Результат интеллектуальной деятельности: РЕДУКТОР С АРОЧНОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к машиностроению, а в частности к деталям машин, и может использоваться в зубчатых редукторах общего назначения.

Из уровня техники известен зубчатый редуктор, содержащий корпус и шевронную цилиндрическую зубчатую передачу, состоящую из двух шевронных цилиндрических зубчатых колес, каждое из которых закреплено на своем валу, при этом валы шевронной передачи установлены параллельно друг другу в подшипниковых опорах корпуса, причем один из валов шевронной передачи установлен без возможности перемещения в осевом направлении, а другой вал - с возможностью перемещения в осевом направлении относительно корпуса [Учебно-методическое пособие по курсу «Детали машин и основы конструирования» для студентов заочного отделения по направлению 650700 « Нефтегазовое дело» / сост. Москвина Е.Ю., Ямалтдинов А.И. - Октябрьский.: Октябрьский филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета, 2003, стр. 29, рис. 9 - Источник: http://rud.exdat.com/docs/index-696742.html].

Недостатком такого редуктора является высокая стоимость и трудоемкость его изготовления, вызванная, в первую очередь, высокой трудоемкостью изготовления и себестоимостью шевронных колес. Для нормальной работы передачи шевронные колеса должны быть выполнены с высокой точностью по толщине зубьев и их расположению по окружности колеса, по углу наклона зубьев, по взаимному расположению зубьев полушевронов относительно друг друга и некоторым другим параметрам.

Если зубья одного полушеврона будут иметь по толщине размер больший, чем зубья другого полушеврона, то при каждой смене направления вращения ведущего вала ведомый вал будет смещаться в осевом направлении относительно корпуса. При реверсном режиме работы редуктора будет происходить интенсивный износ вала и подшипников из-за постоянных возвратно-поступательных перемещений вала вдоль его оси.

Если же колеса будут изготовлены с ненадлежащей точностью по углу наклона зубьев или по взаимному расположению зубьев полушевронов относительно друг друга, то нагрузка в зубчатом зацеплении будет передаваться только одним из полушевронов, что приведет к интенсивному износу и поломке зубьев этого полушеврона и, как следствие, к выходу редуктора из строя.

Шевронные зубчатые колеса без дорожки в середине колеса изготовляют на специальных и дорогих зубодолбежных станках при помощи долбяка или гребенки со специальной заточкой. Нарезание зубьев таким способом трудоемко и малопроизводительно. Тяжелогруженные крупномодульные тихоходные шевронные шестерни могут быть также нарезаны пальцевой фрезой на фрезерных станках. Недостатками такого способа нарезания являются низкая производительность и значительный расход пальцевых фрез, особенно чистовых.

Отсутствие высокопроизводительного способа изготовления шевронных колес без дорожки в середине колеса значительно увеличивает трудоемкость изготовления и стоимость редуктора. Поэтому область использования редукторов с такой шевронной передачей весьма ограничена. Эти редукторы используют, в основном, в тех случаях, когда необходимо передать большие крутящие моменты на высоких окружных скоростях, а осевые нагрузки нежелательны.

Зубья шевронных колес с дорожкой в середине колеса могут быть нарезаны червячной фрезой. Этот способ более производителен, однако наличие в середине колеса дорожки для выхода инструмента значительно снижает прочность зубьев и увеличивает размеры колеса в осевом направлении. Это ведет к снижению нагрузочной способности редуктора и увеличивает его габариты.

Из уровня техники известен зубчатый редуктор, содержащий корпус и арочную цилиндрическую зубчатую передачу, состоящую из двух цилиндрических зубчатых колес, каждое из которых закреплено на своем валу, при этом валы арочной передачи установлены параллельно друг другу в подшипниковых опорах корпуса, 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., CN 2008242019, заявл. 22.07.2008, опубл. 22.04.2009], принятый нами за прототип.

Недостатком этого редуктора является то, что оба вала арочной передачи установлены без возможности перемещения в осевом направлении относительно корпуса.

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 зубьев, 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, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, - это снижение стоимости редуктора, повышение его нагрузочной способности и долговечности работы.

Для решения этой задачи в зубчатом редукторе, который содержит корпус и арочную цилиндрическую зубчатую передачу, состоящую из двух цилиндрических зубчатых колес, каждое из которых закреплено на своем валу, при этом валы арочной передачи установлены параллельно друг другу в подшипниковых опорах корпуса, зубья колес арочной передачи имеют арочные продольные линии и эвольвентные поперечные профили, отличие согласно изобретению состоит в том, что один из валов арочной передачи установлен с возможностью перемещения в осевом направлении относительно корпуса.

Из уровня техники известен редуктор станка-качалки, содержащий корпус и многоступенчатую зубчатую передачу, одна ступень которой - цилиндрическая прямозубая, а две другие - шевронные, при этом валы шевронных передач установлены параллельно друг другу в подшипниковых опорах корпуса, причем один из валов шевронных передач установлен без возможности перемещения в осевом направлении, а два других вала - с возможностью перемещения в осевом направлении относительно корпуса [Авторское свидетельство СССР №1463961, МПК⁴ F04B 47/00. Привод станка-качалки / В.Н. Калинин и др.; №4264697/25-29; заявл. 17.06.1987; опубл. 07.03.1989].

Недостатком этого редуктора является высокая трудоемкость изготовления и себестоимость шевронных колес. Это значительно увеличивает трудоемкость изготовления и стоимость самого редуктора. Поэтому используют такие редукторы, в основном, в тех случаях, когда необходимо передать большие крутящие моменты на высоких окружных скоростях, а осевые нагрузки нежелательны. Это сужает область использования редукторов с шевронными колесами.

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 закреплено на своем валу, при этом валы упомянутой арочной передачи установлены параллельно друг другу в подшипниковых опорах корпуса, зубья колес упомянутой арочной передачи имеют арочные продольные линии и эвольвентные поперечные профили [Патент 126076 Российская Федерация, МПК F16H 1/22. 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 вала упомянутой арочной передачи установлены без возможности перемещения в осевом направлении относительно корпуса. 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, который содержит корпус и многоступенчатую зубчатую передачу, по меньшей мере, одна из ступеней выполнена в виде арочной цилиндрической зубчатой передачи, состоящей из двух цилиндрических зубчатых колес, каждое из которых закреплено на своем валу, при этом валы упомянутой арочной передачи установлены параллельно друг другу в подшипниковых опорах корпуса, зубья колес упомянутой арочной передачи имеют арочные продольные линии и эвольвентные поперечные профили, отличие согласно изобретению состоит в том, что, по меньшей мере, один из валов упомянутой арочной передачи установлен в корпусе редуктора с возможностью перемещения в осевом направлении.

Технический результат предложенного изобретения заключается в том, что возможность перемещения одного из валов арочной передачи в осевом направлении относительно корпуса позволяет зубчатому колесу, закрепленному на этом валу, 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.

В отличие от шевронных колес, в арочных колесах зубья имеют одинаковую толщину по всей ширине зубчатого венца. Благодаря этому в редукторе с арочной передачей не происходит перемещение ведомого вала в осевом направлении при смене направления вращения ведущего вала. Это увеличивает срок службы редуктора.

Наличие высокопроизводительного способа изготовления арочных цилиндрических колес позволяет снизить стоимость редуктора по сравнению со стоимостью редуктора с шевронной передачей. Отсутствие в середине колеса дорожки для выхода инструмента значительно увеличивает прочность зубьев, что позволяет повысить нагрузочную способность редуктора.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

на фиг. 1 - редуктор с одноступенчатой арочной передачей, продольный разрез;

на фиг. 2 - разрез А-А по фиг. 1;

на фиг. 3 - редуктор с многоступенчатой зубчатой передачей, каждая ступень которой выполнена в виде арочной передачи, 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 параллельно друг другу в подшипниковых опорах 6, 7, 8, 9 корпуса редуктора. Малое зубчатое колесо 2 закреплено на входном валу 4, который установлен в корпусе в подшипниковых опорах 6, 8 без возможности перемещения в осевом направлении. Большое зубчатое колесо 3 закреплено на выходном валу 5. Вал 5 установлен в корпусе в подшипниковых опорах 7, 9, в качестве которых использованы радиальные роликовые подшипники с короткими цилиндрическими роликами. Вал 5 вместе с внутренними кольцами подшипников и цилиндрическими роликами имеет возможность перемещения в осевом направлении относительно наружных колец подшипников и корпуса 1 редуктора. Вращение с валов 4, 5 передается - малому 2 и большому 3 зубчатым колесам посредством шпонок 10, 11.

Редуктор с многоступенчатой зубчатой передачей (см. фиг. 3) 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. Зубчатое колесо 16 закреплено на валу 20, зубчатые колеса 17 и 18 - на валу 21, а зубчатое колесо 19 - на валу 22. Валы 20, 21, 22 установлены в корпусе редуктора в подшипниковых опорах параллельно друг другу. Вал 20 установлен в подшипниковых опорах без возможности перемещения в осевом направлении, а валы 21, 22 - с возможностью перемещения в осевом направлении относительно корпуса.

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 зубчатого венца по его ширине. 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 вместе с валом 5, внутренними кольцами и роликами подшипников 7, 9 в осевом направлении относительно наружных колец подшипников 7, 9 и корпуса 1 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 вместе с валом 5 самоустановится относительно малого зубчатого колеса 2.

Аналогичные процессы будут происходить и в редукторе с многоступенчатой зубчатой передачей. Зубчатое колесо 18 вместе с валом 21, внутренними кольцами и роликами подшипников переместится относительно наружных колец подшипников и корпуса 1 и самоустановится относительно зубчатого колеса 16. Аналогичным образом зубчатое колесо 19 вместе с валом 22 самоустановится относительно зубчатого колеса 17.