RU189572U1

RU189572U1 - MECHANICAL REDUCER

Info

Publication number: RU189572U1
Application number: RU2019110191U
Authority: RU
Inventors: Евгений Николаевич Коптяев
Original assignee: Евгений Николаевич Коптяев
Priority date: 2019-04-05
Filing date: 2019-04-05
Publication date: 2019-05-28

Abstract

Полезная модель относится к механическим передачам вращательного движения между валами и представляет собой механический редуктор.Из уровня техники известны различные варианты механических редукторов, позволяющие передавать вращательное усилие между двумя или более валами. Назначение этих редукторов состоит в согласовании моментов на входном (ведущем) и выходном (ведомом) валах, с ведомого вала его крутящее усилие поступает на исполнительный механизм. Такое построение механического редуктора базируется на соотношении длин окружностей шкивов, установленных на входном и выходном валах. В качестве средства передачи механического усилия от одного шкива к другому шкиву выступает ремень, выполняемый гибким в виде кольца, что позволяет ему обтягивать в натяг шкивы. К недостаткам таких решений относится необходимость натяга ремня, который теряет эластичность и усилие обжатия шкивов в процессе работы. Это требует обеспечения компенсации растягивания ремня.Предлагаемое решение указанных недостатков. В качестве передачи механического усилия между ведущим и ведомым валами используется передаточное кольцо, выполняемое в виде окружности из металла, покрытое изнутри и снаружи резиной для увеличения коэффициента сцепления с поверхностями шкивов. Использование размещенных совместно шкивов конической формы во взаимно-обратном расположении обеспечивает постоянство угла наклона в зазоре между ними. Упомянутое передаточное кольцо выполняется с наклоном краев, имеющим тот же угол, что и наклон боковых поверхностей конических шкивов, и может передвигаться вдоль оси вращения шкивов.Основным достигаемым результатом является повышение надежности редуктора, в сравнении с другими ременными передачами. Также возможно регулирование коэффициента передачи механического редуктора за счет перемещения передаточного кольца вдоль оси вращения.The utility model relates to mechanical gears of rotational movement between shafts and is a mechanical gearbox. From the prior art, various versions of mechanical gearboxes are known that allow transferring rotational force between two or more shafts. The purpose of these gearboxes is to coordinate the moments on the input (driving) and output (driven) shafts, and the torque from the output shaft goes to the actuator. Such a construction of a mechanical gearbox is based on the ratio of the lengths of the circles of the pulleys installed on the input and output shafts. As a means of transmitting mechanical force from one pulley to another pulley, there is a belt, which is made flexible in the form of a ring, which allows it to pull the pulleys into tension. The disadvantages of such solutions include the need for belt tension, which loses elasticity and compression force of the pulleys during operation. This requires compensation for belt stretching. The proposed solution to these disadvantages. As a transfer of mechanical force between the drive and driven shafts, a transfer ring is used, which is made in the form of a circle made of metal, covered inside and out with rubber to increase the coefficient of adhesion to the pulley surfaces. The use of jointly placed conical pulleys in a reciprocal arrangement ensures the constancy of the angle of inclination in the gap between them. The said transfer ring is made with an inclination of the edges having the same angle as the inclination of the side surfaces of the tapered pulleys, and can move along the axis of rotation of the pulleys. The main result achieved is to improve the reliability of the gearbox, compared to other belt drives. It is also possible to control the transmission coefficient of the mechanical gearbox by moving the transfer ring along the axis of rotation.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель. Полезная модель относится к механическим передачам вращательного движения.The technical field to which the utility model belongs. The invention relates to mechanical transmission of rotational motion.

Уровень техники. Известен согласующий редуктор комбинированной энергосиловой установки [Патент РФ на полезную модель №116102], содержащий ведущий шкив, расположенный на валу двигателя внутреннего сгорания, и ведомый шкив, расположенный на выходном валу редуктора, соединенного с трансмиссией. На валу электродвигателя располагается ведущий шкив, находящийся с ним в постоянном зацеплении, и опорный шкив, которые соединены клиновым ремнем.The level of technology. Known matching gearbox combined power plant [RF Patent for utility model No. 116102], containing the drive pulley located on the shaft of the internal combustion engine, and the driven pulley located on the output shaft of the gearbox connected to the transmission. On the motor shaft is a drive pulley, which is in constant engagement with it, and a support pulley, which are connected by a V-belt.

К недостаткам такого решения можно отнести невозможность регулирования передаточного числа редуктора, а также растягивание ремня в длину, что ведет к ухудшению сцепления шкива и ремня.The disadvantages of this solution include the inability to control the gear ratio of the gearbox, as well as stretching the belt in length, which leads to a deterioration in the adhesion of the pulley and the belt.

Также известен ременной редуктор вертолета соосной схемы [патент РФ на изобретение №2658745], содержащий корпус, выполненный с возможностью привода вращения в противоположных направлениях вертикальных коаксиальных пустотелых ведомых валов от одного ведущего вала. Ведущие и ведомые валы выполнены с закрепленными на них шкивами, а шкивы ведомых валов расположены на различной высоте, при этом привод обеспечен за счет двух ременных передач, одна из которых выполнена с односторонним зубчатым ремнем, а другая ременная передача выполнена с двусторонним зубчатым ремнем и с блоком вспомогательных шкивов, обеспечивающих противоположное направление вращения одного ведомого вала относительно другого. Данное решение по своей сущности является наиболее близким прототипом.Also known belt gear helicopter coaxial circuit [RF patent for invention №2658745], comprising a housing configured to drive rotation in opposite directions of the vertical coaxial hollow driven shafts from one drive shaft. The drive and driven shafts are made with pulleys fixed on them, and the pulleys of the driven shafts are located at different heights, while the drive is provided by two belt gears, one of which is made with a one-sided toothed belt, and the other belt gear is made with a double-sided toothed belt and block auxiliary pulleys, providing the opposite direction of rotation of one of the driven shaft relative to another. This solution is in its essence the closest prototype.

К недостаткам такого решения можно отнести невозможность регулирования передаточного числа редуктора.The disadvantages of this solution include the inability to control the gear ratio of the gearbox.

Раскрытие полезной модели. Из уровня техники известны различные варианты механических редукторов, позволяющие передавать вращательное усилие между двумя или более валами. Назначение этих редукторов состоит в согласовании моментов на входном (ведущем) и выходном (ведомом) валах, с ведомого вала его крутящее усилие поступает на исполнительный механизм. Такое построение механического редуктора базируется на соотношении длин окружностей шкивов, установленных на входном и выходном валах. В качестве средства передачи механического усилия от одного шкива к другому шкиву выступает ремень, выполняемый гибким в виде кольца, что позволяет ему обтягивать в натяг шкивы.Disclosure of the utility model. From the prior art various versions of mechanical gearboxes are known, allowing rotational force to be transmitted between two or more shafts. The purpose of these gearboxes is to coordinate the moments on the input (driving) and output (driven) shafts, and the torque from the output shaft goes to the actuator. Such a construction of a mechanical gearbox is based on the ratio of the lengths of the circles of the pulleys installed on the input and output shafts. As a means of transmitting mechanical force from one pulley to another pulley, there is a belt, which is made flexible in the form of a ring, which allows it to pull the pulleys into tension.

К недостаткам таких решений является необходимость натяга ремня, который теряет эластичность и усилие обжатия шкивов в процессе работы. Это требует обеспечения компенсации растягивания ремня.The disadvantages of such solutions is the need for belt tension, which loses elasticity and the force of compression of the pulleys in the process. This requires compensation for belt stretching.

На фигуре 1 представлена схема редуктора с ременной передачей, представляющая собой известный из уровня техники простейший вариант изменения передаточного числа. В таких устройствах два цилиндрических шкива располагаются раздельно друг от друга на некотором расстоянии. При этом в качестве передачи механического вращательного движения выступает гибкий ремень, который служит для переноса момента вращения. В таком случае, соотношение диаметров шкивов определяет пропорцию скорости вращения ведущего и ведомого валов механического редуктора.The figure 1 presents the scheme of the gear with a belt drive, which is known from the prior art, the simplest option to change the gear ratio. In such devices, two cylindrical pulleys are located separately from each other at some distance. In this case, a flexible belt, which serves to transfer the torque, serves as a transmission of mechanical rotational motion. In this case, the ratio of the diameters of the pulleys determines the proportion of the speed of rotation of the drive and driven shafts of the mechanical gearbox.

Подобные решения имеют ряд недостатков, в том числе при работе происходит растягивание гибкого ремня, и последующее проскальзывание при больших усилиях на валу. Для этого из уровня техники известны решения, направленные на улучшение контакта ремня и шкива, в том числе всевозможные системы подпружиненных шкивов для создания постоянного усилия для выборки избытка длины гибкого ремня.Such solutions have a number of drawbacks, including at work the stretching of the flexible belt occurs, and the subsequent slippage with great effort on the shaft. For this, prior art solutions are known to improve the contact of the belt and pulley, including various systems of spring-loaded pulleys to create a constant effort to sample the excess length of the flexible belt.

Гибкий ремень в таких решениях выполняется, как правило, из резины и устанавливается на шкивах в натяг.The flexible belt in such decisions is, as a rule, made of rubber and installed on pulleys in tension.

В редукторах, подобных изображенным на фигуре 1, возможны разные коэффициенты передачи вращательного движения (передаточные числа). В общем случае, передача вращательного движения будет пропорциональна соотношению диаметров двух шкивов между собой. При этом будет происходить преобразование значения момента силы на ведомом (выходном) валу в зависимости от соотношения диаметров шкивов.In gearboxes, similar to those depicted in figure 1, different transmission ratios of the rotational motion (gear ratios) are possible. In general, the transmission of rotational motion will be proportional to the ratio of the diameters of the two pulleys among themselves. In this case, the value of the moment of force on the driven (output) shaft will be converted depending on the ratio of the diameters of the pulleys.

Возможно как увеличение скорости вращения ведомого (выходного) вала, так и понижение скорости его вращения - в соотношении размеров двух шкивов. Преобразование скорости сопровождается изменением момента на валу - таким образом, происходит механическое преобразование не только скорости, но и усилия, при постоянной мощности на валу.Perhaps as an increase in the speed of rotation of the driven (output) shaft, and a decrease in the speed of its rotation - in the ratio of the sizes of the two pulleys. The conversion of speed is accompanied by a change in the torque on the shaft - thus, a mechanical transformation occurs not only of speed, but also of effort, with constant power on the shaft.

В ряде практических приложений требуется плавное регулирование скорости вращений ведомого (выходного) вала механического редуктора -примерами таких приложений могут быть различные электроприводы механизмов, а также вариаторы транспортных средств.In a number of practical applications, smooth control of the rotational speed of the driven (output) shaft of a mechanical gearbox is required - examples of such applications can be various electric drives of mechanisms, as well as vehicle variators.

Различные известные из уровня техники редукторы имеют либо одно фиксированное передаточное число, либо ограниченный ряд значений для ступеней преобразования скорости вращения. Такие решения реализуются в том числе на зубчатых колесах, что усложняет переключение скоростей и значения передаточного числа редуктора.Various gearboxes known in the art have either one fixed gear ratio or a limited number of values for the speed conversion stages. Such solutions are implemented including on gears, which complicates the switching speeds and gear ratio values.

Предлагаемое решение указанных недостатков. Принцип действия заявляемого решения становится очевиден из фигуры 2. На ней изображены два передаточных шкива в форме усеченного конуса. Рабочие (боковые) поверхности шкивов имеют одинаковый угол наклона относительно друг друга. Таким образом, как это видно из фигуры 2, будучи установленными в обратном друг к другу порядке, упомянутые шкивы полностью совпадают между собой рабочими поверхностями. При этом передаточное число в комбинации конических шкивов изменяется как в сторону увеличения или уменьшения - в зависимости от точки на продольных осях (показанных пунктирной линией), где снимется характеристика.The proposed solution to these shortcomings. The principle of the proposed solution becomes apparent from figure 2. It shows two transmission pulley in the shape of a truncated cone. Working (side) surface of the pulleys have the same angle of inclination relative to each other. Thus, as can be seen from Figure 2, being installed in the reverse order of each other, the said pulleys completely coincide with each other by the working surfaces. In this case, the gear ratio in the combination of tapered pulleys changes both upwards and downwards - depending on the point on the longitudinal axes (shown by the dotted line) where the characteristic is taken.

Однако, передача момента между коническими шкивами при касании их рабочих поверхностей непосредственно по всей длине продольных осей, невозможна. Это объясняется разными угловыми скоростями - а значит, и передаточными числами редукции. С одной крайней стороны шкивов будет действовать понижение передаточного числа, с другой стороны - будет повышение передаточного числа. В середине шкивов будет действовать равное передаточное число, когда скорость вращения ведущего и ведомого шкивов будут совпадать.However, the transfer of the moment between the conical pulleys when touching their working surfaces directly along the entire length of the longitudinal axes is impossible. This is due to different angular velocities - and hence the reduction gear ratios. On one extreme side of the pulleys, a reduction in the gear ratio will act, on the other hand, there will be an increase in the gear ratio. An equal gear ratio will act in the middle of the pulleys when the speed of rotation of the driving and driven pulleys will coincide.

По этой причине возможно снятие механического вращательного усилия только на ограниченном участке рабочей поверхности шкивов.For this reason, it is possible to remove the mechanical rotational force only on a limited portion of the working surface of the pulleys.

В качестве передачи механического усилия между ведущим и ведомым валами предлагается использовать передаточное кольцо, выполняемое в виде окружности из металла, покрытое изнутри и снаружи резиной для увеличения коэффициента сцепления с поверхностями шкивов (показано на фигуре 2 под номером 4). Благодаря этому становится возможным снятие вращательного усилия на локальном участке рабочих поверхностей шкивов. При перемещении передаточного кольца вдоль оси вращения шкивов, оно позволяет изменять передаточное соотношение между ведомым и ведущим валами механического редуктора.As a transfer of mechanical force between the drive and driven shafts, it is proposed to use a transfer ring, made in the form of a metal circle, covered inside and out with rubber to increase the coefficient of adhesion to the surfaces of the pulleys (shown in figure 2 under number 4). Due to this, it becomes possible to remove the rotational force on the local part of the working surfaces of the pulleys. When moving the transfer ring along the axis of rotation of the pulleys, it allows you to change the gear ratio between the driven and driving shafts of the mechanical gearbox.

Использование размещенных совместно шкивов конической формы во взаимно-обратном расположении обеспечивает постоянство угла наклона в зазоре между ними. Упомянутое выше передаточное кольцо выполняется с наклоном вовнутрь, имеющим тот же угол, что и наклон внутрь рабочих поверхностей конических шкивов, и благодаря возможности передвигаться вдоль оси вращения шкивов реализует изменение передаточного числа.The use of jointly placed conical pulleys in a reciprocal arrangement ensures the constancy of the angle of inclination in the gap between them. The above-mentioned transmission ring is inclined inward, having the same angle as the inward inclination of the working surfaces of the conical pulleys, and, thanks to the possibility of moving along the axis of rotation of the pulleys, it implements a change in the gear ratio.

Основным достигаемым результатом является повышение надежности редуктора, в сравнении с другими ременными передачами. Также возможно регулирование коэффициента передачи механического редуктора за счет перемещения передаточного кольца вдоль оси вращения.The main result achieved is to improve the reliability of the gearbox, in comparison with other belt drives. It is also possible to control the transmission coefficient of the mechanical gearbox by moving the transfer ring along the axis of rotation.

Опыт эксплуатации ременных вариаторов (например, при передаче скоростей в снегоходах) показывает ограниченную надежность ремней, выполняемых, как правило, из резины. Это приводит к скорому износу и разрыву ремня, часто непредсказуемо по длительности отработанного ими времени. Предлагаемое решение имеет стальное кольцо - имеющее один постоянный профиль и не подверженной деформации, в качестве средства передачи механического усилия между двумя шкивами. Это позволяет избежать старения и облегчить режим работы резинового покрытия в упомянутом передаточном кольце.The operating experience of belt variators (for example, when transmitting speeds in snowmobiles) shows the limited reliability of belts performed, as a rule, from rubber. This leads to rapid wear and tear of the belt, often unpredictably due to the length of time they have worked. The proposed solution has a steel ring - having one constant profile and not subject to deformation, as a means of transmitting the mechanical force between two pulleys. This makes it possible to avoid aging and to facilitate the operation of the rubber coating in said transfer ring.

На фигуре 3 показан поперечный разрез предлагаемого механического редуктора, где видно, что передаточное кольцо охватывает один из шкивов, который оказывается расположенным внутри него. Это позволило сократить объем пространства, необходимый для реализации предлагаемого решения. Диаметр упомянутого передаточного кольца должен превышать наибольший диаметр конического шкива, однако степень превышения может быть мала. Это позволяет сократить размеры предлагаемого механического редуктора. Все описанные особенности предлагаемого механического редуктора позволяют повысить надежность работы средства передачи механического вращения (передаточного кольца), и обеспечить возможность плавного регулирования передаточного числа от минимального до максимального значения - с проходом через участок равенства угловых скоростей (то есть равенство 1 передаточного числа).The figure 3 shows a cross-section of the proposed mechanical gearbox, where it can be seen that the transfer ring covers one of the pulleys, which is located inside it. This has reduced the amount of space required for the implementation of the proposed solution. The diameter of the said transfer ring must exceed the largest diameter of the conical pulley, however, the degree of excess may be small. This allows you to reduce the size of the proposed mechanical gearbox. All the described features of the proposed mechanical gearbox can improve the reliability of the transmission of mechanical rotation (transmission ring), and ensure the smooth control of the gear ratio from minimum to maximum value - with passing through the section of equality of angular velocities (i.e. equality of 1 gear ratio).

Следовательно, поставленные перед данным заявляемым решением технические задачи достигнуты.Therefore, the technical tasks assigned to this claimed solution are achieved.

Представленное решение является простым и потому практически применимым - позволяя достичь улучшения технических характеристик. Замена резинового ремня на металлическое передаточное кольцо позволило гарантировать надежность и долговечность, а округлая форма упомянутого передаточного кольца облегчает режим работы резинового покрытия его рабочих наружных и внутренних поверхностей.The presented solution is simple and therefore practically applicable - allowing you to achieve improved technical performance. Replacing the rubber belt with a metal transfer ring made it possible to guarantee reliability and durability, and the rounded shape of the said transfer ring facilitates the operation of the rubber coating of its working external and internal surfaces.

В предлагаемом решении предлагается следующий путь решения поставленных задач - а именно, замена резинового гибкого ремня на круглое стальное кольцо с резиновыми покрытиями, а также работа на различных участках поверхности шкивов - что позволило регулировать соотношение угловых скоростей и общее передаточное число редуктора. Конструкция предлагаемого решения является простой и легко реализуемой, что дает возможность широко применять ее в промышленности.The proposed solution proposes the following way to solve the tasks posed - namely, the replacement of a rubber flexible belt with a round steel ring with rubber coatings, as well as work on different parts of the surface of the pulleys - which made it possible to adjust the ratio of angular velocities and the total gear ratio of the gearbox. The design of the proposed solution is simple and easy to implement, which makes it possible to widely apply it in industry.

Предлагаемое техническое решение является новым, имеющим следующие принципиальные отличия от прототипа:The proposed solution is new, having the following fundamental differences from the prototype:

- два шкива выполняются в виде одинаковых усеченных конусов;- two pulleys are made in the form of identical truncated cones;

- шкивы устанавливаются во взаимно обратном расположении, так что большему диаметру одного шкива соответствует меньший диаметр другого шкива;- pulleys are installed in a reciprocal arrangement, so that the larger diameter of one pulley corresponds to the smaller diameter of the other pulley;

- для передачи вращательного усилия используют передаточное кольцо, имеющее прорезиненные поверхности внутри и снаружи;- to transfer the rotational force using a transfer ring having rubberized surfaces inside and outside;

- передаточное кольцо имеет наклон вовнутрь, равный углу наклона рабочих поверхностей шкивов.- the transmission ring has an inclination inward, equal to the angle of inclination of the working surfaces of the pulleys.

Таким образом, совокупность существенных признаков полезной модели приводит к новому техническому результату - возможности плавного регулирования передаточного числа редуктора и повышению надежности его работы. Вся совокупность отличительных признаков решения неизвестна из уровня техники.Thus, the set of essential features of the utility model leads to a new technical result - the possibility of smooth control of the gear ratio of the gearbox and increase the reliability of its work. The entire set of distinctive features of the solution is unknown in the art.

Краткое описание чертежей. На фигуре 1 изображена схема ременного редуктора. Здесь 1 - шкив, 2 - ремень. На фигуре 2 изображено сечение предлагаемого механического редуктора в плоскости продольных осей валов. Здесь 3 - конический шкив, 4 - передаточное кольцо. На фигуре 3 изображено сечение предлагаемого механического редуктора в поперечной к осям валов плоскости. Здесь 3 - конический шкив, 4 - передаточное кольцо.Brief description of the drawings. The figure 1 shows the scheme of the belt gear. Here 1 is a pulley, 2 is a belt. The figure 2 shows the cross section of the proposed mechanical gearbox in the plane of the longitudinal axes of the shafts. Here 3 is a conical pulley, 4 is a transmission ring. The figure 3 shows the cross section of the proposed mechanical gearbox transverse to the axes of the shafts of the plane. Here 3 is a conical pulley, 4 is a transmission ring.

Claims

A mechanical gearbox containing two pulleys, one of which is leading, the other driven, characterized in that said pulleys have a conical shape in longitudinal section to the axis of rotation and are mutually inverse, so that the larger diameter of one pulley corresponds to the smaller diameter of the other, one of the pulleys is installed inside a transfer ring having a diameter greater than the diameter of the pulley and made with the inclination of the walls inward, which coincides in angle with the angle of inclination of the working surfaces of the pulleys, moreover, the referred to The end ring is fitted with a rubber coating inside and out.