RU2338105C1 - Curved-tooth gear engagement (versions) and planetary transmission incorporating it - Google Patents

Curved-tooth gear engagement (versions) and planetary transmission incorporating it Download PDF

Info

Publication number
RU2338105C1
RU2338105C1 RU2007125891/11A RU2007125891A RU2338105C1 RU 2338105 C1 RU2338105 C1 RU 2338105C1 RU 2007125891/11 A RU2007125891/11 A RU 2007125891/11A RU 2007125891 A RU2007125891 A RU 2007125891A RU 2338105 C1 RU2338105 C1 RU 2338105C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wheels
gear
gearing
wheel
engagement
Prior art date
Application number
RU2007125891/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Владимирович Становской (RU)
Виктор Владимирович Становской
вичюс Сергей Матвеевич Казак (RU)
Сергей Матвеевич Казакявичюс
Тать на Андреевна Ремнева (RU)
Татьяна Андреевна Ремнева
Владимир Михайлович Кузнецов (RU)
Владимир Михайлович Кузнецов
Original Assignee
Виктор Владимирович Становской
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Виктор Владимирович Становской filed Critical Виктор Владимирович Становской
Priority to RU2007125891/11A priority Critical patent/RU2338105C1/en
Priority to EP08794017A priority patent/EP2177788B1/en
Priority to EA200901568A priority patent/EA015293B1/en
Priority to PCT/RU2008/000366 priority patent/WO2009008767A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2338105C1 publication Critical patent/RU2338105C1/en
Priority to US12/644,190 priority patent/US8157691B2/en

Links

Images

Landscapes

  • Retarders (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: invention is designed to be used in the development of small-size mechanical rotary motion transfer high-gear-ratio mechanisms. In curved-tooth gear engagement, smaller gear (16) features one tooth with circumference shape (3) in face section shifted relative to axis (OO1) of gear (16). The curved spiral tooth of gear (16) is formed by consecutive shift of circumference (3) along axis (OO1) and continuous rotation of the said circumference about the axis. Larger gear (17) feature spiral teeth are formed by turning the cycloid curve (5) to match the spiral surface of gear (16). The engagement features a continuous line of contact along the tooth entire length wherein the circular cog and cycloid get engaged in every section with minimum friction losses. For axial loads to be eliminated, gears (16, 17) are made herringbone.
EFFECT: higher-strength engagement, higher gear ratio with smaller sizes.
12 cl, 15 dwg

Description

Изобретение относится к механическим передачам для сообщения вращательного движения, использующим зубчатое зацепление колес, и может найти применение в цилиндрических, конических или планетарных редукторах с высокой нагрузочной способностью.The invention relates to mechanical gears for communicating rotational motion using gearing of wheels, and may find application in cylindrical, bevel or planetary gearboxes with high load capacity.

Широко применяемое эвольвентное зацепление колес при всех его достоинствах обладает и рядом недостатков, таких как недостаточная несущая способность зубьев из-за малой кривизны рабочих поверхностей, сравнительно высокие потери, связанные с наличием трения скольжения (см. Батурин А.Т., Ицкович Г.М. и др. Детали машин. М., Машиностроение, 1970, с.264). Кроме того, эвольвентное зацепление имеет ограничения по величине передаточного отношения для одной ступени. На практике передаточное отношение одноступенчатого редуктора редко превышает 7. Все эти недостатки обуславливают поиск новых видов зацеплений.The widely used involute gearing of the wheels, with all its advantages, also has a number of disadvantages, such as insufficient bearing capacity of the teeth due to the small curvature of the working surfaces, relatively high losses associated with the presence of sliding friction (see Baturin A.T., Itskovich G.M. . and other details of machines. M., Mechanical Engineering, 1970, p. 264). In addition, involute gearing has limitations on the magnitude of the gear ratio for one stage. In practice, the gear ratio of a single-stage gearbox rarely exceeds 7. All these disadvantages determine the search for new types of gears.

Известно зацепление Новикова (см. там же), в котором линейный контакт зубьев заменен точечным, а торцовое пересопряжение - осевым. Это зацепление имеет выпукло-вогнутые винтовые зубья с противоположным направлением винтовой линии и с начальным касанием в точке, которая при вращении перемещается параллельно оси колес. Профили в торцовом сечении очерчиваются дугами окружностей и имеют кривизну разных знаков. В зацеплении Новикова преобладает качение, поэтому оно имеет более высокий КПД и обладает большей контактной прочностью при тех же основных размерах, чем эвольвентное зацепление. Однако они обладают повышенной чувствительностью к изменению межосевого расстояния колес, высокой виброакустической активностью, низкой конструктивной гибкостью, что ограничивает область практического использования зацепления (см. Журавлев Г.А. Ошибочность физических основ зацепления Новикова как причина ограниченности его применения // Редукторы и приводы 2006. - №1(04). - С.38-45).The Novikov engagement is known (see ibid.), In which the linear contact of the teeth is replaced by point contact, and the end interlocking is replaced by axial. This engagement has convex-concave helical teeth with an opposite direction of the helical line and with an initial touch at a point that, when rotated, moves parallel to the axis of the wheels. Profiles in the end section are outlined by arcs of circles and have a curvature of different signs. In the Novikov gearing, rolling prevails, therefore, it has a higher efficiency and has greater contact strength with the same basic dimensions than involute gearing. However, they have increased sensitivity to changes in the center distance of the wheels, high vibroacoustic activity, low structural flexibility, which limits the practical use of gearing (see Zhuravlev G.A. Erroneousness of the physical basis of Novikov gearing as a reason for its limited use // Gearboxes and Drives 2006. - No. 1 (04). - S.38-45).

Эвольвентное косозубое зацепление (SU 1060835, US 3,247,736) с уменьшенным числом зубьев меньшего колеса - шестерни позволяет повысить передаточное отношение при одних и тех же межосевых расстояниях. В частности шестерня может быть выполнена с одним зубом, имеющим в нормальном сечении эвольвентный профиль, а передаточное отношение будет равно числу зубьев большего колеса. В этом зацеплении, как и в обычном эвольвентном, преобладает трение скольжения, снижающее КПД. Кроме того, изготовление шестерни с одним зубом эвольвентного профиля имеет технологические трудности, а наличие в профиле зуба точек перегиба, являющихся концентраторами напряжений, снижает прочность и нагрузочную способность зацепления.Involute helical gearing (SU 1060835, US 3,247,736) with a reduced number of teeth of a smaller wheel - gear allows you to increase the gear ratio at the same center distance. In particular, the gear can be made with one tooth having an involute profile in a normal section, and the gear ratio will be equal to the number of teeth of the larger wheel. In this gearing, as in the usual involute, sliding friction prevails, which reduces the efficiency. In addition, the manufacture of gears with one involute profile tooth has technological difficulties, and the presence of inflection points in the tooth profile, which are stress concentrators, reduces the strength and load bearing ability.

Известно также зубчатое зацепление косозубых колес (SU 163 857), в котором шестерня выполнена как однозаходный червяк, а боковая поверхность зуба другого колеса образована винтовым движением участка винтовой линии вершины зуба этого червяка. Оба колеса имеют одинаковое направление винтовых зубьев. Авторы утверждают, что такое зацепление может обеспечивать как попутное, так и противоположное вращение колес. При таком способе получения профилей возможна ситуация с возникновением интерференции зубьев. Кроме того, зубья колеса контактируют не с боковой поверхностью зубьев шестерни, а с их вершиной, что ухудшает прочностные свойства зацепления.Also known is gearing of helical gears (SU 163 857), in which the gear is made as a single-entry worm, and the side surface of the tooth of another wheel is formed by the helical movement of the helical portion of the tooth tip of this worm. Both wheels have the same direction of helical teeth. The authors argue that such engagement can provide both passing and opposite rotation of the wheels. With this method of obtaining profiles, a situation with the occurrence of tooth interference is possible. In addition, the teeth of the wheel are not in contact with the lateral surface of the gear teeth, but with their top, which impairs the strength properties of the gearing.

Последний недостаток устраняет зубчатое зацепление (RU 2109187), в котором профиль зуба колеса выполнен по огибающей семейства кривых, которые описывают профили торцового сечения зуба шестерни при относительном вращении колес, и углы наклона зубьев обоих колес имеют одинаковое направление. Такое зацепление обеспечивает попутное вращение колес при внешнем зацеплении. Основной недостаток заключается в том, что зацепление имеет малое плечо действия силы, передающей момент вращения, что ограничивает возможности в передаче высоких моментов.The latter drawback is eliminated by gearing (RU 2109187), in which the tooth profile of the wheel is made along the envelope of a family of curves that describe the profiles of the mechanical section of the gear tooth with relative rotation of the wheels, and the tilt angles of the teeth of both wheels have the same direction. Such gearing provides for the associated rotation of the wheels with external gearing. The main disadvantage is that the engagement has a small shoulder action of the force transmitting the torque, which limits the possibility of transmitting high moments.

Известна также червячная передача (SU 142 0273), которая может работать как передача с параллельными осями. Малое колесо - шестерня этого зацепления выполнено в виде круглого стержня, изогнутого по винтовой линии, равноотстоящей от оси вращения шестерни. Большое колесо имеет винтовые зубья, впадины которых образованы дугами окружностей радиуса, отличающегося от радиуса стержня на небольшую величину (примерно на 12%). Осевой шаг шестерни равен отношению осевого шага зубьев колеса к передаточному числу. Указанное зацепление выбираем за прототип для первого варианта передачи. В этом зацеплении шестерня в торцовом сечении имеет профиль в форме эллипса, больший диаметр которого зависит от угла наклона винтовой линии к оси, и для углов в диапазоне 10-30 градусов меняется в пределах от 1,015 до 1,15 диаметра стержня. В результате в любом торцовом сечении колес взаимодействует зуб в форме эллипса с вогнутыми зубьями в форме дуги окружности, радиус которой близок к большему диаметру эллипса. В таком взаимодействии эллиптический зуб шестерни периодически выходит из контакта с поверхностью зуба колеса, а точка контакта перемещается по впадине зуба колеса неравномерно, образуя повышенную плотность контакта в области границы впадины, которая и так является концентратором напряжений. Все это резко снижает прочность головки зуба колеса, а также делает работу зацепления подверженной шуму и биениям. Кроме того, перемещение эллиптического профиля по круговому сопровождается большим проскальзыванием, и в зацеплении существенную роль играет трение скольжения.A worm gear (SU 142 0273) is also known, which can operate as a gear with parallel axes. The small wheel - the gear of this mesh is made in the form of a round rod bent along a helical line equally spaced from the axis of rotation of the gear. The large wheel has helical teeth, the hollows of which are formed by arcs of circles of radius that differs from the radius of the rod by a small amount (about 12%). The axial pitch of the gear is equal to the ratio of the axial pitch of the teeth of the wheel to the gear ratio. The specified gearing is selected as a prototype for the first transmission option. In this engagement, the gear in the end section has an elliptical profile, the larger diameter of which depends on the angle of inclination of the helix to the axis, and for angles in the range of 10-30 degrees it varies from 1.015 to 1.15 of the diameter of the shaft. As a result, a tooth in the form of an ellipse interacts with concave teeth in the form of an arc of a circle, the radius of which is close to the larger diameter of the ellipse, in any end section of the wheels. In this interaction, the elliptical gear tooth periodically comes out of contact with the surface of the tooth of the wheel, and the contact point moves unevenly along the cavity of the tooth of the wheel, forming an increased contact density in the area of the boundary of the cavity, which is already a stress concentrator. All this dramatically reduces the strength of the tooth head of the wheel, and also makes the gearing subject to noise and beating. In addition, the movement of the elliptical profile in a circular pattern is accompanied by large slippage, and sliding friction plays a significant role in engagement.

Известно зацепление составных колес, как, например, в SU 911069, выбранное в качестве прототипа для второго варианта изобретения. Составное колесо представляет собой пакет жестко скрепленных между собой, по меньшей мере, трех зубчатых венцов, торцовые профили которых повернуты друг относительно друга на равные углы с шагом, равным угловому шагу колеса, деленному на число венцов в колесе. Свойства такого зацепления аналогичны свойствам косозубого зацепления зубьев соответствующего профиля.Known gearing of composite wheels, as, for example, in SU 911069, selected as a prototype for the second variant of the invention. The composite wheel is a package of at least three gear rims rigidly fastened to each other, the end profiles of which are rotated relative to each other at equal angles with a step equal to the angular pitch of the wheel divided by the number of rims in the wheel. The properties of such meshing are similar to the properties of helical gearing of teeth of the corresponding profile.

Таким образом, задачей изобретения является создание надежного зацепления колес, обладающего повышенной прочностью и позволяющего получать высокие передаточные отношения в сравнительно небольших габаритах.Thus, the object of the invention is to provide a reliable gearing of wheels having increased strength and allowing to obtain high gear ratios in a relatively small size.

Техническим результатом изобретения является получение в зацеплении непрерывного контакта по всей длине зуба с минимальным трением скольжения.The technical result of the invention is to obtain a meshing continuous contact along the entire length of the tooth with minimal sliding friction.

Для достижения указанного технического результата в зацеплении колес с криволинейными зубьями, как и в прототипе, меньшее из колес - шестерня - имеет один зуб. В отличие от прототипа зубчатый профиль этого колеса образован последовательным и непрерывным поворотом торцовых сечений колеса, представляющих собой окружность, относительно эксцентрично смещенной оси, образуя винтовую поверхность. Большее колесо имеет винтовые зубья с циклоидальным профилем в торцовом сечении, сопряженные с винтовой поверхностью шестерни. Это означает, что криволинейная поверхность зубьев образуется аналогично поверхности зуба шестерни последовательным и непрерывным поворотом циклоидальных торцовых сечений колеса вокруг оси колеса.To achieve the specified technical result in the engagement of the wheels with curved teeth, as in the prototype, the smaller of the wheels - gear - has one tooth. In contrast to the prototype, the gear profile of this wheel is formed by sequential and continuous rotation of the end sections of the wheel, representing a circle relative to an eccentrically offset axis, forming a helical surface. The larger wheel has helical teeth with a cycloidal profile in the end section, paired with the helical surface of the gear. This means that the curved surface of the teeth is formed similarly to the surface of the gear tooth by sequential and continuous rotation of the cycloidal end sections of the wheel around the axis of the wheel.

Для равномерности вращения угол осевого перекрытия шестерни должен быть больше 180 градусов.For uniform rotation, the angle of axial overlap of the gear should be greater than 180 degrees.

Указанное зацепление может быть реализовано в зацеплениях различных типов (внешнее и внутреннее), для колес различной формы (цилиндрические и конические), а также для различных схем передач, включая планетарные передачи.The specified gearing can be implemented in gears of various types (external and internal), for wheels of various shapes (cylindrical and bevel), as well as for various transmission schemes, including planetary gears.

Для цилиндрических колес внешнего зацепления оба колеса выполнены цилиндрическими с параллельными осями. Большее колесо выполнено с внешним зубчатым профилем, имеющим в торцовом сечении форму эквидистанты эпициклоиды. Торцовое сечение цилиндрических колес совпадает с их поперечным сечением. Таким образом, зубчатый профиль шестерни может быть получен последовательным и непрерывным поворотом всех поперечных сечений цилиндрического стержня относительно эксцентрично смещенной оси. В результате любое сечение шестерни плоскостью, перпендикулярной ее оси, будет представлять собой окружность, а не эллипс, как в прототипе. Это является принципиальным отличием формы шестерни от прототипа.For cylindrical wheels of external gearing, both wheels are cylindrical with parallel axles. The larger wheel is made with an external gear profile having an epicycloid equidistant in the end section. The end section of the cylindrical wheels coincides with their cross section. Thus, the gear profile of the gear can be obtained by sequential and continuous rotation of all the cross sections of the cylindrical rod relative to the eccentrically offset axis. As a result, any section of the gear with a plane perpendicular to its axis will be a circle, not an ellipse, as in the prototype. This is a fundamental difference between the shape of the gear and the prototype.

Для внутреннего цилиндрического зацепления оба колеса также выполнены цилиндрическими и с параллельными осями. Профиль большего колеса выполнен внутренним и в торцовом сечении имеет форму эквидистанты гипоциклоиды.For internal cylindrical gearing, both wheels are also cylindrical and with parallel axles. The profile of the larger wheel is made internal and in the end section has the form of an equidistant hypocycloid.

Зацепление может быть применимо и для колес конической формы. В этом случае шестерня будет образована последовательным и непрерывным поворотом торцовых сечений конуса относительно эксцентрично смещенной оси. И любое сечение такой поверхности плоскостью, перпендикулярной оси конуса, будет также являться окружностью. Большее колесо будет иметь в торцовом сечении циклоидальный профиль. Для конического колеса торцовое сечение - это сечение конической поверхностью, перпендикулярной боковой поверхности колеса (дополнительным конусом).The gearing can also be applied to conical wheels. In this case, the gear will be formed by sequential and continuous rotation of the end sections of the cone relative to the eccentrically offset axis. And any section of such a surface by a plane perpendicular to the axis of the cone will also be a circle. The larger wheel will have a cycloidal profile in the end section. For a conical wheel, an end section is a section with a conical surface perpendicular to the side surface of the wheel (additional cone).

Поскольку предлагаемое зацепление имеет винтовые зубья, то в зацеплении присутствуют осевые составляющие сил. Для уравновешивания этих составляющих, колеса целесообразно выполнить шевронными, т.е. с участками с разным направлением винтовых зубьев.Since the proposed meshing has helical teeth, axial components of the forces are present in the meshing. To balance these components, it is advisable to make the wheels chevron, i.e. with areas with different directions of helical teeth.

Во втором варианте тот же принцип зацепления реализуется не в виде непрерывного зацепления винтовых зубьев, а в виде зацепления составных колес, как, например, в SU 911069. Каждое составное колесо представляет собой пакет жестко скрепленных между собой, по меньшей мере, трех зубчатых венцов, торцовые профили которых повернуты друг относительно друга на равные углы с шагом, равным угловому шагу колоеса, деленному на число венцов в колесе. В отличие от известного зацепления зубчатый профиль каждого венца шестерни в торцовом сечении очерчен эксцентрично смещенной относительно оси колеса окружностью, а зубчатый профиль венцов большего колеса в торцовом сечении очерчен циклоидальной линией. Здесь линия контакта составных колес будет ступенчатой и кусочно-непрерывной.In the second embodiment, the same gearing principle is realized not in the form of continuous gearing of helical teeth, but in the form of gearing of composite wheels, as, for example, in SU 911069. Each composite wheel is a package of at least three gear rims rigidly fastened together, end profiles which are rotated relative to each other at equal angles with a step equal to the angular step of the wheel divided by the number of rims in the wheel. In contrast to the known engagement, the gear profile of each gear ring in the end section is outlined by a circle eccentrically offset relative to the axis of the wheel, and the gear profile of the rims of the larger wheel in the end section is outlined by a cycloidal line. Here, the contact line of the composite wheels will be stepped and piecewise continuous.

Такое зацепление составных колес может быть также реализовано для цилиндрических колес внутреннего и внешнего зацепления и для конических колес.Such engagement of the composite wheels can also be implemented for cylindrical wheels of internal and external engagement and for bevel wheels.

Кроме простых передач на основе обоих вариантов предлагаемого зацепления возможно создание планетарной передачи, которая отличается от аналогичной планетарной передачи с эвольвентным зацеплением многократно увеличенной нагрузочной способностью при тех же габаритах. Планетарная передача содержит водило с сателлитами, находящимися в одновременном зацеплении с двумя центральными колесами внутреннего и внешнего зацеплений. В отличие от обычной планетарной передачи сателлиты выполнены в виде малых колес вышеописанного зацепления, а центральные колеса - в виде больших колес этого зацепления, причем числа зубьев центральных колес отличаются от числа, кратного числу сателлитов, на единицу, и угол осевого перекрытия каждого сателлита превышает 180/n градусов, где n - число сателлитов.In addition to simple gears, on the basis of both variants of the proposed gearing, it is possible to create a planetary gear that differs from a similar planetary gear with involute gearing with a significantly increased load capacity with the same dimensions. The planetary gear contains a carrier with satellites, which are simultaneously engaged with two central wheels of internal and external gears. Unlike conventional planetary gears, the satellites are made in the form of small wheels of the above-described gearing, and the central wheels are made in the form of large wheels of this gearing, and the number of teeth of the central wheels differs from the unit multiple of the number of satellites by one, and the angle of axial overlap of each satellite exceeds 180 / n degrees, where n is the number of satellites.

В другом варианте планетарной передачи все колеса выполнены составными, и сателлиты выполнены также в виде малых составных колес второго варианта зацепления. Числа зубьев венцов центральных колес подчиняется той же зависимости, что и в предыдущем варианте планетарной передачи, а именно отличаются от числа, кратного числу сателлитов, на единицуIn another embodiment of the planetary gear, all wheels are made integral, and the satellites are also made in the form of small composite wheels of the second gearing variant. The number of teeths of the rims of the central wheels obeys the same dependence as in the previous version of the planetary gear, namely, they differ from the number multiple of the number of satellites by one

Изобретение иллюстрируется графическими материалами. На фиг.1 представлен общий вид внешнего зацепления цилиндрических колес с параллельными осями, на фиг.2 - то же зацепление, вид спереди. Фиг.3 иллюстрирует формирование зубчатой поверхности меньшего колеса - шестерни. На фиг.4 дано сечение зацепления плоскостью, перпендикулярной осям колес, а на фиг.5 - фрагмент зацепления, выполненный методом компьютерного моделирования. Внешний вид внутреннего зацепления цилиндрических колес с параллельными осями показан на фиг.6. Фиг.7-9 иллюстрируют предлагаемое зацепление в случае конических колес. На фиг.7 представлено общий вид зацепления конических колес с пересекающимися осями, на фиг.8 показано отдельно малое колесо этого зацепления - коническая шестерня, а на фиг.9 дано осевое сечение зацепления. На фиг.10 показано зацепление шевронных цилиндрических колес. На фиг.11 и 12 показаны общие виды зацепления составных цилиндрических колес внешнего и внутреннего зацепления с параллельными осями, а на фиг.13 - зацепления составных конических колес с пересекающимися осями. На фиг.14 показан внешний вид планетарной передачи на основе нового зацепления с сателлитами, выполненными в виде шестерни предлагаемого зацепления. Фиг.15 иллюстрирует возможность построения планетарной передачи с составными колесами.The invention is illustrated in graphic materials. Figure 1 presents a General view of the external gearing of cylindrical wheels with parallel axles, figure 2 is the same gearing, front view. Figure 3 illustrates the formation of the gear surface of the smaller gear wheels. Figure 4 shows a section of the engagement with a plane perpendicular to the axles of the wheels, and figure 5 is a fragment of the engagement made by computer simulation. The appearance of the internal gearing of cylindrical wheels with parallel axles is shown in Fig.6. 7-9 illustrate the proposed engagement in the case of bevel wheels. In Fig.7 presents a General view of the engagement of bevel wheels with intersecting axes, Fig.8 shows separately a small wheel of this engagement - a bevel gear, and Fig.9 shows the axial section of the engagement. Figure 10 shows the engagement of the chevron cylindrical wheels. Figures 11 and 12 show general views of the engagement of the composite cylindrical wheels of external and internal engagement with parallel axes, and Fig. 13 shows the engagement of the compound bevel wheels with intersecting axes. On Fig shows the appearance of a planetary gear based on a new gearing with satellites made in the form of gears of the proposed gearing. 15 illustrates the possibility of constructing a planetary gear with composite wheels.

На фиг.1 оба колеса в зацеплении цилиндрические, меньшее колесо - шестерня 1 - выполнена с одним криволинейным зубом. Торцовое сечение 2 шестерни 1 представляет собой окружность 3, эксцентрично смещенную относительно оси колеса OO1. Поверхность зуба шестерни образована непрерывным смещением окружности 3 вдоль оси OO1 и ее одновременным поворотом вокруг этой оси. Или, что то же самое, поверхность зуба шестерни образована непрерывным поворотом последовательных торцовых сечений колеса 1 вокруг оси OO1. На фиг.2 и 3 окружности отдельных образующих сечений колеса 1, повернутые друг относительно друга на 45 градусов, обозначены как 3', 3'', 3'''. Внешне форма шестерни напоминает червяка, поэтому в дальнейшем условимся называть шестерню этого зацепления «червячком». Профиль зуба большего цилиндрического колеса 4 в торцовом сечении имеет форму циклоидальной кривой 5. Циклоидальная кривая в данном описании понимается в самом широком смысле слова, это эквидистанты эпи- и гипоциклоиды. В частности для колеса 4 с внешними зубьями на фиг.1 кривая 5 является эквидистантой эпициклоиды. Линия вершин 6 циклоидальных зубьев имеет винтовую форму, т.е. зубья колеса 4 образуются последовательным смещением и одновременным поворотом циклоидальной кривой 5 вдоль оси СС1 колеса 4. Отдельные циклоидальные кривые в сечениях колеса 4, повернутые друг относительно друга вокруг оси СС1 на 45/9=5 градусов, обозначены цифрами 5, 5', 5'' 5'''.In figure 1, both wheels are cylindrical meshing, the smaller wheel - gear 1 - is made with one curved tooth. The end section 2 of the gear 1 is a circle 3, eccentrically offset relative to the axis of the wheel OO1. The surface of the gear tooth is formed by the continuous displacement of the circle 3 along the axis OO1 and its simultaneous rotation around this axis. Or, what is the same, the surface of the gear tooth is formed by the continuous rotation of successive end sections of the wheel 1 around the axis OO1. In Fig.2 and 3, the circles of the individual generatrix sections of the wheel 1, rotated relative to each other by 45 degrees, are designated as 3 ', 3' ', 3' ''. Outwardly, the shape of the gear resembles a worm, therefore in the future we will agree to call the gear of this gearing a “worm.” The tooth profile of the larger cylindrical wheel 4 in the end section has the shape of a cycloidal curve 5. The cycloidal curve in this description is understood in the broadest sense of the word, it is the equidistant of epi- and hypocycloids. In particular, for wheel 4 with external teeth in FIG. 1, curve 5 is an equidistant of the epicycloid. The line of vertices 6 of the cycloidal teeth has a helical shape, i.e. the teeth of the wheel 4 are formed by sequential displacement and simultaneous rotation of the cycloidal curve 5 along the axis CC1 of the wheel 4. Individual cycloidal curves in the sections of the wheel 4, rotated relative to each other around the axis CC1 by 45/9 = 5 degrees, are indicated by the numbers 5, 5 ', 5' ' 5'''.

Как видно из схемы построения зубчатой поверхности «червячка» 1, последняя в любом своем торцовом сечении будет иметь окружность 3, а не эллипс, как это имеет место в прототипе. Эта окружность 3 в любом торцовом сечении имеет точку касания с циклоидальной кривой 5 большего колеса 4 (на фиг.1 и 2 точка касания профилей колес в передней фронтальной плоскости обозначена буквой А). На фиг.4 показано сечение зацепления плоскостью Р, перпендикулярной осям колес (см. фиг.1). В этой плоскости окружность 3'' сечения «червячка» повернута вокруг оси OO1 на 90 градусов относительно окружности 3 на торце колеса, а циклоидальная кривая 5'' повернута на угол 90/z градусов относительно циклоидальной кривой 5 на торце колеса, где z - число периодов циклоидальной кривой. То есть повороту окружности 3'' на четверть оборота соответствует поворот циклоидальной кривой 5'' на четверть ее углового шага. Окружность 3'' касается циклоидальной кривой 5'' в точке В. Таким образом, в каждом торцовом сечении окружность в сечении «червячка» 1 касается с циклоидальной кривой в сечении колеса 4, и винтовой зуб «червячка» 1 имеет одновременно множество точек контакта с винтовым циклоидальным зубом колеса 4. Эти точки образуют непрерывную винтовую линию контакта ABD. На фиг.5 показан фрагмент циклоидального зубчатого колеса 4 и линия AD контакта червячка с ним, выполненные методом компьютерного моделирования. Таким образом, зацепление можно рассматривать как совокупность множества зацеплений круговой цевки и циклоидальной кривой в различных фазах зацепления. Из теории зубчатых передач известно, что циклоидальное цевочное зацепление работает преимущественно с трением качения (см., например, БСЭ, статья «Зубчатая передача»), т.е. предлагаемое зацепление имеет малые потери на трение. Кроме того, зацепление зубьев круговой и циклоидальной формы имеет максимально возможные радиусы кривизны, что значительно увеличивает нагрузочную способность передачи. Высокое передаточное отношение в одной ступени, как и в прототипе, обеспечивается минимальным числом зубьев шестерни, равным 1.As can be seen from the diagram of the construction of the toothed surface of the "worm" 1, the latter in any of its end section will have a circle 3, and not an ellipse, as is the case in the prototype. This circle 3 in any end section has a tangent point with the cycloidal curve 5 of the larger wheel 4 (in Figs. 1 and 2, the tangent point of the wheel profiles in the front frontal plane is indicated by the letter A). In Fig.4 shows a cross section of gearing with a plane P perpendicular to the axles of the wheels (see Fig.1). In this plane, the circle 3 ’of the“ worm ”section is rotated around the axis OO1 by 90 degrees relative to the circle 3 on the wheel end, and the cycloidal curve 5 ″ is rotated 90 ° / z degrees relative to the cycloidal curve 5 on the wheel end, where z is the number periods of the cycloidal curve. That is, a rotation of the circle 3 ″ by a quarter of a turn corresponds to a rotation of the cycloidal curve 5 ″ by a quarter of its angular pitch. The circle 3 ″ touches the cycloidal curve 5 ″ at point B. Thus, in each end section, the circle in the section of the “worm” 1 touches the cycloid curve in the section of the wheel 4, and the helical tooth of the “worm” 1 has many contact points with helical cycloidal tooth wheels 4. These points form a continuous helical contact line ABD. Figure 5 shows a fragment of a cycloidal gear 4 and the line AD of the contact of the worm with him, made by computer simulation. Thus, a gearing can be considered as a combination of a set of gears of a circular pin and a cycloidal curve in different phases of gearing. From the theory of gears it is known that cycloidal pinion gearing works mainly with rolling friction (see, for example, TSB, article “Gear”), i.e. the proposed gearing has low friction losses. In addition, the engagement of the teeth of a circular and cycloidal shape has the maximum possible radii of curvature, which significantly increases the transmission load capacity. A high gear ratio in one step, as in the prototype, is ensured by a minimum number of gear teeth equal to 1.

В зацеплении на фиг.6 большее колесо 4 имеет внутренний зубчатый профиль 7, образованный смещением вдоль оси СС1 с одновременным поворотом циклоидальной кривой 8, представляющей собой эквидистанту гипоциклоиды. В результате образуется зубчатое колесо внутреннего зацепления, вершины зубьев которого образуют винтовую линию 9. «Червячок» 1 имеет ту же самую форму, образованную поворотом вокруг оси OO1 и смещением вдоль нее окружности 3, эксцентрично смещенной относительно оси OO1. Точка касания окружности 3 «червячка» 1 с гипоциклоидальной кривой 8 в передней фронтальной плоскости зацепления на фиг.6 обозначена буквой А, а в задней фронтальной плоскости - буквой D. «Червячок» 1 имеет непрерывный контакт с зубчатым профилем внутреннего зацепления 7 по линии AD.In the engagement in FIG. 6, the larger wheel 4 has an internal gear profile 7 formed by displacement along the CC1 axis with simultaneous rotation of the cycloidal curve 8, which is an equidistant of the hypocycloid. As a result, an internal gear is formed, the tops of the teeth of which form a helical line 9. The "worm" 1 has the same shape, formed by turning around the axis OO1 and shifting along it a circle 3 eccentrically offset relative to the axis OO1. The tangent point of the circle 3 of the "worm" 1 with the hypocycloidal curve 8 in the front frontal plane of engagement in Fig.6 is indicated by the letter A, and in the rear frontal plane by the letter D. The "worm" 1 has continuous contact with the gear profile of internal gearing 7 along the line AD .

Рассмотрим теперь зацепление конических колес на фиг.7. Малое колесо зацепления - шестерня 9 и большое колесо 10 имеют коническую форму и пересекающиеся оси OO1 и СС1. Шестерня 9, будем называть ее также «червячок», образована последовательным и непрерывным поворотом вокруг эксцентрично смещенной оси ОО1 окружностей 11 в торцовых сечениях 12 конуса, определяющего форму конического колеса. Фиг.8 иллюстрирует образование поверхности червячка. Цифрами 11', 11'', 11''' обозначены окружности в различных сечениях, повернутые относительно друг друга и относительно окружности 11 в передней фронтальной плоскости на 45 градусов. Как видно из рисунка, конический «червячок» 9 отличается от цилиндрического «червячка» 1 только уменьшающимися размерами окружностей в последовательных торцовых сечениях. Соответственно зубчатая поверхность 13 большего конического колеса 10 имеет в торцовых сечениях форму циклоидальной кривой 14 (см. фиг.9). Торцовые сечения конического колеса - это сечения его дополнительным конусом 15. Зубья колеса 10 имеют винтовую форму и образованы последовательным поворотом циклоидальных кривых 14 в его сечениях вокруг оси СС1 колеса. При таком построении поверхности конического «червячка» 9 и зубчатой поверхности 13 конического колеса 10 они в каждом торцовом сечении будут иметь точку контакта, причем в контакте будут находиться окружность и циклоидальная кривая, которые в зацеплении имеют минимальные потери на трение скольжения. Все остальные описанные выше преимущества для зацепления цилиндрических колес справедливы и для конических колес.Consider now the engagement of the bevel wheels in Fig.7. Small gearing wheel - gear 9 and large wheel 10 are conical in shape and intersecting axes OO1 and CC1. Gear 9, we will also call it a “worm,” is formed by sequential and continuous rotation around the eccentrically displaced axis OO1 of circles 11 in the end sections 12 of the cone defining the shape of the conical wheel. Fig. 8 illustrates worm surface formation. The numbers 11 ', 11' ', 11' '' indicate circles in various sections, rotated relative to each other and relative to circle 11 in the front frontal plane by 45 degrees. As can be seen from the figure, the conical "worm" 9 differs from the cylindrical "worm" 1 only in decreasing circumference in successive end sections. Accordingly, the gear surface 13 of the larger bevel gear 10 has in end sections the shape of a cycloidal curve 14 (see Fig. 9). The end sections of the conical wheel are sections by its additional cone 15. The teeth of the wheel 10 are helical in shape and are formed by successive rotation of the cycloidal curves 14 in its sections around the axis CC1 of the wheel. With this construction of the surface of the conical "worm" 9 and the toothed surface 13 of the bevel gear 10, they will have a contact point in each end section, and the circle and the cycloidal curve will be in contact, which have minimal sliding friction losses. All the other advantages described above for engaging spur wheels are also valid for bevel wheels.

В зацеплениях цилиндрических колес на фиг.1 и 6 присутствует осевая составляющая силы, которая расталкивает колеса и вредно сказывается на силовых характеристиках зацепления. При малых углах наклона зубьев этой составляющей можно пренебречь. При больших углах наклона зубьев используют шевронные колеса (см. фиг.10). Малое колесо «червячок» 16 и большее колесо 17 выполнены шевронными. «Червячок» 16 имеет по длине два участка 18 и 19, образованные винтовыми поверхностями с противоположным направлением. Окружность 3 в торцевом сечении «червячка» на участке 19 имеет непрерывный поворот вокруг эксцентрично смещенной оси OO1 по часовой стрелке, а на участке 18 - против часовой стрелки. Точно так же зубчатый венец большего колеса 17 состоит из двух участков с правыми 20 и левыми 21 циклоидальными зубьями, образованными поворотом циклоидальной кривой 5. Очевидно, что вследствие симметрии расположения зубьев осевые составляющие силы в шевронном зацеплении взаимно уравновешиваются.In the gearing of the cylindrical wheels in figures 1 and 6 there is an axial component of the force, which pushes the wheels and adversely affects the power characteristics of the gearing. At small angles of inclination of the teeth, this component can be neglected. At large angles of inclination of the teeth, chevron wheels are used (see Fig. 10). The small wheel "worm" 16 and the larger wheel 17 are made chevron. The "worm" 16 has two sections 18 and 19 in length, formed by helical surfaces in the opposite direction. The circle 3 in the end section of the "worm" in section 19 has a continuous rotation around the eccentrically displaced axis OO1 clockwise, and in section 18 - counterclockwise. Similarly, the toothed rim of the larger wheel 17 consists of two sections with right 20 and left 21 cycloidal teeth formed by the rotation of the cycloidal curve 5. Obviously, due to the symmetry of the teeth, the axial components of the force in the chevron engagement are mutually balanced.

При всех достоинствах предлагаемое зацепление «червячок» достаточно сложно в изготовлении, требует наличия многокоординатных станков с ЧПУ. В варианте с составными колесами эта же идея зацепления может быть реализована на более простом оборудовании. Зацепление цилиндрических составных колес наружного зацепления представлено на фиг.11. Здесь оба колеса 22 и 23 выполнены составными из нескольких повернутых вокруг оси OO1 относительно друг друга венцов. Малое колесо - шестерня 22 - имеет шесть венцов 24, каждый из которых представляет собой окружность 25, смещенную относительно оси OO1 на величину эксцентриситета ε. Окружности 25 соседних венцов повернуты вокруг оси OO1 друг относительно друга на угол, больший или равный 180 градусов/число венцов. Для шести венцов на фиг.11 этот угол составляет 30 градусов. Это означает, что осевое перекрытие составного колеса будет больше 180 градусов, и передаточное число будет постоянным. Большее колесо 23 составлено также из шести венцов 26, каждый из которых имеет форму огибающей эпициклоиды 27. Циклоидальные профили соседних венцов повернуты относительно друг друга на угол в 30/z градусов, где z - число зубьев циклоидального венца. Здесь каждая пара венцов 24 и 26 обоих составных колес контактирует по прямой линии, и общая линия контакта профилей представляет собой кусочно-непрерывную ломаную кривую. У зацепления составных колес нет проблемы осевой составляющей силы, так как его можно рассматривать как суперпозицию попарных зацеплений отдельных прямозубых венцов. Следует отметить, что, увеличивая число венцов составных колес, мы будем приближаться к первому варианту зацепления. Его можно рассматривать также как зацепление составных колес, где число венцов бесконечно велико, а угол поворота между соседними венцами бесконечно мал.With all the advantages, the proposed worm gearing is quite difficult to manufacture, requires multi-axis CNC machines. In the variant with composite wheels, the same gearing idea can be realized on simpler equipment. The engagement of the cylindrical composite outer gear wheels is shown in FIG. 11. Here, both wheels 22 and 23 are made up of several crowns rotated about an axis OO1 relative to each other. The small wheel — gear 22 — has six crowns 24, each of which is a circle 25 displaced relative to the axis OO1 by the amount of eccentricity ε. The circles of 25 adjacent rims are rotated around the axis OO1 relative to each other by an angle greater than or equal to 180 degrees / number of rims. For six crowns in FIG. 11, this angle is 30 degrees. This means that the axial overlap of the compound wheel will be more than 180 degrees, and the gear ratio will be constant. The larger wheel 23 is also composed of six crowns 26, each of which has the shape of an envelope of the epicycloid 27. The cycloidal profiles of the adjacent crowns are rotated relative to each other by an angle of 30 / z degrees, where z is the number of teeth of the cycloidal crown. Here, each pair of rims 24 and 26 of both composite wheels contacts in a straight line, and the common contact line of the profiles is a piecewise continuous broken curve. The gearing of the composite wheels has no axial component of the force problem, since it can be considered as a superposition of pairwise gears of individual spur gears. It should be noted that, increasing the number of rims of the composite wheels, we will approach the first option gearing. It can also be considered as the engagement of composite wheels, where the number of crowns is infinitely large, and the angle of rotation between adjacent crowns is infinitely small.

Зацепление составных цилиндрических колес на фиг.12 отличается от зацепления на фиг.11 только внутренним профилем 28 венцов 26 большего колеса 23. Шестерня 22 имеет точно такую же форму, что и на фиг.11.The engagement of the composite cylindrical wheels in FIG. 12 differs from the engagement in FIG. 11 only with the inner profile 28 of the rims 26 of the larger wheel 23. The gear 22 has exactly the same shape as in FIG. 11.

Вариант с составными колесами может быть реализован и для конических колес с пересекающимися осями (см. фиг.13). Здесь малое коническое колесо - шестерня 29 - выполнена составной из отдельных венцов 30, которые представляют собой цилиндры уменьшающегося диаметра. Профиль каждого венца 30 представляет собой эксцентрично смещенную относительно оси OO1 колеса окружность. Отдельные венцы повернуты относительно друг друга на угол, больший или равный чем 180 градусов /n, где n - число венцов. На фиг.13 число венцов равно 5 и угол между ними составляет 36 градусов. Большее колесо 31 составлено также из отдельных венцов 32, имеющих торцевой профиль циклоидальной формы, причем соседние венцы повернуты относительно друг друга на 1/5 часть углового шага циклоидального венца 32 (или на угол 36 градусов/n - число венцов). На фигуре для ясности изображения показаны только крайние венцы большего колеса 31. Увеличивая число венцов составных колес, мы будем приближаться к зацеплению «червячок» в коническом исполнении.The variant with composite wheels can be implemented for bevel wheels with intersecting axles (see Fig.13). Here, a small conical wheel - gear 29 - is made of composite of individual crowns 30, which are cylinders of decreasing diameter. The profile of each crown 30 is a circle eccentrically offset relative to the axis OO1 of the wheel. The individual crowns are rotated relative to each other by an angle greater than or equal to 180 degrees / n, where n is the number of crowns. In Fig.13, the number of crowns is 5 and the angle between them is 36 degrees. The larger wheel 31 is also made up of individual crowns 32 having an end profile of a cycloidal shape, with adjacent crowns being turned relative to each other by 1/5 of the angular pitch of the cycloidal crown 32 (or by an angle of 36 degrees / n is the number of crowns). For clarity of the figure, only the extreme rims of the larger wheel 31 are shown. By increasing the number of rims of the composite wheels, we will approach the worm gearing in a conical design.

На основе зацепления «червячок» можно построить простую планетарную передачу 2К-Н, которая изображена на фиг.14. Как и обычная планетарная передача, она имеет два центральных колеса 33, 34 и водило 35. Колесо 33 выполнено как большее колесо зацепления «червячок» с внутренним зубчатым профилем 36. Зубчатый профиль 36 имеет винтовую поверхность, образуемую поворотом циклоидальной кривой 37 вокруг оси передачи. Форма зубчатого профиля 36 полностью идентична форме зубчатого профиля 7 колеса 4 на фиг.6. Второе центральное колесо 34 выполнено как большее колесо зацепления «червячок» с внешним зубчатым профилем 38. Колесо 34 идентично колесу 4 на фиг.1. Водило 35 имеет расположенные по окружности оси 39, на которых посажены с возможностью вращения сателлиты 40. Сателлиты 40 выполнены как малое колесо зацепления «червячок», т.е. они образованы непрерывным поворотом вокруг осей 39 последовательных торцовых сечений 41 колеса 40. Торцовое сечение 41 колеса 40 представляет собой эксцентрично смещенную относительно оси 39 окружность 42. Числа зубьев Z33 и Z34 центральных колес 33 и 34 отличаются на единицу от числа, кратного числу сателлитов 40, т.е. Z33=kn+1, Z34=kn-1, где n - число сателлитов, a k - любое целое число. Передача на фиг.14 имеет пять сателлитов 40, центральное колесо 34 имеет 2×5-1=9 винтовых зубьев 43, а центральное колесо 33 имеет 2×5+1=11 винтовых зубьев 44. Условия, накладываемые на числа зубьев в зависимости от числа сателлитов, в данной передаче идентичны условиям в передаче с промежуточными телами качения.Based on the worm gear, a simple 2K-N planetary gear can be constructed, which is depicted in FIG. Like a conventional planetary gear, it has two central wheels 33, 34 and carrier 35. Wheel 33 is designed as a larger worm gear wheel with an internal gear profile 36. The gear profile 36 has a helical surface formed by turning the cycloidal curve 37 about the gear axis. The shape of the gear profile 36 is completely identical to the shape of the gear profile 7 of the wheel 4 in Fig.6. The second central wheel 34 is designed as a larger worm gear wheel with an external gear profile 38. Wheel 34 is identical to wheel 4 in FIG. The carrier 35 has circumferential axles 39, on which the satellites 40 are mounted rotatably. The satellites 40 are designed as a small worm gear wheel, i.e. they are formed by continuous rotation around the axles 39 of successive end sections 41 of the wheel 40. The end section 41 of the wheel 40 is a circle 42 eccentrically displaced relative to the axis 39. The number of teeth Z 33 and Z 34 of the central wheels 33 and 34 differ by one from the number multiple of the number of satellites 40, i.e. Z 33 = kn + 1, Z 34 = kn-1, where n is the number of satellites, ak is any integer. The transmission of FIG. 14 has five satellites 40, the central wheel 34 has 2 × 5-1 = 9 helical teeth 43, and the central wheel 33 has 2 × 5 + 1 = 11 helical teeth 44. Conditions imposed on the number of teeth depending on the number of satellites in this gear is identical to the conditions in the gear with intermediate rolling bodies.

Поскольку в передаче находятся в последовательном зацеплении все сателлиты, то она будет работать равномерно при меньшем угле осевого перекрытия. Для равномерности вращения достаточно, чтобы угол осевого зацепления каждой пары зацепляющихся колес был не меньше 180 градусов, разделенных на число сателлитов. В частности, для передачи на фиг.14 достаточным является угол осевого перекрытия колес в 36 градусов.Since all satellites are in serial gearing, it will work evenly with a smaller angle of axial overlap. For uniform rotation, it is sufficient that the angle of axial engagement of each pair of gear wheels is at least 180 degrees, divided by the number of satellites. In particular, for the transmission in FIG. 14, an axial wheel angle of 36 degrees is sufficient.

Передача оформлена как модуль, в котором любое из звеньев (центральное колесо 33, водило 35 или центральное колесо 34) может служить ведущим, ведомым или опорным звеном. На фиг.14 приведена конструктивная схема механизма, элементы крепления основных звеньев передачи к валам внешних устройств и к корпусу не показаны. В реальной конструкции они могут быть любыми известными: в виде шпонок, штифтов, муфт, шлицевого соединения и т.п.The transmission is designed as a module in which any of the links (central wheel 33, carrier 35 or central wheel 34) can serve as a leading, driven or supporting link. On Fig shows a structural diagram of the mechanism, the fasteners of the main transmission links to the shafts of external devices and to the housing are not shown. In a real design, they can be any known: in the form of dowels, pins, couplings, spline joints, etc.

Точно так же можно построить простую планетарную передачу 2К-Н на основе предлагаемого зацепления составных колес. На фиг.15 показано только взаимное расположение и зацепление колес такой планетарной передачи. Два центральных колеса 45 и 46 внутреннего и внешнего зацепления выполнены составными, в виде пакета жестко связанных зубчатых венцов 47 и 48. Венцы 47 колеса 45 внутреннего зацепления имеют профиль в форме огибающей гипоциклоиды 49, а венцы 48 колеса 46 внешнего зацепления образованы эпициклоидой 50. Соседние венцы каждого колеса повернуты относительно друг друга вокруг оси передачи на угол, равный 180 /n градусов, где n - число сателлитов. Число зубьев Z венцов 47 и 48 определяется как Z=kn±1, где k - целое число.In the same way, a simple 2K-N planetary gear can be built based on the proposed gearing of the composite wheels. On Fig only shows the relative position and engagement of the wheels of such a planetary gear. The two central wheels 45 and 46 of internal and external gearing are made integral, in the form of a package of rigidly connected gears 47 and 48. The crowns 47 of the wheel 45 of internal gearing have a profile in the form of an envelope of the hypocycloid 49, and the crowns 48 of the wheel 46 of the external gearing are formed by epicycloid 50. the crowns of each wheel are rotated relative to each other around the transmission axis by an angle equal to 180 / n degrees, where n is the number of satellites. The number of teeth Z of the crowns 47 and 48 is defined as Z = kn ± 1, where k is an integer.

Сателлиты 51 выполнены также в виде пакета венцов 52, образованных окружностями 53, смещенными относительно осей 54 сателлитов. Венцы 52 сателлитов повернуты относительно друг друга на тот же угол, составляющий в конкретном случае 36 градусов. Оси сателлитов 51 закреплены в водиле (на фиг. водило не показано). Здесь, как и в предыдущей передаче, любое из основных звеньев планетарного механизма может служить ведущим, ведомым или опорным звеном.Satellites 51 are also made in the form of a package of rims 52 formed by circles 53 displaced relative to the axes 54 of the satellites. The crowns 52 of the satellites are rotated relative to each other by the same angle, which in a particular case is 36 degrees. The axis of the satellites 51 are fixed in the carrier (not shown in the carrier). Here, as in the previous program, any of the main links of the planetary mechanism can serve as a leading, driven or supporting link.

Рассмотрим работу зацепления, изображенного на фиг.1-5. При вращении малого колеса «червячка» 1 вокруг оси ОО1 эксцентрично расположенная относительно оси окружность 3 (3', 3'', 3''' и т.д.) в любом торцовом сечении колеса 1 контактирует с циклоидальным профилем большего колеса 4 в том же сечении. Пусть «червячок» 1 вращается против часовой стрелки, как это показано на фигурах. Окружность 3 во фронтальной плоскости зацепления (см. фиг.2), контактирующая с вершиной циклоидального зуба 5, при вращении вокруг центра О начинает давить на зуб, вызывая поворот большего колеса 4 в обратную сторону на величину, равную половине его углового шага. После половины оборота «червячка» 1 окружность 3 придет в контакт со впадиной циклоидального колеса 4 и на следующей половине оборота в этом сечении силового воздействия на колесо 4 не будет. Аналогичные рассуждения можно привести и для других торцовых сечений колес, где силовой контакт зацепляющихся профилей будет осуществляться только на половине оборота «червячка» 1. Если при этом угол осевого перекрытия «червячка» 1 будет равен или больше 180 градусов, то силовой контакт будет соответствовать полному обороту «червячка» 1. Это означает, что вращение колеса 4 будет непрерывным и за один оборот «червячка» 1 колесо 4 повернется на один зуб. Т.е. передаточное отношение зацепления равно числу зубьев большего колеса и вращение колес встречное.Consider the operation of the gearing depicted in figures 1-5. When the small worm wheel 1 rotates around the OO1 axis, the circle 3 (3 ', 3' ', 3' '', etc.) eccentrically located relative to the axis, in any end section of the wheel 1, contacts the cycloidal profile of the larger wheel 4, same section. Let the "worm" 1 rotate counterclockwise, as shown in the figures. A circle 3 in the frontal plane of engagement (see FIG. 2) in contact with the tip of the cycloidal tooth 5, when rotated around the center O, starts to put pressure on the tooth, causing the larger wheel 4 to turn back in an amount equal to half its angular pitch. After half a turn of the "worm" 1, the circle 3 will come into contact with the trough of the cycloidal wheel 4 and there will be no force on the wheel 4 in this section of the turn in this section. Similar reasoning can be given for other end sections of the wheels, where the force contact of the engaging profiles will be carried out only at half a turn of the "worm" 1. If the axial overlap angle of the "worm" 1 is equal to or greater than 180 degrees, then the force contact will correspond to the full the rotation of the "worm" 1. This means that the rotation of the wheel 4 will be continuous and in one revolution of the "worm" 1 wheel 4 will rotate by one tooth. Those. the gear ratio of gearing is equal to the number of teeth of the larger wheel and the rotation of the wheels is oncoming.

На фиг.4 показано действие и распределение сил в среднем сечении зацепления. Сила F имеет две составляющих: Fрад - радиальную и Fтанг- тангенциальную. Последняя и передает момент вращения. Поскольку зубья колес имеют винтовую форму, то в зацеплении «червячок», как и в обычном косозубом зацеплении, появляется осевая составляющая. Для ее устранения можно применить шевронное зацепление (см. фиг.10), когда одна половина «червячка» по длине имеет одно направление винтовых зубьев 18, а другая половина выполнена с противоположным направлением винтовых зубьев 19. Точно так же из двух участков с правыми и левыми винтовыми зубьями выполняется шевронный зубчатый профиль на большем колесе. В результате возникающие в каждом из двух участков осевые составляющие сил направлены в противоположные стороны и уравновешивают друг друга.Figure 4 shows the action and distribution of forces in the middle section of the engagement. The force F has two components: F rad - radial and F tang - tangential. The latter also transmits the torque. Since the teeth of the wheels have a helical shape, an axial component appears in the “worm” gearing, as in a conventional helical gearing. To eliminate it, you can apply chevron engagement (see figure 10), when one half of the "worm" in length has one direction of the helical teeth 18, and the other half is made with the opposite direction of the helical teeth 19. In the same way, from two sections with the right and with left-handed helical teeth, a chevron gear profile is made on the larger wheel. As a result, the axial components of the forces arising in each of the two sections are directed in opposite directions and balance each other.

Внутреннее зацепление на фиг.6 работает аналогичным образом. Единственное отличие - во фронтальной плоскости зацепления силовой контакт эксцентрической окружности 3 и циклоидальной кривой 8 начинается во впадине зуба большего колеса 4 и заканчивается на его вершине и колеса имеют попутное вращение.The internal engagement of FIG. 6 works in a similar manner. The only difference is that in the frontal plane of engagement, the force contact of the eccentric circle 3 and the cycloidal curve 8 starts in the tooth cavity of the larger wheel 4 and ends at its apex and the wheels have a spin.

Работа зацепления конических колес на фиг.7 аналогична, только благодаря коническим зубьям вращение передается между колесами с пересекающимися осями.The operation of the engagement of the bevel wheels in FIG. 7 is similar, only thanks to the bevel teeth the rotation is transmitted between the wheels with intersecting axles.

Рассмотрим работу планетарной передачи с зацеплением «червячок» на фиг.14. Для определенности положим, что опорным звеном будет являться колесо внутреннего зацепления 33. Для этого оно должно быть соединено с неподвижным корпусом. Ведущим звеном выберем центральное колесо внешнего зацепления 34. Ведомым звеном в этом случае является водило 35. При вращении колеса 34 против часовой стрелки его винтовые зубья 43, находящиеся в зацеплении с сателлитами 40, вызовут их вращение вокруг собственных осей 39 и обкатное движение по неподвижному зубчатому профилю 36 колеса 33. Передаточное отношение механизма определяется так же, как и в обычной планетарной передаче, в которой число зубьев сателлита равно 1. Для указанной схемы подключения планетарной передачи передаточное отношение u определяется следующим образом: u=1+Z33/Z34, где Z33 и Z34 - числа зубьев центральных колес 33 и 34 соответственно.Consider the operation of a planetary gear with a worm gear in Fig. 14. For definiteness, we assume that the reference link will be the internal gearing wheel 33. For this, it must be connected to a fixed housing. The leading link will choose the central wheel of external engagement 34. The driven link in this case is the carrier 35. When the wheel 34 is rotated counterclockwise, its helical teeth 43, engaged with the satellites 40, will cause them to rotate around their own axles 39 and roll around along the fixed gear the profile 36 of the wheel 33. The gear ratio of the mechanism is determined in the same way as in a conventional planetary gear, in which the number of teeth of the satellite is 1. For the specified scheme of connecting a planetary gear, the gear ratio u is defined as follows: u = 1 + Z 33 / Z 34, where Z 33 and Z 34 - number of teeth of the central wheels 33 and 34, respectively.

Планетарную передачу на фиг.15 можно рассматривать как совокупность параллельно включенных элементарных планетарных механизмов. Каждый такой механизм образован одним венцом 48 внутреннего колеса 46, одним венцом 47 наружного колеса 45 и венцами 52, сателлитов 51, лежащими в одной плоскости и зацепляющимися друг с другом. Эти элементарные планетарные механизмы повернуты относительно друг друга, так что их венцы находятся в силовом зацеплении в разных фазах, образуя непрерывное силовое зацепление на полном обороте ведущего звена. В результате вращение к ведомому звену передается равномерно и непрерывно. Передаточное отношение определяется такой же формулой, как и для планетарного механизма на фиг.14. Зацепление колес в передаче имеет большой приведенный радиус кривизны, что увеличивает нагрузочную способность передачи. Многопоточная передача с параллельной передачей момента вращения имеет повышенную по сравнению с обычной планетарной передачей нагрузочную способность.The planetary gear in Fig.15 can be considered as a set of parallel connected elementary planetary mechanisms. Each such mechanism is formed by one rim 48 of the inner wheel 46, one rim 47 of the outer wheel 45 and rims 52, satellites 51 lying in the same plane and engaged with each other. These elementary planetary mechanisms are rotated relative to each other, so that their crowns are in power engagement in different phases, forming a continuous power engagement at the full revolution of the driving link. As a result, rotation to the driven unit is transmitted uniformly and continuously. The gear ratio is determined by the same formula as for the planetary mechanism in Fig. 14. The gearing of the wheels in the transmission has a large reduced radius of curvature, which increases the load capacity of the transmission. Multi-threaded transmission with parallel transmission of torque has an increased load capacity compared to conventional planetary gear.

Таким образом, в заявке предложен новый вид зубчатого зацепления: эксцентричная окружность - циклоидальная кривая, обладающего повышенной нагрузочной способностью и высоким передаточным отношением при минимальных габаритных размерах. Зацепление обладает повышенным КПД, так как имеет минимальные потери на трение. Большой приведенный радиус кривизны зубьев в зацеплении позволяет, подняв твердость, увеличить допустимые контактные напряжения, что еще более увеличивает нагрузочную способность передачи.Thus, a new type of gearing is proposed in the application: the eccentric circumference is a cycloidal curve having an increased load capacity and a high gear ratio with minimum overall dimensions. The gearing has an increased efficiency, since it has minimal friction losses. The large reduced radius of curvature of the teeth in the mesh allows, by raising the hardness, to increase the allowable contact stress, which further increases the transmission load capacity.

Claims (12)

1. Зацепление двух колес с криволинейными зубьями, меньшее из которых - шестерня, выполнено с одним зубом, отличающееся тем, что зубчатый профиль однозубой шестерни образован последовательным и непрерывным поворотом торцовых сечений колеса, представляющих собой окружность, относительно эксцентрично смещенной оси, образуя винтовую поверхность, а большее колесо имеет винтовые зубья циклоидального профиля в его торцовом сечении, сопряженные с винтовой поверхностью шестерни и обеспечивающие линейный контакт зубьев.1. The engagement of two wheels with curved teeth, the smaller of which is a gear, is made with one tooth, characterized in that the gear profile of the single-tooth gear is formed by sequential and continuous rotation of the end sections of the wheel, representing a circle relative to an eccentrically offset axis, forming a helical surface, and the larger wheel has helical teeth of a cycloidal profile in its end section, mating with the helical surface of the gear and providing linear contact of the teeth. 2. Зацепление по п.1, отличающееся тем, что угол осевого перекрытия шестерни выполнен превышающим 180°.2. The gearing according to claim 1, characterized in that the angle of axial overlap of the gear is made greater than 180 °. 3. Зацепление по п.1, отличающееся тем, что колеса выполнены цилиндрическими с параллельными осями, большее колесо выполнено с зубчатым профилем внешнего зацепления с профилем в торцовом сечении по эквидистанте эпициклоиды.3. The gearing according to claim 1, characterized in that the wheels are cylindrical with parallel axes, the larger wheel is made with a gear profile of external gearing with a profile in the end section along the equidistant of the epicycloid. 4. Зубчатое зацепление по п.1, отличающееся тем, что колеса выполнены цилиндрическими с параллельными осями, большее колесо выполнено с зубчатым профилем внутреннего зацепления с профилем в поперечном сечении по эквидистанте гипоциклоиды.4. The gearing according to claim 1, characterized in that the wheels are cylindrical with parallel axes, the larger wheel is made with a gear profile of internal gearing with a cross-sectional profile along the equidistant of the hypocycloid. 5. Зацепление по п.1, отличающееся тем, что колеса выполнены коническими с пересекающимися осями, и большее колесо имеет циклоидальный профиль в сечениях, перпендикулярных боковой конической поверхности колеса, или большее колесо имеет циклоидальный профиль в сечениях колеса сферическими поверхностями с центром сфер в точке пересечения осей колес.5. The gearing according to claim 1, characterized in that the wheels are conical with intersecting axes, and the larger wheel has a cycloidal profile in sections perpendicular to the side conical surface of the wheel, or the larger wheel has a cycloidal profile in the sections of the wheel with spherical surfaces with the center of the spheres at the point intersection of the axles of the wheels. 6. Зацепление по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что винтовые зубья обоих колес выполнены шевронными.6. Gearing according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the helical teeth of both wheels are made chevron. 7. Зацепление двух составных колес, каждое из которых выполнено в виде пакета, по меньшей мере, трех зубчатых венцов, соединенных между собой и повернутых на одинаковый угол друг относительно друга с шагом, равным угловому шагу колеса, деленному на число венцов колеса, отличающееся тем, что зубчатый венец меньшего колеса в торцовом сечении очерчен эксцентрично смещенной относительно оси колеса окружностью, а зубчатый венец большего колеса в торцовом сечении имеет циклоидальный профиль.7. The engagement of two composite wheels, each of which is made in the form of a package of at least three gear rims connected to each other and rotated at the same angle relative to each other with a step equal to the angular pitch of the wheel divided by the number of wheel rims, characterized in that the toothed rim of the smaller wheel in the end section is outlined by a circle eccentrically offset from the axis of the wheel, and the toothed rim of the larger wheel in the end section has a cycloidal profile. 8. Зацепление двух составных колес по п.7, отличающееся тем, что зубчатые венцы выполнены в виде цилиндрических колес внешнего зацепления.8. The gearing of two composite wheels according to claim 7, characterized in that the gear rims are made in the form of cylindrical wheels of external gearing. 9. Зацепление двух составных колес по п.7, отличающееся тем, что зубчатые венцы выполнены в виде цилиндрических колес и большее из колес выполнено с венцами внутреннего зацепления.9. The engagement of two composite wheels according to claim 7, characterized in that the gear rims are made in the form of cylindrical wheels and the larger of the wheels is made with rims of internal engagement. 10. Зацепление двух составных колес по п.7, отличающееся тем, что зубчатые венцы выполнены в виде конических колес.10. The engagement of two composite wheels according to claim 7, characterized in that the gear rims are made in the form of bevel wheels. 11. Планетарная передача на основе зубчатого зацепления по п.1, содержащая два центральных колеса внутреннего и наружного зацепления, водило и сателлиты, отличающаяся тем, что сателлиты выполнены в виде малых колес зацепления по п.1, а центральные колеса - в виде больших колес зацепления по п.1, причем числа зубьев центральных колес отличаются от числа, кратного числу сателлитов, на единицу, а угол осевого перекрытия каждого сателлита превышает 180°, деленное на число сателлитов.11. A planetary gear transmission based on gearing according to claim 1, containing two central wheels of internal and external gearing, a carrier and satellites, characterized in that the satellites are made in the form of small gearing wheels according to claim 1, and the central wheels are in the form of large wheels gearing according to claim 1, wherein the number of teeth of the central wheels differs from the number multiple of the number of satellites by one, and the angle of axial overlap of each satellite exceeds 180 ° divided by the number of satellites. 12. Планетарная передача на основе зубчатого зацепления составных колес по п.7, содержащая два центральных составных колеса внутреннего и наружного зацепления, водило и сателлиты, отличающаяся тем, что сателлиты выполнены в виде малых колес зацепления по п.7, а центральные колеса - в виде больших колес зацепления по п.7, причем числа зубьев центральных колес отличаются от числа, кратного числу сателлитов, на единицу.12. A planetary gear based on the gearing of the composite wheels according to claim 7, containing two central composite wheels of internal and external gearing, a carrier and satellites, characterized in that the satellites are made in the form of small gearing wheels according to claim 7, and the central wheels are in in the form of large gearing wheels according to claim 7, wherein the number of teeth of the central wheels differs from the unit multiple of the number of satellites.
RU2007125891/11A 2007-07-09 2007-07-09 Curved-tooth gear engagement (versions) and planetary transmission incorporating it RU2338105C1 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007125891/11A RU2338105C1 (en) 2007-07-09 2007-07-09 Curved-tooth gear engagement (versions) and planetary transmission incorporating it
EP08794017A EP2177788B1 (en) 2007-07-09 2008-06-09 Toothed wheel gearing (variants) and a planetary toothed mechanism based thereon (variants)
EA200901568A EA015293B1 (en) 2007-07-09 2008-06-09 Toothed wheel gearing (variants) and a planetary toothed mechanism based thereon (variants)
PCT/RU2008/000366 WO2009008767A1 (en) 2007-07-09 2008-06-09 Toothed wheel gearing (variants) and a planetary toothed mechanism based thereon (variants)
US12/644,190 US8157691B2 (en) 2007-07-09 2009-12-22 Toothed wheel gearing (variants) and a planetary toothed mechanism based thereon (variants)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007125891/11A RU2338105C1 (en) 2007-07-09 2007-07-09 Curved-tooth gear engagement (versions) and planetary transmission incorporating it

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2338105C1 true RU2338105C1 (en) 2008-11-10

Family

ID=40230357

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007125891/11A RU2338105C1 (en) 2007-07-09 2007-07-09 Curved-tooth gear engagement (versions) and planetary transmission incorporating it

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2338105C1 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011093744A1 (en) * 2010-02-01 2011-08-04 Закрытое Акционерное Общество "Технология Маркет" Eccentrically cycloidal engagement of toothed profiles having curved teeth
WO2011093743A1 (en) * 2010-01-29 2011-08-04 Закрытое Акционерное Общество "Технология Маркет" Eccentrically cycloidal engagement of toothed profiles (variant embodiments)
WO2011109843A1 (en) 2010-03-08 2011-09-15 Schoeller Karl Ronald Eccentric cam disc mechanism
RU2482351C2 (en) * 2011-07-08 2013-05-20 Геннадий Петрович Луговых Worm gear with toroidal worm and chevron gear
RU2569077C1 (en) * 2014-08-25 2015-11-20 Игорь Аркадьевич Кудрявцев Gearing
RU195739U1 (en) * 2019-10-03 2020-02-04 Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Конструкторское бюро машиностроения" Planetary helical gear
CN113048216A (en) * 2021-04-14 2021-06-29 井文贵 Complete circular arc tooth gear
CN113767231A (en) * 2019-09-30 2021-12-07 株式会社美姿把 Speed reduction mechanism and motor with speed reduction mechanism
WO2024038083A1 (en) * 2022-08-19 2024-02-22 Brose Schliesssysteme Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft Drive arrangement for the motor-operated adjustment of a functional element of a motor vehicle locking arrangement in the context of an adjustment process

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011093743A1 (en) * 2010-01-29 2011-08-04 Закрытое Акционерное Общество "Технология Маркет" Eccentrically cycloidal engagement of toothed profiles (variant embodiments)
EA020269B1 (en) * 2010-01-29 2014-09-30 Закрытое Акционерное Общество "Технология Маркет" Eccentrically cycloidal engagement of toothed profiles (variant embodiments)
EA019727B1 (en) * 2010-02-01 2014-05-30 Закрытое Акционерное Общество "Технология Маркет" Eccentrically cycloidal engagement of toothed profiles having curved teeth
WO2011093744A1 (en) * 2010-02-01 2011-08-04 Закрытое Акционерное Общество "Технология Маркет" Eccentrically cycloidal engagement of toothed profiles having curved teeth
US8789437B2 (en) 2010-02-01 2014-07-29 Closed Joint Stock Company “Technology Market” Eccentrically cycloidal engagement of toothed profiles having curved teeth
AT510509B1 (en) * 2010-03-08 2013-02-15 Karl Ronald Schoeller ECCENTRIC ELECTRONIC CAM GEAR
WO2011109843A1 (en) 2010-03-08 2011-09-15 Schoeller Karl Ronald Eccentric cam disc mechanism
RU2482351C2 (en) * 2011-07-08 2013-05-20 Геннадий Петрович Луговых Worm gear with toroidal worm and chevron gear
RU2569077C1 (en) * 2014-08-25 2015-11-20 Игорь Аркадьевич Кудрявцев Gearing
CN113767231A (en) * 2019-09-30 2021-12-07 株式会社美姿把 Speed reduction mechanism and motor with speed reduction mechanism
EP4040012A4 (en) * 2019-09-30 2023-08-16 Mitsuba Corporation Speed reduction mechanism and speed reduction mechanism-equipped motor
RU195739U1 (en) * 2019-10-03 2020-02-04 Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Конструкторское бюро машиностроения" Planetary helical gear
CN113048216A (en) * 2021-04-14 2021-06-29 井文贵 Complete circular arc tooth gear
WO2024038083A1 (en) * 2022-08-19 2024-02-22 Brose Schliesssysteme Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft Drive arrangement for the motor-operated adjustment of a functional element of a motor vehicle locking arrangement in the context of an adjustment process

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2338105C1 (en) Curved-tooth gear engagement (versions) and planetary transmission incorporating it
WO2009008767A1 (en) Toothed wheel gearing (variants) and a planetary toothed mechanism based thereon (variants)
RU2416748C1 (en) Eccentric-cycloid engagement of tooth profiles with curvilinear teeth
CN107588177B (en) Cycloidal pin gear harmonic drive device
EP0286760B1 (en) Cycloidal equidistant curved gear transmission mechanism and its device
JP4112461B2 (en) Inscribed mesh planetary gear mechanism
US7086304B2 (en) Roller cam assembly
US5456139A (en) Tooth profile arrangement to eliminate tooth intererence in extended contact harmonic drive devices
US10415672B2 (en) Drives with partial cycloid teeth profile
JP5970650B2 (en) Cycloid gear and gear mechanism
RU2385435C1 (en) Eccentric-cycloidal engagement of complex tooth profiles
CN106402285B (en) Eccentric swinging type planetary gear speed reducer capable of increasing output torque
RU2439401C2 (en) Eccentric-cycloidal engagement of tooth profiles (versions)
KR101690151B1 (en) Speed reducer with helical conjugate dual cycloid tooth profile
RU133578U1 (en) TRANSMISSION SIDE-CONICAL PLANETARY
CN112081879B (en) One-tooth-difference cycloidal pin gear speed reducer
RU2362925C1 (en) Rack toothing for linear drive (versions)
JPH05332404A (en) Flexure mesh type gear meshing structure
RU195739U1 (en) Planetary helical gear
RU2360160C1 (en) Eccentric planetary gear of internal engagement
RU2805423C1 (en) Crank arm-free mechanism
RU2273777C2 (en) Reduction gear with cycloid gearing
CN217108044U (en) Reduction gear prototype based on double star wheels
KR102602102B1 (en) A Eccentric reducer and gear manufacturing method of the eccentric reducer
RU2144618C1 (en) Screw downhole motor

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20091022

QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20100920

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140710