RU2362925C1 - Rack toothing for linear drive (versions) - Google Patents

Rack toothing for linear drive (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2362925C1
RU2362925C1 RU2008115365/11A RU2008115365A RU2362925C1 RU 2362925 C1 RU2362925 C1 RU 2362925C1 RU 2008115365/11 A RU2008115365/11 A RU 2008115365/11A RU 2008115365 A RU2008115365 A RU 2008115365A RU 2362925 C1 RU2362925 C1 RU 2362925C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wheel
rack
gear
profile
tooth
Prior art date
Application number
RU2008115365/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Владимирович Становской (RU)
Виктор Владимирович Становской
Сергей Матвеевич Казакявичюс (RU)
Сергей Матвеевич Казакявичюс
Татьяна Андреевна Ремнева (RU)
Татьяна Андреевна Ремнева
Владимир Михайлович Кузнецов (RU)
Владимир Михайлович Кузнецов
Алексей Михайлович Бубенчиков (RU)
Алексей Михайлович Бубенчиков
Николай Романович Щербаков (RU)
Николай Романович Щербаков
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 RU2008115365/11A priority Critical patent/RU2362925C1/en
Priority to PCT/RU2009/000301 priority patent/WO2009134169A2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2362925C1 publication Critical patent/RU2362925C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Transmission Devices (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to tooth rack gear, transforming rotary motion into forward motion and on the contrary. It can be used instead of usual involute gear of rack-and-gear mechanisms in linear drives of stands, in devices of auto steering control, and also in load-lifting technology (rack-and-gear jack and suchlike). Rack toothing for linear drive contains wheel (1) and rack (2). Wheel is implemented with one tooth with profile in transverse section of wheel in the form of circumference (3), off-centre displaced from pivot pin of wheel (1). Skew tooth is formed by successive and continuous turn of transverse sections around wheel's axis with formation of helical surface. Rack (2) allows helical teeth (4) of cycloidal profile, conjugated to helical surface of wheel (1). In the second option wheel (1) allows also one tooth and composed from certain crowns, each of which allows profile in the form of off-centre shifted circumference. Teeth of rack (2) are composed also from several cycloidal crowns. Adjacent wheel crowns and racks are phase shifted relative to each other for pitch of corresponding crown, divided for number of crowns.
EFFECT: invention provides creation of small-capacity rack toothing and increasing of its load-carrying capacity.
4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к зубчатым кинематическим парам, а более конкретно к реечным передачам, преобразующим вращательное движение в поступательное и наоборот. Оно может быть использовано вместо обычных реечных механизмов в линейных приводах станков, в устройствах рулевого управления автомобилей, а также в грузоподъемной технике (реечные домкраты и т.п.).The invention relates to gear kinematic pairs, and more particularly to rack and pinion gears that convert rotational motion to translational and vice versa. It can be used instead of conventional rack gears in linear drives of machines, in steering devices of cars, as well as in lifting equipment (rack jacks, etc.).

Известны цилиндрические передачи с реечным зацеплением, в котором зубчатое колесо находится в зацеплении с зубчатой рейкой, образующей с неподвижным звеном поступательную пару (А.Ф.Крайнев. Словарь-справочник по механизмам. М.: «Машиностроение», 1987, с.381). В качестве зацепления в реечной передаче используется эвольвентное зацепление. Ось зубчатого колеса перпендикулярна направлению движения рейки. Основным недостатком реечной передачи является ее невысокая нагрузочная способность. Для ее увеличения необходимо увеличивать модуль зуба, а следовательно, и размеры зубчатого колеса. При этом увеличивается линейная скорость движения рейки при одной и той же скорости вращения колеса, что не всегда допустимо.Known cylindrical gears with rack and pinion gearing, in which the gear is meshed with a gear rack forming a translational pair with a fixed link (A.F. Krainev. Dictionary-reference book on mechanisms. M .: "Mechanical Engineering", 1987, p. 381) . As a gear in a rack and pinion gear, involute gear is used. The axis of the gear is perpendicular to the direction of movement of the rack. The main disadvantage of rack and pinion transmission is its low load capacity. To increase it, it is necessary to increase the modulus of the tooth, and therefore the size of the gear. This increases the linear speed of the rack at the same wheel speed, which is not always acceptable.

Известна реечная червячная передача (см. там же, стр.380). Она подобна обычной червячной передаче, в которой червячное колесо заменено рейкой. Ось червяка обычно составляет с направлением движения рейки некоторый угол, который зависит от угла винтовой линии червяка и угла наклона зубьев рейки. Недостаток реечной червячной передачи тот же, что и у обычной червячной передачи, а именно низкий КПД, не превышающий в большинстве конструкций 0,5.A rack and pinion worm gear is known (see ibid., P. 380). It is similar to a conventional worm gear in which the worm wheel is replaced by a rack. The axis of the worm usually makes a certain angle with the direction of movement of the rack, which depends on the angle of the helix of the worm and the angle of inclination of the teeth of the rack. The disadvantage of rack and pinion worm gear is the same as that of a conventional worm gear, namely low efficiency, not exceeding 0.5 in most designs.

Известны механизм преобразования вращательного движения в поступательное (US 5187994) и более поздние модификации этого механизма (ЕР 0770795, US 5477741, US 5699604), который в самом общем случае представляет собой два параллельных вала, вращаемых синхронно от одного привода, несколько эксцентриков, закрепленных на каждом из этих валов с разницей фаз, а также пластины с зубьями и отверстиями, в которых с возможностью вращения установлены указанные эксцентрики. Механизм содержит также зубчатую рейку, с которой взаимодействуют зубья пластин. При вращении валов пластины совершают плоскопараллельное планетарное движение и, зацепляясь с зубьями рейки, перемещают ее в продольном направлении. Профиль зубьев пластин в одном из вариантов имеет полукруглую форму, а зубья рейки имеют циклоидальный профиль. Во втором варианте зубья рейки имеют полукруглый профиль, а зубья пластин - циклоидальный профиль. Для уменьшения трения зубья полукруглого профиля выполняют в виде роликов, свободно вращающихся на осях. Механизм с таким зацеплением может иметь достаточно высокий КПД при высокой нагрузочной способности, обусловленной тем, что движение передается несколькими параллельными ветвями. Основной недостаток устройства - его сложность из-за большого количества деталей. Кроме того, устройство критично к несинхронности вращения валов и требует высокой точности сборки.The known mechanism for converting rotational motion into translational (US 5187994) and later modifications of this mechanism (EP 0770795, US 5477741, US 5699604), which in the most general case consists of two parallel shafts rotated synchronously from one drive, several eccentrics mounted on each of these shafts with a phase difference, as well as plates with teeth and holes in which the said eccentrics are mounted rotatably. The mechanism also contains a gear rack with which the teeth of the plates interact. When the shafts rotate, the plates make a plane-parallel planetary motion and, meshing with the teeth of the rack, move it in the longitudinal direction. The profile of the teeth of the plates in one embodiment has a semicircular shape, and the teeth of the rails have a cycloidal profile. In the second embodiment, the teeth of the slats have a semicircular profile, and the teeth of the plates have a cycloidal profile. To reduce friction, the teeth of the semicircular profile are made in the form of rollers freely rotating on the axes. A mechanism with such an engagement can have a sufficiently high efficiency with a high load capacity due to the fact that the movement is transmitted by several parallel branches. The main disadvantage of the device is its complexity due to the large number of parts. In addition, the device is critical to the non-synchronization of shaft rotation and requires high precision assembly.

За прототип выберем обычное реечное зацепление с зубьями эвольвентного профиля, описанное выше (А.Ф.Крайнев. Словарь-справочник по механизмам. М.: «Машиностроение», 1987. с.381), как имеющее наибольшее количество общих с предлагаемым решением признаков. Оно содержит находящиеся в зацеплении зубчатое колесо и зубчатую рейку. Колесо и рейка установлены с возможностью поступательного перемещения друг относительно друга. Скорость поступательного перемещения рейки прямо пропорциональна диаметру колеса. Нагрузочная способность зацепления напрямую зависит от модуля зубьев, а следовательно, и диаметра колеса. Увеличение нагрузочной способности ведет к увеличению диаметра колеса и скорости движения рейки при прочих равных условиях.For the prototype, we choose the usual rack gearing with the teeth of the involute profile described above (A.F. Krainev. Dictionary-reference on the mechanisms. M .: "Engineering", 1987. p. 381), as having the greatest number of features common with the proposed solution. It contains an engaged gear and a gear rack. The wheel and the rack are installed with the possibility of translational movement relative to each other. The speed of translational movement of the rack is directly proportional to the diameter of the wheel. The loading ability of gearing directly depends on the tooth modulus and, consequently, on the diameter of the wheel. An increase in load capacity leads to an increase in wheel diameter and rail speed, all other things being equal.

Таким образом, задачей изобретения является создание малогабаритного простого и надежного реечного зацепления для линейного привода.Thus, the object of the invention is to provide a compact simple and reliable rack gear for linear drive.

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является повышение нагрузочной способности зацепления при тех же габаритах, а также возможность получения не высоких скоростей перемещения рейки независимо от габаритов колеса, (а зависящих только от углового шага рейки).The technical result achieved by the invention is to increase the load-bearing ability of the meshing at the same dimensions, as well as the possibility of obtaining not high rack speeds irrespective of the dimensions of the wheel (but depending only on the angular pitch of the rack).

Для решения указанной задачи реечное зацепление, как и прототип, содержит зубчатое колесо и зубчатую рейку, установленные с возможностью поступательного перемещения друг относительно друга. В отличие от прототипа колесо и рейка выполнены с косыми зубьями, причем колесо выполнено с одним зубом с профилем в торцовом сечении колеса в виде окружности, эксцентрично смещенной относительно оси вращения колеса, и косой зуб колеса образован последовательным и непрерывным поворотом этих торцовых сечений вокруг оси колеса с образованием винтовой поверхности, а рейка имеет винтовые зубья циклоидального профиля, сопряженные с винтовой поверхностью колеса и обеспечивающие линейный контакт зубьев. Для непрерывной передачи движения угол осевого перекрытия зубчатого колеса и рейки должен превышать 180 градусов.To solve this problem, rack and pinion, like the prototype, contains a gear and a gear rack mounted with the possibility of translational movement relative to each other. Unlike the prototype, the wheel and the rack are made with bevel teeth, and the wheel is made with one tooth with a profile in the end section of the wheel in the form of a circle eccentrically offset relative to the axis of rotation of the wheel, and the oblique tooth of the wheel is formed by sequential and continuous rotation of these end sections around the wheel axis with the formation of a helical surface, and the rail has helical teeth of a cycloidal profile, conjugated with the helical surface of the wheel and providing linear contact of the teeth. For continuous transmission of motion, the angle of axial overlap of the gear wheel and rack should exceed 180 degrees.

Как всякое косозубое зацепление, данное зацепление будет иметь осевые составляющие силы. Для того чтобы их устранить, зубья колеса и рейки целесообразно выполнить шевронными.Like any helical gearing, this gearing will have axial force components. In order to eliminate them, the teeth of the wheels and racks, it is advisable to perform chevron.

Возможен и второй вариант реализации изобретательского замысла, составляющего сущность настоящего изобретения. Зубчатые профили колеса и рейки в этом случае выполняются не косозубыми, а составными из пакетов, по меньшей мере, трех одинаковых венцов. Венцы в каждом пакете смещены по фазе друг относительно друга на шаг соответствующего венца, деленный на число венцов. Каждый венец колеса представляет собой эксцентрично смещенную относительно оси колеса окружность, а каждый венец рейки имеет зубья циклоидального профиля. Так как колесо в предлагаемом зацеплении имеет всего один зуб, то отдельные его венцы должны быть повернуты друг относительно друга на угол, равный 360 градусов, деленный на число венцов. У колеса, составленного из трех венцов, венцы повернуты друг относительно друга на угол 120 градусов. Для рейки с тремя венцами венцы будут смещены друг относительно друга вдоль направления поступательного движения рейки на 1/3 часть линейного шага рейки. При увеличении числа венцов с одновременным уменьшением их толщины второй вариант изобретения стремится к первому.A second embodiment of the inventive concept constituting the essence of the present invention is also possible. The gear profiles of the wheel and the racks in this case are not helical, but made up of packets of at least three identical crowns. The crowns in each packet are phase shifted relative to each other by the step of the corresponding crown divided by the number of crowns. Each wheel rim is a circle eccentrically offset relative to the axis of the wheel, and each bar rim has teeth of a cycloidal profile. Since the wheel in the proposed gearing has only one tooth, its individual crowns should be rotated relative to each other by an angle equal to 360 degrees divided by the number of crowns. In a wheel composed of three crowns, the crowns are rotated relative to each other by an angle of 120 degrees. For a rail with three crowns, the crowns will be offset relative to each other along the direction of translational movement of the rail by 1/3 of the linear pitch of the rail. With an increase in the number of rims with a simultaneous decrease in their thickness, the second embodiment of the invention tends to the first.

Изобретение иллюстрируется графическими материалами, где на фиг.1 представлен общий вид первого варианта предлагаемого реечного зацепления. На фиг.2 показано то же зацепление, вид с торца. На фиг.3 и 4 приведены схемы, поясняющие формирование циклоидального профиля зубчатой рейки с разным линейным шагом. Фиг.5 иллюстрирует зацепление шевронных зубьев. На фиг.6 показан общий вид второго варианта зацепления колеса и рейки, составленных из 6 венцов.The invention is illustrated in graphic materials, where in Fig.1 shows a General view of the first variant of the proposed rack gear. Figure 2 shows the same meshing, end view. Figures 3 and 4 are diagrams explaining the formation of the cycloidal profile of the rack with different linear steps. 5 illustrates engagement of chevron teeth. Figure 6 shows a General view of the second variant of the engagement of the wheels and racks, composed of 6 crowns.

Зацепление, изображенное на фиг.1 и 2, образовано колесом 1 и зубчатой рейкой 2. Ось вращения ОО1 колеса 1 перпендикулярна направлению поступательного перемещения рейки 2, показанному на фигурах стрелкой. Колесо 1 выполнено с одним винтовым зубом с углом осевого перекрытия в 360 градусов. Винтовой зуб образован последовательным и непрерывным поворотом каждого торцевого сечения колеса 1, представляющим собой эксцентрично смещенную на расстояние е от оси вращения колеса окружность 3. Или образование винтового зуба можно рассматривать как равномерное и непрерывное перемещение эксцентрично смещенной окружности 3 вдоль оси OO1 с одновременным непрерывным поворотом этой окружности вокруг оси OO1. На фигурах штриховыми линиями 3', 3”, 3”',… обозначены окружности в торцевых сечениях колеса 1, выполненных через 60 градусов.The engagement shown in figures 1 and 2 is formed by the wheel 1 and the gear rack 2. The axis of rotation OO 1 of the wheel 1 is perpendicular to the direction of translational movement of the rack 2, shown in the figures by an arrow. Wheel 1 is made with one helical tooth with an axial overlap angle of 360 degrees. A helical tooth is formed by sequential and continuous rotation of each end section of the wheel 1, which is a circle 3 eccentrically offset by a distance e from the axis of rotation of the wheel. Or the formation of a helical tooth can be considered as uniform and continuous movement of an eccentrically displaced circle 3 along the OO 1 axis with simultaneous continuous rotation this circle around the axis OO 1 . In the figures, dashed lines 3 ', 3 ", 3"', ... indicate the circles in the end sections of the wheel 1, made after 60 degrees.

Винтовые зубья 4 рейки 2 в торцевых сечениях имеют форму циклоидальной кривой 5. Цифрами 5, 5', 5”, 5”' обозначены циклоидальные кривые в соседних сечениях рейки, сопрягающиеся с соответствующими эксцентричными окружностями 3, 3', 3”, 3”' в торцевых сечениях колеса 1. Поскольку по условиям построения каждая из окружностей 3, 3', 3”, 3'”,…, имеет точку контакта с соответствующими циклоидальными кривыми 5, 5', 5”, 5”',…, то зацепление колеса 1 с рейкой 2 будет иметь непрерывную линию контакта ВС.The helical teeth 4 of the rack 2 in the end sections have the shape of a cycloidal curve 5. The numbers 5, 5 ', 5 ”, 5” denote the cycloidal curves in adjacent sections of the rack, mating with the corresponding eccentric circles 3, 3', 3 ”, 3” in the end sections of the wheel 1. Since, according to the construction conditions, each of the circles 3, 3 ', 3 ”, 3” ”, ..., has a contact point with the corresponding cycloidal curves 5, 5', 5”, 5 ”, ..., then the engagement wheels 1 with rail 2 will have a continuous line of contact of the sun.

Для построения сопряженного с колесом 1 циклоидального профиля 5 зубчатой рейки 2 обратимся к схемам на фиг.3 и 4. Буквой О обозначен центр вращения колеса 1. Его зубчатый профиль представлен здесь окружностью 3, центр А которой смещен на расстояние е от центра вращения О. Для получения циклоидального профиля 5 рейки 2 построим из центра О окружность 6, касающуюся окружности 3. При качении этой окружности 6 по прямой 7 без проскальзывания ее точка А, совпадающая с центром окружности 3 и расположенная внутри окружности 6, описывает трохоиду (укороченную циклоиду) 8 с шагом t6. Эквидистанта этой трохоиды 8, смещенная на расстояние r (здесь r - есть радиус окружности 3 в торцевом сечении колеса 1), образует искомую циклоидальную кривую 5. Для получения более крутых фронтов циклоидальных зубьев рейки 2 следует построить трохоиду с меньшим шагом. Она образуется качением окружности 9 меньшего диаметра, как это показано на фиг.4. Окружность 9 здесь также построена с центром в точке О, но ее диаметр D9 меньше, чем диаметр DG образующей окружности 6 на фиг.3. При качении без проскальзывания окружности 9 по прямой 10 точка А, находящаяся внутри окружности 9, опишет трохоиду (укороченную циклоиду) 11, имеющую более крутые фронты, чем кривая 8. Эквидистанта трохоиды 11 и будет являться искомой циклоидальной кривой 12, которая формирует профиль зуба 4 рейки 2 с меньшим шагом t12. Для колеса 1, имеющего в сечении окружность одного и того же радиуса r с одним и тем же эксцентриситетом е, можно построить множество циклоидальных кривых, отличающихся величиной шага, а следовательно, и крутизной фронта зубьев. Уменьшение шага зуба рейки 2 ограничено только появлением эффекта подрезания зубьев.To construct a cycloidal profile 5 of gear rack 2 conjugated to wheel 1, we turn to the diagrams in Figs. 3 and 4. The letter O denotes the center of rotation of wheel 1. Its gear profile is represented here by a circle 3 whose center A is offset by a distance e from the center of rotation O. To obtain the cycloidal profile 5 of staff 2, we construct from the center O a circle 6 tangent to circle 3. When this circle 6 is rolled along a straight line 7 without slipping, its point A, coinciding with the center of circle 3 and located inside circle 6, describes a trochoid (shortened cycloid) 8 in increments of t 6 . The equidistant of this trochoid 8, shifted by a distance r (here r is the radius of the circle 3 in the end section of the wheel 1), forms the desired cycloidal curve 5. To obtain steeper fronts of the cycloidal teeth of rack 2, a trochoid with a smaller step should be constructed. It is formed by rolling a circle 9 of smaller diameter, as shown in Fig.4. The circle 9 is also constructed here with the center at the point O, but its diameter D 9 is smaller than the diameter D G of the generatrix of the circle 6 in FIG. 3. When rolling circle 9 without slipping along straight line 10, point A inside circle 9 will describe a trochoid (shortened cycloid) 11, which has steeper fronts than curve 8. The equidistant line of trochoid 11 will be the desired cycloidal curve 12, which forms tooth profile 4 rails 2 with a smaller pitch t 12 . For a wheel 1 having a cross section of a circle of the same radius r with the same eccentricity e, it is possible to construct many cycloidal curves that differ in the step size and, consequently, in the steepness of the tooth front. The reduction of the tooth pitch of the staff 2 is limited only by the appearance of the effect of cutting teeth.

Очевидно, что в зацеплении на фиг.3 длина пути DE, проходимого любой точкой окружности 3 за один полный ее оборот, примерно равна длине этой окружности. В зацеплении же на фиг.4 длина окружности 3 значительно превышает соответствующую длину пути GH. Поэтому зацепление на фиг.3 будет иметь меньшее проскальзывание, чем зацепление с большей кривизной фронта зубьев рейки на фиг.4. Однако у этого зацепления значительно хуже распределение действующих сил. Действительно, сила F взаимодействия зуба колеса 1 и зуба рейки 2 направлена перпендикулярно к профилям зубьев в точке контакта. Эту силу можно разложить на две взаимно перпендикулярные составляющие F1 и F2. Составляющая F1 направлена вдоль рейки и является собственно движущей силой, а составляющая F2 является силой, с которой колесо 1 прижимается к реке 2 (сила давления). Очевидно, что при равных моментах вращения колеса 1 действующая сила F1 для рейки с меньшим шагом будет больше, чем действующая сила для зацепления на фиг.3. Таким образом, в каждом конкретном случае для одного и того же колеса 1 выбор шага рейки 2 будет определяться требованиями к силовым характеристикам или КПД.Obviously, in the meshing of FIG. 3, the length of the path DE traversed by any point of the circle 3 in one full revolution thereof is approximately equal to the length of this circle. In the meshing in FIG. 4, the circumference 3 is significantly greater than the corresponding path length GH. Therefore, the engagement in FIG. 3 will have less slippage than engagement with a greater curvature of the front of the teeth of the rail in FIG. 4. However, this gearing has a much worse distribution of the acting forces. Indeed, the interaction force F of the tooth of the wheel 1 and the tooth of the rack 2 is directed perpendicular to the tooth profiles at the point of contact. This force can be decomposed into two mutually perpendicular components F 1 and F 2 . Component F 1 is directed along the rail and is actually the driving force, and component F 2 is the force with which the wheel 1 is pressed against the river 2 (pressure force). Obviously, with equal moments of rotation of the wheel 1, the effective force F 1 for the rack with a smaller pitch will be greater than the effective force for engagement in figure 3. Thus, in each case for the same wheel 1, the choice of the pitch of the rack 2 will be determined by the requirements for power characteristics or efficiency.

Как у всякого косозубого зацепления, в предлагаемом зацеплении имеется составляющая силы, направленная вдоль оси колеса и стремящаяся сместить колесо относительно рейки. Для того чтобы предотвратить осевое смещение в реечной передаче, следует применять радиально-упорные подшипники. Другим вариантом решения этой же задачи является выполнение венцов колеса и рейки шевронными, как это показано на фиг.5. Колесо 1 имеет по длине два участка 13 и 14, образованные винтовыми поверхностями с противоположным направлением. Окружность 3 в торцевом сечении колеса на участке 13 имеет непрерывный поворот вокруг эксцентрично смещенной оси OO1 по часовой стрелке, а на участке 14 - против часовой стрелки. Точно так же зубчатый венец рейки 2 состоит из двух участков с правыми 15 и левыми 16 циклоидальными зубьями, образованными фазовым сдвигом циклоидальной кривой 5 в противоположных направлениях.As with any helical gearing, in the proposed gearing there is a force component directed along the axis of the wheel and tending to shift the wheel relative to the rack. In order to prevent axial displacement in the rack and pinion, angular contact bearings should be used. Another option for solving the same problem is to make the rims of the wheel and rail chevron, as shown in Fig.5. Wheel 1 has two sections 13 and 14 in length, formed by helical surfaces in the opposite direction. The circle 3 in the end section of the wheel in section 13 has a continuous rotation around the eccentrically displaced axis OO 1 clockwise, and in section 14 - counterclockwise. Similarly, the toothed ring of the rack 2 consists of two sections with right 15 and left 16 cycloidal teeth formed by a phase shift of the cycloidal curve 5 in opposite directions.

Очевидно, что вследствие симметрии расположения зубьев осевые составляющие силы в шевронном зацеплении взаимно уравновешиваются.Obviously, due to the symmetry of the tooth arrangement, the axial components of the force in the chevron engagement are mutually balanced.

При всех достоинствах предлагаемое реечное зацепление достаточно сложно в изготовлении, требует наличия многокоординатных станков с ЧПУ. Эта же идея зацепления может быть реализована в другом варианте, более простом в изготовлении. Обратимся к схеме образования винтового профиля зуба колеса 1, изображенного на фиг.1 и 2. Если профиль зуба колеса 1 получать не непрерывным поворотом и смещением эксцентричной окружности 3 относительно оси вращения OO1 колеса 1, а разделить эти два движения, то получим ступенчатый профиль колеса 1, образованный отдельными повернутыми друг относительно друга одинаковыми венцами 17, 17', 17”, … (см. фиг.6). Каждый венец 17 образован цилиндром с эксцентрично смещенной окружностью в сечении. Соседние венцы 17, 17' повернуты друг относительно друга на угол, равный угловому шагу колеса, деленному на число венцов. На фиг.6 угловой шаг колеса 1 составляет 360 градусов, число венцов равно 6. Следовательно, соседние венцы 17 будут повернуты друг относительно друга на 60 градусов. Изготавливать такой ступенчатый профиль колеса можно либо из отдельных венцов, жестко скрепляемых вместе, либо выполняя колесо со ступенчатым профилем в виде единой детали наподобие коленчатого вала.With all the advantages, the proposed rack gearing is quite difficult to manufacture, it requires the presence of multi-axis CNC machines. The same concept of engagement can be realized in another embodiment, which is simpler to manufacture. Let us turn to the scheme of the formation of the helical profile of the tooth of the wheel 1, shown in Figs. 1 and 2. If the tooth profile of the wheel 1 is not obtained by continuously turning and shifting the eccentric circle 3 relative to the axis of rotation OO 1 of the wheel 1, but to separate these two movements, we obtain a step profile wheels 1, formed by separate identical rims 17, 17 ′, 17 ”, ..., rotated relative to each other (see Fig. 6). Each crown 17 is formed by a cylinder with an eccentrically offset circle in cross section. The adjacent crowns 17, 17 'are rotated relative to each other by an angle equal to the angular pitch of the wheel divided by the number of crowns. 6, the angular pitch of the wheel 1 is 360 degrees, the number of crowns is 6. Therefore, adjacent crowns 17 will be rotated relative to each other by 60 degrees. Such a stepped profile of a wheel can be made either from individual crowns rigidly fastened together, or by performing a stepped profile wheel in the form of a single part like a crankshaft.

Аналогично строится и составной зубчатый профиль рейки 2, только отдельные венцы 18, 18', 18”, 18”', …, сдвинуты относительно друг друга вдоль рейки на расстояние, равное шагу рейки, деленному на число венцов. В общем случае про венцы составного колеса и составной рейки можно сказать, что они смещены относительно друг друга по фазе и смещение равно шагу соответствующего венца, деленному на число венцов. Каждая пара венцов 17 и 18 колеса 1 и рейки 2 контактирует по прямой линии, и общая линия контакта профилей представляет собой кусочно-непрерывную ломаную кривую. У зацепления со ступенчатыми профилями колеса и рейки нет проблемы осевой составляющей силы, так как его можно рассматривать как суперпозицию попарных зацеплений отдельных прямозубых венцов. Следует отметить, что, увеличивая число венцов в зацеплении, мы будем приближаться к первому варианту зацепления с косыми винтовыми зубьями. В свою очередь, зацепление с косыми зубьями можно рассматривать как зацепление ступенчатых профилей, где число венцов бесконечно велико, а смещение по фазе между соседними венцами бесконечно мало.A composite gear profile of the rack 2 is constructed in the same way, only individual crowns 18, 18 ', 18 ”, 18”, ..., are shifted relative to each other along the rail by a distance equal to the pitch of the rail divided by the number of crowns. In the general case, it is possible to say about the crowns of the composite wheel and the composite rail that they are offset in phase with respect to each other and the displacement is equal to the step of the corresponding crown divided by the number of crowns. Each pair of rims 17 and 18 of the wheel 1 and the rack 2 contacts in a straight line, and the common contact line of the profiles is a piecewise continuous broken curve. Gearing with stepped wheel and rack profiles 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 crowns in engagement, we will approach the first variant of engagement with helical helical teeth. In turn, engagement with oblique teeth can be considered as engagement of stepped profiles, where the number of crowns is infinitely large, and the phase displacement between adjacent crowns is infinitely small.

Рассмотрим работу зацепления, изображенного на фиг.1-2. При вращении колеса 1 вокруг оси OO1 эксцентрично расположенная относительно оси окружность 3 (3', 3”, 3”' и т.д.) в любом торцовом сечении колеса 1 контактирует с циклоидальным профилем 5 (5', 5”, 5”', …) рейки 2 в том же сечении. Пусть колесо 1 вращается по часовой стрелке, 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 перемещение рейки 2 в ту же сторону на величину, равную половине ее углового шага. После половины оборота колеса 1 окружность 3 придет в контакт с впадиной циклоидального профиля 5 рейки 2 и на следующей половине оборота в этом сечении силового воздействия на рейку 2 не будет. Аналогичные рассуждения можно привести и для других торцовых сечений колеса 1 и рейки 2, где силовой контакт зацепляющихся профилей будет осуществляться только на половине оборота колеса 1. Если при этом угол осевого перекрытия колеса 1 будет равен или больше 180 градусов, то силовой контакт будет соответствовать полному обороту колеса 1. Это означает, что перемещение рейки 2 будет непрерывным и за один оборот колеса 1 рейка 2 переместится в продольном направлении на один зуб. Т.е. скорость перемещения рейки 2 определяется только шагом ее зубьев и не зависит от диаметра колеса 1, как это было в прототипе. Кроме того, при одинаковых диаметрах колес в прототипе и в предлагаемом изобретении размеры зуба колеса и рейки по изобретению будут значительно больше, чем у прототипа с эвольвентным зацеплением. Следовательно, значительно выше будет и нагрузочная способность предлагаемого реечного зацепления.Consider the operation of the gearing depicted in figure 1-2. When the wheel 1 rotates around the axis OO 1, 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 5 (5', 5 ”, 5” ', ...) rail 2 in the same section. Let wheel 1 rotate clockwise, 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, begins to put pressure on the tooth, causing the rack 2 to move in the same direction by an amount equal to half its angular pitch. After half a revolution of wheel 1, circle 3 will come into contact with the depression of the cycloidal profile 5 of rail 2 and there will be no force on rail 2 in this section of the revolution. Similar reasoning can be given for other end sections of the wheel 1 and rail 2, where the engaging profiles will be force contact only at half a turn of wheel 1. If the axial overlap angle of wheel 1 is equal to or greater than 180 degrees, then the force contact will correspond to full wheel revolution 1. This means that the movement of the rack 2 will be continuous and for one revolution of the wheel 1, the rack 2 will move in the longitudinal direction by one tooth. Those. the speed of movement of the rack 2 is determined only by the pitch of its teeth and does not depend on the diameter of the wheel 1, as it was in the prototype. In addition, with the same wheel diameters in the prototype and in the present invention, the dimensions of the tooth of the wheel and rack according to the invention will be significantly larger than that of the prototype with involute engagement. Consequently, the load capacity of the proposed rack gear will be significantly higher.

Если угол осевого перекрытия колеса 1 меньше 180 градусов, то в зацеплении появятся «мертвые зоны», в которых движение не передается. Однако зацепление и в этом случае может быть работоспособным, если требуемое возвратно-поступательное перемещение рейки 2 меньше ее углового шага. Кроме того, зацепление работоспособно и в случае, когда колесо 1 имеет большую маховую массу, инерция которой преодолевает «мертвые зоны» зацепления.If the angle of axial overlap of the wheel 1 is less than 180 degrees, then “dead zones” will appear in the engagement in which movement is not transmitted. However, engagement in this case can also be workable if the required reciprocating movement of the rack 2 is less than its angular pitch. In addition, the meshing is functional also in the case when the wheel 1 has a large flywheel mass, the inertia of which overcomes the "dead zones" of the meshing.

Работа реечного зацепления по второму варианту практически не отличается от вышеописанного. Момент движения передается последовательно различными парами венцов составного колеса и составной рейки, т.е. венцами 17-18, 17'-18', 17”-18” и т.д.The rack gear operation of the second embodiment is practically no different from the above. The moment of movement is transmitted sequentially by different pairs of rims of the composite wheel and the composite rail, i.e. crowns 17-18, 17'-18 ', 17 ”-18”, etc.

Claims (4)

1. Реечное зацепление для линейного привода, содержащее зубчатое колесо и зубчатую рейку, установленные с возможностью поступательного перемещения относительно друг друга и находящиеся в зацеплении, отличающееся тем, что колесо и рейка выполнены с косыми зубьями, причем колесо выполнено с одним зубом с профилем в торцовом сечении колеса в виде окружности, эксцентрично смещенной относительно оси вращения колеса, и косой зуб колеса образован последовательным и непрерывным поворотом этих торцовых сечений вокруг оси колеса с образованием винтовой поверхности, а рейка имеет винтовые зубья циклоидального профиля, сопряженные с винтовой поверхностью колеса и обеспечивающие линейный контакт зубьев.1. Rack and pinion for a linear drive containing a gear and a gear rack, mounted for translational movement relative to each other and being engaged, characterized in that the wheel and rack are made with bevel teeth, and the wheel is made with one tooth with a profile in the end section of the wheel in the form of a circle eccentrically offset relative to the axis of rotation of the wheel, and the oblique tooth of the wheel is formed by sequential and continuous rotation of these end sections around the axis of the wheel with the formation intovoy surface and the rake teeth has helical cycloidal profile conjugate with helical wheel surface and provide line contact teeth. 2. Реечное зацепление по п.1, отличающееся тем, что угол осевого перекрытия колеса превышает 180°.2. The rack gear according to claim 1, characterized in that the angle of axial overlap of the wheel exceeds 180 °. 3. Реечное зацепление по п.1 или 2, отличающееся тем, что зубья колеса и рейки выполнены шевронными.3. The rack gear according to claim 1 or 2, characterized in that the teeth of the wheel and the racks are made chevron. 4. Реечное зацепление для линейного привода, содержащее зубчатое колесо и зубчатую рейку, установленные с возможностью поступательного перемещения относительно друг друга и находящиеся в зацеплении, отличающееся тем, что зубчатый профиль и колеса, и рейки выполнен в виде пакета, по меньшей мере, трех одинаковых зубчатых венцов каждый, венцы в каждом пакете смещены относительно друг друга по фазе на шаг соответствующего венца, деленный на число венцов, и жестко связаны между собой, причем каждый зубчатый венец колеса имеет один зуб, профиль которого в торцовом сечении очерчен эксцентрично смещенной относительно оси колеса окружностью, а каждый зубчатый венец рейки имеет профиль циклоидальной формы. 4. Rack and pinion for a linear actuator containing a gear and a gear rack, mounted for translational movement relative to each other and being engaged, characterized in that the gear profile and the wheels and racks are made in the form of a packet of at least three identical each gear, the crowns in each package are displaced in relation to each other in phase by the step of the corresponding gear, divided by the number of gears, and are rigidly interconnected, with each gear wheel having one tooth, profile which in the end section is outlined by a circle eccentrically displaced relative to the axis of the wheel, and each gear ring gear has a profile of cycloidal shape.
RU2008115365/11A 2008-04-18 2008-04-18 Rack toothing for linear drive (versions) RU2362925C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008115365/11A RU2362925C1 (en) 2008-04-18 2008-04-18 Rack toothing for linear drive (versions)
PCT/RU2009/000301 WO2009134169A2 (en) 2008-04-18 2009-06-15 Rack toothing for a linear drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008115365/11A RU2362925C1 (en) 2008-04-18 2008-04-18 Rack toothing for linear drive (versions)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2362925C1 true RU2362925C1 (en) 2009-07-27

Family

ID=41048492

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008115365/11A RU2362925C1 (en) 2008-04-18 2008-04-18 Rack toothing for linear drive (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2362925C1 (en)

Cited By (3)

* 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)
CN105121910A (en) * 2012-12-18 2015-12-02 伦策驱动有限公司 Gear and transmission comprising such a gear
RU2720609C1 (en) * 2019-01-10 2020-05-12 Александр Евгеньевич Курков Linear rack-and-pinion drive of sucker rod pump for oil production (embodiments)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АРТОБОЛЕВСКИЙ И.И. Механизмы в современной технике. Т.3. - М.: Наука, 1973, с.69, схема 66. *

Cited By (3)

* 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)
CN105121910A (en) * 2012-12-18 2015-12-02 伦策驱动有限公司 Gear and transmission comprising such a gear
RU2720609C1 (en) * 2019-01-10 2020-05-12 Александр Евгеньевич Курков Linear rack-and-pinion drive of sucker rod pump for oil production (embodiments)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8157691B2 (en) Toothed wheel gearing (variants) and a planetary toothed mechanism based thereon (variants)
RU2385435C1 (en) Eccentric-cycloidal engagement of complex tooth profiles
US7086304B2 (en) Roller cam assembly
RU2416748C1 (en) Eccentric-cycloid engagement of tooth profiles with curvilinear teeth
CN106402285B (en) Eccentric swinging type planetary gear speed reducer capable of increasing output torque
RU2338105C1 (en) Curved-tooth gear engagement (versions) and planetary transmission incorporating it
CN104728354A (en) Prepressing compensation anti-backlash speed reducer
WO2017064549A2 (en) Internally meshed transmission mechanism
RU2362925C1 (en) Rack toothing for linear drive (versions)
CN111219447B (en) Cambered surface secondary envelope crown gear nutation transmission device
TWI431209B (en) Transmission mechanism having eccentric cam assemblies
Zhang et al. Introduction to mechanisms
DE202009010093U1 (en) Eccentric differential in 3 variants
WO2009134169A2 (en) Rack toothing for a linear drive
JPS6188072A (en) Removing device for angular backlash in planetary gear mechanism
CN104633062A (en) Double-cycloidal speed reducer
RU150803U1 (en) SELF-BRAKE PLANETARY CHAIN
RU2725323C1 (en) Cycloidal gear reducer
KR102007321B1 (en) Power transmission apparatus
JPH0621608B2 (en) Angle Backlash Removal Device in Planetary Gear Mechanism
TW201441507A (en) Cycloid gear
CN109780141B (en) Conjugate cam hypocycloid speed reducer
RU2338103C1 (en) Eccentric cycloid reduction gear with preliminary stage
RU2355923C1 (en) Planetary gear mechanism with doubled satellites
RU2360160C1 (en) Eccentric planetary gear of internal engagement

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200419