RU2510605C1

RU2510605C1 - Lantern wheel reducer of external gearing

Info

Publication number: RU2510605C1
Application number: RU2012145396/11A
Authority: RU
Inventors: Валерий Петрович Вигаев
Original assignee: Валерий Петрович Вигаев; Михов Александр Петрович
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2014-04-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to machine building. A lantern wheel reducer of external gearing comprises a lantern wheel (2) installed on a master shaft (1) with teeth in the form of lanterns (5), having the shape of round cylinders and capable of their rotation relative to their longitudinal axes. On a slave shaft (3), parallel to a master shaft (1), there is a slave wheel (4) with teeth, the shape of slots (6) between which is arranged as equidistant to an epicycloid. In the slave wheel (4) inside each of teeth there is a movable damper in the form of a spring-loaded bent channel. The working surface (7) of each slot (6) is made is concave with the possibility to roll in an appropriate lantern (5) into the slot (6) along the tangent to its working surface (7). Cross dimensions of each slot (6) are selected as exceeding the diameter of the lanterns (5) to form a gap between the surface (8), opposite to the working surface (7), and a rolling-in lantern (5).

EFFECT: reducer has high operational efficiency due to reduction of losses for friction in tooth gearing, which helps to increase efficiency of a mechanism, lower wear of surfaces (7, 8) of teeth, smoothness of travel, low level of noise, possibility of reverse, reduced probability of wedging of a mechanism, expanded possibilities for selection of different angular speeds of wheels.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться в передаточных механизмах цевочного типа для передачи крутящего момента и преобразования скорости вращения валов.The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used in transmission gears of the pin type for transmitting torque and converting the speed of rotation of the shafts.

Известны цевочные редукторы, содержащие два зубчатых колеса с параллельными продольными осями, в одном из которых зубья выполнены в виде цевок в форме круговых цилиндров, а в другом выполнены по эквидистанте (равноотстоящей кривой) к эпи- или гипоциклоиде, при этом может быть реализовано как внешнее, так и внутренне зацепление (Литвин Ф.Л. Проектирование механизмов и деталей приборов. Л.: 1973, «Машиностроение», с.333-336).Known sprocket gears containing two gears with parallel longitudinal axes, in one of which the teeth are made in the form of spindles in the form of circular cylinders, and in the other are made according to the equidistant (equidistant curve) to the epi- or hypocycloid, and can be implemented as an external , and internal gearing (Litvin F.L. Design of mechanisms and parts of devices. L .: 1973, "Mechanical Engineering", s.333-336).

Такие редукторы эффективны для передачи незначительных усилий. Изготовление таких редукторов, зацепление в которых является циклоидальным, требует прецизионного нарезания зубьев, что трудоемко и требует значительных затрат. При изготовлении колеса, зацепляемого с цевочным, вынуждены прибегать к дополнительному упрочнению поверхности зубьев. Из-за значительного трения в зубчатом зацеплении ускоряется износ поверхностей зубьев.Such gearboxes are effective for transmitting low forces. The manufacture of such gearboxes, in which gearing is cycloidal, requires precision cutting of teeth, which is laborious and requires significant costs. In the manufacture of a wheel engaged with a sprocket, they are forced to resort to additional hardening of the surface of the teeth. Due to significant friction in the gearing, the wear of the tooth surfaces is accelerated.

Уменьшить потери на трение позволяет выполнение цевок вращающимися относительно своих продольных осей.To reduce friction losses allows the execution of the handlebars rotating relative to their longitudinal axes.

Известен, например, цевочный редуктор, выполненный в виде торцевой цевочной передачи, в котором трение между зубьями заменено на трение качения за счет выполнения цевок, установленных на закрепленных на венце внутреннего колеса, свободно вращающимися относительно своих продольных осей (RU 84488 U1, 2009).Known, for example, is a gear reducer, made in the form of an end gear, in which the friction between the teeth is replaced by rolling friction due to the execution of the sprockets mounted on the inner wheel mounted on the crown, freely rotating relative to their longitudinal axes (RU 84488 U1, 2009).

Однако внешнее колесо в таком редукторе также сложно в изготовлении, поскольку требует реализации повышенных требований по прочности.However, the outer wheel in such a gearbox is also difficult to manufacture, since it requires the implementation of increased strength requirements.

Известны и другие цевочные редукторы, например, получившие распространение планетарные цевочные редукторы (SU 1551897 А1, 1990;Other pinwheel gearboxes are also known, for example, planetary pinwheel gearboxes (SU 1551897 A1, 1990;

RU 23477 U1, 2002; RU 2285163 Cl, 2006; RU 2327917C1, 2008; US 3977275 А1, 1976; W 003/019041 А1, 2003).RU 23477 U1, 2002; RU 2285163 Cl, 2006; RU 2327917C1, 2008; US 3977275 A1, 1976; W 003/019041 A1, 2003).

Таким редукторам присущи указанные выше недостатки, кроме того, их функциональное назначение ограничено особенностями конструкции, связанными с планетарным характером выполнения ведущих и ведомых колес.Such gearboxes are characterized by the above disadvantages, in addition, their functional purpose is limited by design features associated with the planetary nature of the drive and driven wheels.

Из известных устройств наиболее близким к предложенному является цевочный редуктор внешнего зацепления, содержащий установленное на ведущем валу цевочное колесо с зубьями, выполненными в виде цевок в форме круговых цилиндров с обеспечением возможности вращения относительно своих продольных осей, и установленное на ведомом валу, параллельном ведущему валу, снабженное зубьями ведомое колесо, форма пазов между зубьями которого выполнена по эквидистанте к эпициклоиде (Большая советская энциклопедия. Цевочный механизм. БСЭ 1969-1978 (по ссылке http:bse.sci-lib.com/articlel 20354.html).Of the known devices, the closest to the proposed gearbox is an external gearing gear comprising a sprocket mounted on the drive shaft with teeth made in the form of sprockets in the form of circular cylinders with the possibility of rotation relative to their longitudinal axes, and mounted on a driven shaft parallel to the drive shaft, equipped with teeth driven wheel, the shape of the grooves between the teeth of which is made on an equidistant to the epicycloid (Great Soviet Encyclopedia. Chaining mechanism. BSE 1969-1978 (by reference e http: bse.sci-lib.com/articlel 20354.html).

Такой редуктор обладает небольшими потерями на трение и малым износом поверхностей зубьев. Однако его эксплуатационная эффективность недостаточно высока, что связано с трудностью обеспечения плавной передачи нагрузки от цевочного колеса. Надежность и долговечность такого редуктора, как и других аналогичных цевочных редукторов, невысоки из-за возникновения при его эксплуатации ударных нагрузок при вхождении цевок в пазы ведомого колеса. Чтобы повысить надежность и долговечность редуктора требуется упрочнять все стенки пазов между зубьями ведомого колеса, что удорожает изготовление редуктора. Кроме того, размеры пазовSuch a gearbox has low friction losses and low wear of the tooth surfaces. However, its operational efficiency is not high enough, which is associated with the difficulty of ensuring smooth transmission of the load from the pinion wheel. The reliability and durability of such a gearbox, as well as other similar pinion gearboxes, are low due to the occurrence of shock loads during its operation when the gearboxes enter the slots of the driven wheel. To increase the reliability and durability of the gearbox, it is necessary to strengthen all the walls of the grooves between the teeth of the driven wheel, which makes the manufacture of the gearbox more expensive. In addition, the dimensions of the grooves

требуют прецизионной точности при изготовлении, что также удорожает редуктор.require precision manufacturing precision, which also makes the gearbox more expensive.

Задача, решаемая изобретением, состоит в создании цевочного редуктора внешнего зацепления, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в повышении эксплуатационной эффективности цевочного редуктора внешнего зацепления и снижении расходов на его изготовление.The problem solved by the invention is to create a pinion gearbox external gearing, devoid of the disadvantages of the prototype. The technical result provided by the invention is to increase the operational efficiency of the pinion gear of the external gearing and reduce the cost of its manufacture.

Это достигается тем, что в цевочном редукторе внешнего зацепления, содержащем установленное на ведущем валу цевочное колесо с зубьями, выполненными в виде цевок в форме круговых цилиндров с обеспечением возможности вращения относительно своих продольных осей, и установленное на ведомом валу, параллельном ведущему валу, снабженное зубьями ведомое колесо, форма пазов между зубьями которого выполнена по эквидистанте к эпициклоиде, в ведомом колесе внутри каждого из его зубьев размещен подвижный демпфер, выполненный в виде подпружиненного швеллера, рабочая часть которого образует рабочую поверхность соответствующего паза и выполнена вогнутой из условия обеспечения возможности вкатывания соответствующей цевки в паз по касательной к его рабочей поверхности, при этом поперечные размеры каждого из пазов выбраны превышающими диаметр цевок с образованием зазора между поверхностью паза, противоположной рабочей, и вкатывающейся цевкой. Расстояние ρ от продольной оси вкатывающейся цевки до продольной оси ведомого колеса и угол β между совпадающими поперечными осями цевочного и ведомого колес и положением вкатывающейся цевки относительно этих поперечных осей в сторону цевочного колеса преимущественно могут быть выбраны из выражений:This is achieved by the fact that in the pinion gearbox of external gearing containing the pinion wheel mounted on the drive shaft with teeth made in the form of pin-rings in the form of circular cylinders with the possibility of rotation relative to their longitudinal axes, and mounted on the driven shaft parallel to the drive shaft, equipped with teeth driven wheel, the shape of the grooves between the teeth of which is made equidistant to the epicycloid, in the driven wheel inside each of its teeth there is a movable damper made in the form of a spring-loaded channel, the working part of which forms the working surface of the corresponding groove and is made concave from the condition that it is possible to drive the corresponding tine into the groove tangentially to its working surface, while the transverse dimensions of each of the grooves are chosen to exceed the diameter of the tines with the formation of a gap between the surface of the groove opposite the working and rolling tsevka. The distance ρ from the longitudinal axis of the rolling pin to the longitudinal axis of the driven wheel and the angle β between the coincident transverse axes of the pin and driven wheels and the position of the rolling pin relative to these transverse axes towards the pin wheel can mainly be selected from the expressions:

$ρ = \sqrt{{(R + r - R \sin α)}^{2} + {(R \cos α)}^{2}}$

ρ = \sqrt{{(R + r - R \sin α)}^{2} + {(R \cos α)}^{2}}

,,

$β = \tan^{- 1} (\frac{R \sin α}{R + r - R \sin α})$

β = \tan^{- one} (\frac{R \sin α}{R + r - R \sin α})

,,

где R - радиус цевочного колеса,where R is the radius of the pinion wheel,

r - малый радиус ведомого колеса,r is the small radius of the driven wheel,

α - угол между совпадающими поперечными осями цевочного и ведомого колес и положением вкатывающейся цевки относительно этих поперечных осей в сторону ведомого колеса. Каждая из цевок преимущественно может быть размещена в подшипнике, закрепленном на цевочном колесе.α is the angle between the coincident transverse axes of the sprocket and driven wheels and the position of the rolling sprocket relative to these transverse axes towards the driven wheel. Each of the lugs can advantageously be placed in a bearing mounted on the lug wheel.

Указанный технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков.The specified technical result is provided by the totality of essential features.

На фиг.1 показан общий вид цевочного редуктора внешнего зацепления. На фиг.2 показана схема зацепления колес редуктора. Фиг.3 поясняет параметры, входящие в выражения для преимущественного выбора координат рабочей поверхности пазов между зубьями ведомого колеса. На фиг.4 иллюстрировано размещение демпферов в зубьях ведомого колеса.Figure 1 shows a General view of the pinion gear external gearing. Figure 2 shows the gearing of the gear wheels. Figure 3 explains the parameters included in the expression for the preferential choice of the coordinates of the working surface of the grooves between the teeth of the driven wheel. Figure 4 illustrates the placement of dampers in the teeth of the driven wheel.

Цевочный редуктор внешнего зацепления содержит установленное на ведущем валу 1 цевочное колесо 2 и установленное на ведомом валу 3 ведомое колесо 4. Ведущий вал 1 параллелен ведомому валу 3. Цевочное колесо 1 снабжено зубьями, выполненными в виде цевок 5 в форме круговых цилиндров с возможностью их вращения относительно своих продольных осей. Цевки 5 могут быть размещены преимущественно в подшипниках, закрепленных на цевочном колесе 2 (на чертежах не показаны). Ведомое колесо 4 снабжено зубьями, форма пазов 6 между которыми выполнена по эквидистанте к эпициклоиде. Рабочая поверхность 7 каждого из пазов 6 ведомого колеса 4 выполнена вогнутой из условия обеспечения возможности вкатывания в него соответствующей цевки 5 по касательной к рабочей поверхности 7 паза 6. Поперечные размеры каждого из пазов 6 выбраны превышающими диаметр цевок 5 с образованием зазора между поверхностью 8 паза 6, противоположной рабочей поверхности 7, и вкатывающейся цевкой 5, например величиной 0,5-1 мм. Поверхность 8 пазов 6 в общем случае может иметь как выпуклую форму, так и иную, например плоскую. Внутри каждого из зубьев ведомого колеса 4 размещен (утоплен) подвижный демпфер 9, выполненный в виде швеллера 10, преимущественно в поперечном сечении П-образной формы, подпружиненного посредством пружины 11, например цилиндрической, работающей на сжатие. Швеллер 10 может совершать вращательно-колебательные движения относительно своей оси 12 поворота, отклоняясь от движущейся по пазу 6 цевки 5 на угол 5-10°. Рабочая часть швеллеров 10 образует вогнутую рабочую поверхность 7 пазов 6. Выбор координат рабочей поверхности 7 пазов 6 преимущественно может быть выполнен в соответствии с указанными выражениями - для расстояния от продольной оси вкатывающейся цевки 5 до продольной оси ведомого колеса 4 и для угла между совпадающими поперечными осями цевочного 2 и ведомого 4 колес и положением вкатывающейся цевки 5 относительно этих поперечных осей в сторону цевочного колеса 2, в зависимости от радиуса цевочного колеса 2, малого радиуса ведомого колеса 4 и угла между совпадающими поперечными осями цевочного 2 и ведомого 4 колес и положением вкатывающейся цевки 5 относительно этих поперечных осей в сторону ведомого колеса 4.The external gear pinion gear includes a pinion wheel 2 mounted on the drive shaft 1 and a driven wheel 4 mounted on the driven shaft 3. The drive shaft 1 is parallel to the driven shaft 3. The pinion gear 1 is provided with teeth made in the form of pin 5 in the form of circular cylinders with the possibility of rotation relative to its longitudinal axes. The lugs 5 can be placed mainly in bearings mounted on the lug wheel 2 (not shown in the drawings). The driven wheel 4 is equipped with teeth, the shape of the grooves 6 between which is made equidistant to the epicycloid. The working surface 7 of each of the grooves 6 of the driven wheel 4 is made concave from the condition that it is possible to drive the corresponding pin 5 into it tangentially to the working surface 7 of the groove 6. The transverse dimensions of each of the grooves 6 are selected to exceed the diameter of the pin 5 with the formation of a gap between the surface 8 of the groove 6 opposite to the working surface 7, and the rolling pin 5, for example, a value of 0.5-1 mm The surface 8 of the grooves 6 in the General case can have both a convex shape and another, for example flat. Inside each of the teeth of the driven wheel 4 is placed (recessed) a movable damper 9, made in the form of a channel 10, mainly in the cross section of a U-shape, spring-loaded by means of a spring 11, for example, a cylindrical compression one. The channel 10 can make rotational-oscillatory movements about its axis of rotation 12, deviating from the moving on the groove 6 of the forearm 5 at an angle of 5-10 °. The working part of the channels 10 forms a concave working surface 7 of the grooves 6. The selection of the coordinates of the working surface 7 of the grooves 6 can mainly be made in accordance with the specified expressions - for the distance from the longitudinal axis of the rolling pin 5 to the longitudinal axis of the driven wheel 4 and for the angle between the coincident transverse axes the forearm 2 and the driven 4 wheels and the position of the rolling forearm 5 relative to these transverse axes towards the forearm 2, depending on the radius of the forearm 2, the small radius of the driven wheel 4 and the gap between the coincident transverse axes of the forearm 2 and the driven 4 wheels and the position of the rolling forearm 5 relative to these transverse axes towards the driven wheel 4.

При возникновении крутящего момента на ведущем валу 1 цевки 5 цевочного колеса 2 начинают плавно вкатываться в соответствующий паз 6 ведомого колеса 4, и усилие передается на ведомый вал 3. При этом вкатывание осуществляется по касательной к вогнутой рабочей части демпферов 9, соответствующей рабочей поверхности 7 пазов 6. Демпферы 9 за счет действия пружин 11, наряду с касательным характером вкатывания цевок 5, обеспечивают смягчение момента касания цевок 5 и рабочей поверхности 7 при вхождении цевок 5 в пазы 6. Это полностью устраняет возможность ударов при зацеплении и снижает износ цевок 5 и рабочей поверхности 7 пазов 6. Поскольку цевки 5 совершают периодические качения только по рабочим поверхностям 7 ведомого колеса 4, то и нагрузка передается от цевок 5 только на эти поверхности. Поэтому отпадает необходимость упрочнения всего ведомого колеса 4 или его зубьев и требуется упрочнение лишь вогнутой части швеллеров 10. При этом сами пазы 6 не требуют прецизионной точности при изготовлении. Это значительно удешевляет редуктор. Пониженный коэффициент трения способствует повышению КПД механической системы в целом. За счет примененной конструкции зацепления снижается износ поверхностей зубьев, повышается плавность хода и обеспечивается отсутствие вибраций и снижение уровня шума. Поскольку в цевочном редукторе внешнего зацепления соотношение радиусов ведущего (цевочного) 2 и ведомого 4 колес может выбираться в широком диапазоне и практически неограниченно, соотношение их угловых скоростей может сильно варьироваться. При выполнении поверхностей 7 и 8 пазов 6 симметричными возможно осуществление реверса направления вращения колес 2 и 4. Конструкция редуктора также снижает вероятность заклинивания механизма при нарушении юстировки взаимного расположения колес 2 и 4 в любой из плоскостей. Все это повышает эксплуатационную эффективность редуктора.When a torque occurs on the drive shaft 1, the yokes 5 of the pin wheel 2 begin to smoothly roll into the corresponding groove 6 of the driven wheel 4, and the force is transmitted to the driven shaft 3. In this case, the rolling is carried out tangentially to the concave working part of the dampers 9, corresponding to the working surface of 7 grooves 6. The dampers 9 due to the action of the springs 11, along with the tangential nature of the driving of the coils 5, mitigate the moment of touching the coils 5 and the working surface 7 when the coils 5 enter the grooves 6. This completely eliminates the possibility of l beats when engaged and reduces wear of the yokes 5 and the working surface 7 of the grooves 6. Since the yokes 5 perform periodic rolling only along the working surfaces 7 of the driven wheel 4, the load is transmitted from the yokes 5 only to these surfaces. Therefore, there is no need to harden the entire driven wheel 4 or its teeth, and hardening of only the concave part of the channels 10 is required. Moreover, the grooves 6 themselves do not require precision accuracy in the manufacture. This significantly reduces the cost of the gearbox. The reduced coefficient of friction increases the efficiency of the mechanical system as a whole. Due to the applied meshing design, the wear of the tooth surfaces is reduced, the ride is improved and vibration free and the noise level is reduced. Since the ratio of the radii of the drive (pin) 2 and the driven 4 wheels in a pinion gearbox of external gearing can be selected in a wide range and almost unlimitedly, the ratio of their angular velocities can vary greatly. When the surfaces 7 and 8 of the grooves 6 are symmetrical, it is possible to reverse the direction of rotation of the wheels 2 and 4. The design of the gearbox also reduces the likelihood of jamming of the mechanism in case of misalignment of the relative position of the wheels 2 and 4 in any of the planes. All this increases the operational efficiency of the gearbox.

Цевочный редуктор внешнего зацепления, выполненный в соответствии с изобретением, обладает более высокой эксплуатационной эффективностью и требует меньших расходов при его изготовлении по сравнению с аналогичными. Он может использоваться в приводах машин и механизмов широкого назначения, где требуется передаточное отношение в диапазоне 1-100 при относительно высоком КПД (0,75-0,95). В том числе он эффективен в малых электростанциях, например ветроэлектрогенераторах.A pinion gearbox of external gearing, made in accordance with the invention, has higher operational efficiency and requires lower costs in its manufacture compared to similar ones. It can be used in drives of machines and general-purpose mechanisms where a gear ratio in the range of 1-100 is required with a relatively high efficiency (0.75-0.95). Including it is effective in small power plants, such as wind turbines.

Claims

1. A pinion gearbox of external gearing, comprising a pinion wheel mounted on a drive shaft with teeth made in the form of pin rings in the form of circular cylinders with the possibility of rotation relative to its longitudinal axes, and mounted on a driven shaft parallel to the drive shaft, a driven wheel equipped with teeth, shape the grooves between the teeth of which is made equidistant to the epicycloid, characterized in that in the driven wheel inside each of its teeth there is a movable damper made in the form of a spring-loaded a bent channel, the working part of which forms the working surface of the corresponding groove and is made concave from the condition that it is possible to drive the corresponding tine into the groove tangentially to its working surface, while the transverse dimensions of each groove are chosen to exceed the diameter of the tines with the formation of a gap between the groove surface opposite to the working , and rolling pin.

2. The sprocket gearbox according to claim 1, characterized in that the distance ρ from the longitudinal axis of the driving sprocket to the longitudinal axis of the driven wheel and the angle β between the coincident transverse axes of the sprocket and driven sprocket and the position of the rolling sprocket relative to these transverse axes towards the sprocket are expressions

,
where R is the radius of the pinion wheel,
r is the small radius of the driven wheel,
α is the angle between the coincident transverse axes of the sprocket and driven wheels and the position of the rolling sprocket relative to these transverse axes towards the driven wheel.

3. The pinion gearbox according to claim 1, characterized in that each pinion is placed in a bearing mounted on the pinion wheel.