ в исполнении 5, отличающаяся тем, что зону активного зацепления ограничивают углом:

где: Δр - угол перекрытия фаз работы соседних цевок, рад.

Исполнение 6 обеспечивает более плавную передачу нагрузки между соседними цевками и большую нагрузочную способность относительно исполнений 3-5. Однако КПД этого исполнения меньше, чем в исполнениях 3-4. Исполнение 6 предпочтительно при z1≥12.

Планетарная передача с ВЦЗ обладает меньшей нагрузочной способностью, чем ее аналоги с полным теоретическим профилем циклоидальной шестерни. Снижение нагрузочной способности объясняется сокращением числа совместно работающих цевок. Однако нагрузочная способность не пропорциональна числу совместно работающих цевок и определяется условием совместности деформаций в кинематических парах «шестерня-цевка». В результате изменения профиля циклоидальной шестерни нагрузка перераспределяется с выпуклой на вогнутую поверхность выступов, что существенно снижает контактные напряжения и препятствует пропорциональному снижению нагрузочной способности.

Рациональный выбор исполнения планетарной передачи с ВЦЗ обеспечивает предпочтительное сочетание передаточного числа, нагрузочной способности и КПД.

На фиг. 1 представлена кинематическая схема планетарной передачи с ВЦЗ, на фиг. 2 - геометрическая схема и параметры ВЦЗ, на фиг. 3 - эквидистанта эпициклоиды, эпициклоида и линия зацепления ВЦЗ при z1=3, на фиг. 4 - схема определения сил и скоростей в кинематических парах «шестерня-цевка»; на фиг. 5 - эпюры контактных напряжений и мощности трения в зацеплении при z1=7, ωH=100, с-1.

На кинематической схеме фиг. 1, в целях наглядности, кинематические пары «шестерня-цевка» и механизма параллельных кривошипов представлены своими эквивалентами - парами шарниров, соединенных добавочным звеном (см. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М., «Наука», 1975. С. 45-47). Шарниры показаны маленькими окружностями, центры которых совпадают с центрами кривизны сопрягаемых профилей. Добавочные звенья показаны отрезками жирной линии, которые демонстрируют связи планетарной передачи с ВЦЗ.

Планетарная передача с ВЦЗ, содержащая корпус 1, ведущий вал с кривошипом 2, циклоидальную шестерню 3, подшипник циклоидальной шестерни 4, цевочное колесо 5, ведомый вал 6 и механизм 7 для передачи вращения между циклоидальной шестерней и ведомым валом. Цевочное колесо 5 выполнено в виде кольца, в котором с возможностью вращения установлены цевки 8. Цевки 8 установлены в цилиндрических гнездах цевочного колеса. Теоретический профиль циклоидальной шестерни есть эквидистанта эпициклоиды. Механизм 7 передачи вращения между циклоидальной шестерней и ведомым валом выполнен в виде параллельных кривошипов.

Нагрузочная способность ВЦЗ обеспечена работой цевок в подвижной зоне активного зацепления. Последняя прилегает к кривошипу и ограничена центральным углом цевочного колеса. Модифицированный профиль образован из участков, заданных в интервалах центрального угла к цевочного колеса. Активный участок сформирован как часть теоретического профиля. Участок вершины выступа сформирован внутри теоретического профиля. Угол между кривошипом и центром цевки используется как переменный параметр в уравнениях участков модифицированного профиля для определения его исполнительных размеров.

Для решения поставленной задачи зона активного зацепления ограничена углом ϕn, который определен из соотношений (1), (2). Исполнительные размеры активного участка определены из уравнений теоретического профиля при переменном угле ϕ из интервала (3). Исполнительные размеры для участка вершины выступа определены из соотношений (5, 6).

Исполнительные размеры циклоидальной шестерни и предпочтительное сочетание возможных значений КПД и нагрузочной способности определены с использованием параметров и соотношений теории зацеплений, теории контактных деформаций, трибологии и теории конструирования.

Пример планетарной передачи с ВЦЗ.

На фиг. 1 показана кинематическая схема планетарной передачи с ВЦЗ и теоретический профиль циклоидальной шестерни в виде замкнутой эквидистанты эпициклоиды при z1=7, n= z1/2=3,5, а также модифицированные профили с радиусами ra1,n=1,2,3 окружности выступов при n = 1, 2, 3.

На фиг. 2 представлены геометрическая схема и параметры ВЦЗ планетарной передачи в декартовых координатах XO1Y, где: XKO1YK - подвижная система координат, связанная с кривошипом O1O2; 1 - индекс циклоидальной шестерни; 2 - индекс цевочного колеса; O1,2- оси шестерни и колеса; n-n - общая нормаль центроид в полюсе Р зацепления; rw1,2 - радиусы центроид, м; r2 - радиус окружности центров цевок, м; p1 - радиус кривизны профиля циклоидальной шестерни, м; р2 - радиус цевки, м; dc - диаметр цевки, м; с - отрезок, соединяющий центр цевки и полюс Р зацепления, м; z1,2 - числа выступов шестерни и цевок колеса; α - угол зацепления; β - центральный угол цевки между полюсом и центром цевочного колеса; κ - угол между отрезком с и осью Y; х0, у0 - координаты центра цевки, м; xK, yK - координаты точки K контакта профилей шестерни и цевки, м; ϕ - центральный угол цевочного колеса между кривошипом и центром цевки; ϕH - угол поворота кривошипа; ϕ12 - угол обката шестерни цевочным колесом; δi - деформация сближения центров кривизны сопрягаемых профилей в контакте, мм; Δ - угол деформаций, определенный как угол поворота циклоидальной шестерни от принятой нагрузки при сближении центров кривизны сопрягаемых профилей.

Для выявления параметров зацепления в обобщающем безразмерном виде, радиус центроиды шестерни принят как масштабный фактор откуда радиус центроиды колеса: а радиус окружности центров цевок: Здесь и далее "*" - индекс линейных величин в новом масштабе.

Из геометрической схемы фиг. 2 с учетом масштабного фактора получены соотношения, необходимые для анализа ВЦЗ:

Для верхней точки активного участка модифицированного профиля, с учетом (1)-(3) и (16) угол обката циклоидальной шестерни:

Уравнения эквидистанты эпициклоиды получены в безразмерном параметрическом виде как координаты точки K в функции угла ϕ:

Уравнения эпициклоиды получены из уравнений (18), (19) исключением слагаемых, содержащих радиус цевки

Уравнения линии зацепления есть уравнения траектории точки K контакта в подвижной системе координат XKO1YK:

Наиболее наглядно форма рассмотренных кривых проявляется при минимальном числе выступов шестерни. На фиг. 3 показаны эпициклоида, ее эквидистанта и линия зацепления для циклоидальной шестерни с числом выступов z1=3.

Контактные напряжения в кинематической паре «шестерня-цевка» необходимы для расчета коэффициента трения и сил, действующих в зацеплении. Воспользуемся решением для контакта двух упругих цилиндров с параллельными осями (см. Тимошенко, С.П., Гудьер, Дж. Теория упругости: Пер. с англ. / Под ред. Г.С. Шапиро. - 2-е изд. - М.: Наука,1979. - 560 с. Стр. 421):

где: σH - контактное напряжение, МПа, F - удельная нагрузка на начальной линии контакта, Н/м; E1,2 - модули упругости материалов цевок и шестерни, МПа; ν1,2 - коэффициенты Пуассона.

Формула (24) используется в следующем компактном виде:

где: ZE - коэффициент, учитывающий механические свойства материалов цевок и шестерни, МПа0,5; р - приведенный радиус кривизны сопрягаемых профилей в паре «шестерня цевка», м

При известных радиусах центроид и цевки радиус кривизны профиля циклоидальной шестерни удобно определить геометрическим построением Бобилье, фиг. 4, или аналитически из уравнения Эйлера и Савари (см. Литвин, Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений. - М.: Наука, 1968. 584 с. Стр. 57).:

где d - расстояние от полюса до точки контакта, м.

Из геометрической схемы зацепления на фиг. 2 и соотношений (11), (12), (29) получено:

где р0 - радиус кривизны эпициклоиды, м.

С учетом масштабного фактора, (28) приведено к виду:

Приводной момент на циклоидальной шестерне определен как сумма моментов от составляющих удельной нагрузки в каждом из мест контакта, число которых равно числу n совместно работающих цевок:

где: Т1 - приводной момент на циклоидальной шестерне, Нм, i - порядковый номер места контакта в отсчете от полюса зацепления, T1i - момент от составляющей удельной нагрузки, Нм; Fi - составляющая удельной нагрузки; bw - ширина циклоидальной шестерни, м.

Из (26) следует:

С учетом (34), выражение (33) приведено к виду:

Сравнение нагрузочной способности исполнений удобно проводить по удельному показателю, который следует из (35) для масштабного фактора

где - критерий удельной нагрузочной способности, МПа.

Под действием нагрузки места контакта деформируются, центры кривизны шестерни и цевки сближаются, а шестерня поворачивается на малый угол деформаций Δ. Сближение центров кривизны определены формулами теории контактных деформаций для двух упругих цилиндров с параллельными осями (см. Прочность, устойчивость, колебания. Справочник в трех томах. Том 2. Под ред. д-ра наук И.А. Биргера и чл. - корр. А.Н. Латвийской ССР Я.Г. Пановко. - М.: Машиностроение, 1968. - 463 с. С.392.):

где: δi;-деформация сближения тел в контакте; bδi - полуширина полоски контакта.

Равенство углов деформаций Δ для всех мест контакта есть условие совместности деформаций. Деформация сближения центров кривизны в местах контакта связана с углом деформаций соотношением:

Из соотношений (26)-(28), (34), (35)-(39) получена система n уравнений:

Расчет угла Δ удобно выполнить для места с наибольшим контактным напряжением, в котором назначено допускаемое напряжение:

где: σHlim - предел контактной выносливости материала, KH и SH - сводные коэффициенты нагрузки и безопасности.

Численными экспериментами установлено, что при малых передаточных числах контактные напряжения достигают наибольших значений при углах ф, кратных угловому шагу шестерни: для z1≤7 угол ϕ=2π/z1, для 8≤z1≤19 угол ϕ=4π/z1, для z1=20 угол ϕ=6π/z1. При z1≥20 контактные напряжения достигают наибольших значений вблизи точки профиля с минимальным радиусом кривизны.

В точке контакта K определяются скорости ν1i и ν2i, векторы которых показаны на фиг. 4.

где: ωH1,2 - угловые скорости шестерни и колеса относительно водила;

радиусы точек контакта циклоидальной шестерни и цевочного колеса.

Углы наклона векторов скорости к касательной в точке контакта:

Скорости качения, которые характеризуют скорость перемещения точки контакта по профилю, определены как проекции векторов ν1 и ν2 на касательную в точке K. С учетом масштабного фактора получено:

Во внецентроидном циклоидальном зацеплении с вращающимися цевками суммарная скорость качения в точке контакта соответствует большей из скоростей качения:

С этой же скоростью гладкая цевка будет вращаться в отверстии цевочного колеса. Скорость скольжения в точке K есть разность скоростей качения:

В верхней точке активного участка профиля, наиболее удаленной от полюса зацепления, скорость скольжения достигает максимального значения.

Удельная мощность трения в i-ом месте контакта определяется формулой:

а коэффициент трения ƒi - формулой Ю.Н. Дроздова (см. Когаев В.П., Дроздов Ю.Н. Прочность и износостойкость деталей машин: Учебн. пособие для машиностр. Спец. Вузов. М.: Высш. шк., 1991. 319 с, стр. 249.):

где: NTi - удельная мощность трения в i-ом месте контакта, Вт/м; А=4,5⋅10-3 - размерный коэффициент; σHi - контактное напряжение, МПА; НВ - твердость по Бринелю, МПа; Ra - параметр шероховатости цевки (более твердого тела), м; Епр - приведенный модуль упругости материалов, МПа; μ - кинематическая вязкость масла при температуре вступающей в контакт поверхности, м2/с.

Удельная мощность трения в кинематической паре «цевка-гнездо кольца» определена как потери мощности в подшипнике скольжения. Удельная мощность трения на i-ой цевке определена соотношением:

а коэффициент трения формулой П.И. Орлова для подшипников скольжения (см. Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие: В 2-х кн. / Под ред. П.Н. Учаева. - Изд. 3-е, испр. - М.: Машиностроение, 1988. - Кн. 2. - 560 с. С. 332-334):

где: Nci - удельная мощность трения на i-ой цевке, Вт/м; SOi - число Зоммерфельда; Δс - зазор в паре «цевка - кольцо»; ψ - относительный зазор, lc - длина цевки, м.

После перехода к параметрам режима работы, выражение (49) принимает вид:

где: η - динамическая вязкость масла.

Работа сил трения в кинематических парах «шестерня-цевка» и «цевка-гнездо кольца» за один оборот шестерни составит:

где: N - мощность трения в кинематических парах «шестерня-цевка» и «цевка-гнездо колеса», Вт.

Интеграл в формуле (56)определяется численными методами, как площадь эпюры N для одного выступа шестерни.

Работа приводного момента за один оборот шестерни:

Из (56)-(58) следует коэффициент потерь:

и коэффициент полезного действия:

Из представленных выше соотношений определяются: - допускаемые контактные напряжения [σH] из (41);

- Δ и из системы уравнений (40) при ϕ=2π/7, 4π/7, 6π/7;

- наибольшее значение при ϕ=2π/7, 4π/7, 6π/7 из (36); при переменном ϕ из интервалов (0; π) и (0;ϕn) при n=1, 2, 3, 3.5 определяют:

- σHi из системы уравнений (40), (36) при

-

- - (49)при ωH=100, с-1;

- активный участок модифицированного профиля из (18), (19);

- радиус центроиды rw1 из формулы (35) для n=z1/2=3,5;

- линейные скорости

- составляющие удельной нагрузки из (34);

- удельную мощность трения в паре «шестерня-цевка» из (50), (51);

- удельную мощность трения в паре «цевка-гнездо кольца» из (52);

- удельную мощность трения NTΣi из (57)

- эпюры NTi, Nci, NTΣi для одного выступа шестерни, см. диаграмму на фиг. 5.

- работу сил трения в кинематических парах «шестерня-цевка» и «цевка-гнездо кольца» из (56);

- коэффициент потерь и КПД из (57) и (58).

Из анализа полученных значений КПД выбирают исполнение планетарной передачи с ВЦЗ.

В нижней части диаграммы фиг.5. показаны эпюры контактных напряжений и мощности трения для теоретического профиля циклоидальной шестерни при n=z1/2. Эпюры первого от полюса выступа расположены в интервале (0; π) и выделены жирными линиями. Эпюры выступов, находящихся в других фазах зацепления, изображены тонкими линиями. Расположение эпюр показывает, что в зоне активного зацепления находится либо три, либо четыре кинематические пары «шестерня-цевка». Работа сил трения в зоне активного зацепления соответствует сумме площадей трех эпюр мощности трения и участка эпюры на отрезке, равном половине шага.

В средней части диаграммы на фиг. 5, показаны эпюры контактных напряжений и мощности трения для модифицированного профиля циклоидальной шестерни при n=1 согласно исполнению 4. Эпюры первого от полюса выступа расположены в интервале (0; 2π/z1+Δр) и выделены жирными линиями. Эпюры выступов, находящихся в других фазах зацепления, изображены тонкими линиями. Расположение эпюр показывает, что в зоне активного зацепления находится одна кинематическая пара «шестерня-цевка», но вход и выход из зоны активного зацепления, поддерживается соседними парами на малом угле перекрытия Δр. Работа сил трения в активной зоне соответствует площади одной эпюры мощности трения.

В верхней части диаграммы на фиг. 5, показаны эпюры контактных напряжений и мощности трения для модифицированного профиля циклоидальной шестерни при n=2 согласно исполнению 6. Эпюры первого от полюса выступа расположены в интервале (0; 4π/z1+Δp) и выделены жирными линиями. Эпюры выступов, находящихся в других фазах зацепления, изображены тонкими линиями. Расположение эпюр показывает, что в зоне активного зацепления находится две кинематические пары «шестерня-цевка», но вход и выход из зоны активного зацепления, поддерживается соседними парами на малом угле перекрытия Δр. Работа сил трения в активной зоне соответствует площади двух эпюр мощности трения.

Отношение работ сил трения, рассчитанных по эпюрам на диаграмме фиг. 5 составляет: АТ3Т2Т1=1.00:0.71:0,36, где цифра индекса указывает число цевок в активной зоне зацепления. Из полученного соотношения следует, что потери мощности в зацеплении могут быть сокращены более чем на 60%.

Сравнение эпюр контактных напряжений на диаграмме фиг. 5, показывает, что сокращение потерь на трение сопровождается ростом контактных напряжений до 35%, а для плавной передачи нагрузки необходима активная зона, соответствующая угловому шагу. В практических задачах проектирования эти ограничения могу быть преодолены известными методами упрочнения и снижения динамических нагрузок.

Промышленная применимость предлагаемого изобретения подтверждена изготовлением опытного образца циклоидальной шестерни и численными экспериментами с математическими моделями.

Изобретение может быть использован на предприятиях, выпускающих и эксплуатирующих планетарные передачи с ВЦЗ.

1. Планетарная передача с внецентроидным циклоидальным зацеплением, содержащая корпус, ведущий вал с кривошипом, циклоидальную шестерню, подшипник циклоидальной шестерни, цевочное колесо, ведомый вал и механизм передачи вращения между циклоидальной шестерней и ведомым валом, цевочное колесо выполнено в виде кольца, в котором с возможностью вращения установлены цевки, теоретический профиль циклоидальной шестерни есть эквидистанта эпициклоиды, нагрузочная способность обеспечена работой цевок в подвижной зоне активного зацепления, последняя прилегает к кривошипу и ограничена центральным углом цевочного колеса, модифицированный профиль образован на участках, заданных в интервалах центрального угла π цевочного колеса, активный участок выполнен как часть теоретического профиля, участок вершины выступа сформирован внутри теоретического профиля, угол между кривошипом и центром цевки используется как переменный параметр в уравнениях участков модифицированного профиля для определения его исполнительных размеров, отличающаяся тем, что подвижная зона активного зацепления ограничена углом:

где: ϕn - угол, ограничивающий зону активного зацепления, рад; z1 - число выступов циклоидальной шестерни; n - число совместно работающих цевок,

исполнительные размеры активного участка определены в интервале:

где ϕ - угол между кривошипом и центром цевки, рад,

исполнительные размеры участка вершины выступа определены в интервале:

2. Планетарная передача с внецентроидным циклоидальным зацеплением по п. 1, отличающаяся тем, что участок вершины выступа выполнен дугой окружности, радиус которой определяется соотношением:

где: ra1 - радиус окружности верхних точек активного участка профиля циклоидальной шестерни, мм; с - расстояние от центра цевки до полюса зацепления, мм; rw1 - радиус центроиды циклоидальной шестерни, мм; р2 - радиус цевки, мм; l - коэффициент внецентроидности, определенный как отношению радиусов окружности центра цевок и центроиды колеса; uH - передаточное число планетарной передачи с ВЦЗ при неподвижном кривошипе.

3. Планетарная передача с внецентроидным циклоидальным зацеплением по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что зона активного зацепления ограничена угловым шагом выступов циклоидальной шестерни:

4. Планетарная передача с внецентроидным циклоидальным зацеплением по п. 3, отличающаяся тем, что зона активного зацепления ограничена углом:

где: Δр - угол перекрытия фаз работы соседних цевок, рад.

5. Планетарная передача с внецентроидным циклоидальным зацеплением по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что зона активного зацепления ограничена двумя угловыми шагами выступов циклоидальной шестерни:

6. Планетарная передача с внецентроидным циклоидальным зацеплением по п. 5, отличающаяся тем, что зона активного зацепления ограничена углом:

где: Δр - угол перекрытия фаз работы соседних цевок, рад.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к зубчатым колесам. Зубчатое колесо (2) с зубчатым элементом, имеющее зубчатую нарезку (8) зубчатого колеса.

Изобретение относится к области машиностроения. Исходный производящий контур для формирования зубьев звездочек скоростных и высокоскоростных цепных передач методом обката имеет радиус головки зуба инструмента r1, радиус выпуклости зуба r2, радиус дуги ножки зуба r3, вписанный угол выпуклости зуба определены из соотношений: r1 = 0,503 dr; r2 = 1,0 dr; r3 = 1,2 Рц; вписанный угол выпуклости зуба - 15º, где dr - диаметр ролика цепи; Рц - шаг цепи.

Группа изобретений относится к машиностроению. Редукторная система с эллиптическим сопряжением включает в себя входную шайбу и качающуюся шайбу.

Группа изобретений относится к зубчатым передачам. Способ повышения контактной и изгибной выносливости зубчатого зацепления заключается в том, что при симметричной по высоте боковой поверхности зуба шестерни боковую сопряженную с ней поверхность зуба колеса изготавливают вогнутой.

Группа изобретений относится к области цилиндрических зубчатых передач, а именно к планетарным передачам, в частности, с винтовыми или арочными зубьями. Планетарная передача с непрямыми зубьями, например, арочной формы содержит солнечное колесо, коронную шестерню и зацепленные с ними сателлиты.

Изобретение относится к зубчатым передачам. Трохоидальное зубчатое зацепление двух колес, в котором профиль зубьев каждого колеса состоит из двух касательно соединенных между собой эквидистант трохоидальных кривых, образующих одна частично или полностью вогнутую ножку зуба, а вторая выпуклую головку зуба.

Изобретение относится к зубофрезерному приспособлению для изготовления зубчатого колеса из заготовки. Согласно изобретению приспособление содержит червячную фрезу, имеющую цилиндрическое тело, от которого отходят зубья первой группы и, чередуясь с ними, зубья второй группы.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в высоконагруженных зубчатых передачах. Коническая зубчатая передача содержит ведущий и ведомый валы с пересекающимися осями, и установленные на валах конические зубчатые колеса с круговыми зубьями и равными делительными шагами зацепления в среднем нормальном сечении зубьев каждого из колес, причем вогнутая боковая поверхность каждого зуба зубчатого колеса ведущего вала выполнена в виде модифицированной сферической эвольвенты.

Изобретение относится к зубчатым передачам. Зубчатая передача железнодорожного транспортного средства с системой параллельного карданного привода имеет косозубую шестерню и косозубое зубчатое колесо, которые вместе составляют пару.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в зубчатых передачах, смазываемых твердыми смазочными материалами в порошкообразной дисперсной фазе. Зубчатая передача содержит сопряженные парные зубчатые колеса, каждое из которых состоит из тела и зубчатого венца с зубьями.

Изобретение относится к области машиностроения. Дисковый генератор волновой передачи содержит два эксцентрично установленных на входном валу диска, дополнительный круглый диск, поддерживающий зацепляющееся с жестким зубчатым колесом волновой передачи гибкое колесо по внутренней поверхности в зоне малой оси деформирования.
Наверх