RU2706764C1

RU2706764C1 - Double-flow reduction gear

Info

Publication number: RU2706764C1
Application number: RU2019114640A
Authority: RU
Inventors: Максим Николаевич Фадеев; Сергей Алексеевич Иванов; Николай Сергеевич Рочев
Priority date: 2019-05-13
Filing date: 2019-05-13
Publication date: 2019-11-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to double-flow reduction gearboxes for torque transfer. Double-flow reduction gear comprises housing, high-speed, intermediate and low-speed steps of gear transmission, combined with mechanism of torque division, containing left and right shafts of two flows. Intermediate stage consists of two symmetrical gear transmissions. Low-speed stage has two driving gears. Torque divider comprises cylindrical housing coaxially fitted in gear wheel of high-speed gear train and rigidly secured therein, and one rocker. Rocker ends are coupled with left and right shafts of two flows.

EFFECT: higher fabricability, reduced weight and dimensions of double-flow reduction gear.

1 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области общего машиностроения, в частности, к двухпоточным редукторам для передачи крутящего момента и может быть использовано в тяжелом машиностроении, судостроении, авиастроении для привода соответствующих механизмов.The proposed technical solution relates to the field of general engineering, in particular to dual-flow gearboxes for transmitting torque and can be used in heavy engineering, shipbuilding, aircraft manufacturing to drive the corresponding mechanisms.

Современные тенденции машиностроения требуют особых характеристик от двухпоточных редукторов. Существует ряд технических проблем, таких как сложность механизмов деления, низкая технологичность, повышенные поперечные габариты корпуса редуктора и его масса.Current trends in mechanical engineering require special characteristics from dual-flow gearboxes. There are a number of technical problems, such as the complexity of the division mechanisms, low manufacturability, increased transverse dimensions of the gear housing and its mass.

Двухпоточный редуктор представляет собой устройство, состоящее из нескольких ступеней зубчатых передач, объединенных в едином корпусе. Крутящий момент от ведущего звена быстроходной ступени в редукторе распределяется на два потока и передается двумя параллельно работающими зубчатыми передачами промежуточной ступени к ведомому звену тихоходной ступени.A dual-flow gearbox is a device consisting of several gear stages, combined in a single housing. The torque from the leading link of the high-speed stage in the gearbox is distributed into two streams and transmitted by two parallel-running gears of the intermediate stage to the driven link of the low-speed stage.

Для распределения крутящего момента в двухпоточном редукторе может быть использована дифференциальная передача (дифференциал) для передачи мощности посредством вращения с одновременным делением единого потока мощности на два. (И.И. Артоболевский «Теория механизмов и машин» изд. «Наука», М., 1975, стр. 169-172) Основой любого дифференциала может быть только планетарная передача, которая в силу механики своей работы единственная из всех передач вращательного движения может решать задачи, стоящие перед дифференциалом. Дифференциальная передача является сложным механизмом, кроме того использование такого механизма в составе двухпоточного редуктора значительно увеличивает массу и габариты конструкции.To distribute the torque in a dual-flow gearbox, a differential transmission (differential) can be used to transmit power by rotation while dividing a single power stream into two. (II Artobolevsky "Theory of mechanisms and machines" ed. "Science", M., 1975, pp. 169-172) The basis of any differential can only be a planetary gear, which, by the mechanics of its work, is the only one of all rotational gears can solve the problems facing the differential. Differential transmission is a complex mechanism, in addition, the use of such a mechanism as part of a dual-flow gearbox significantly increases the mass and dimensions of the structure.

Путем решения указанных технических проблем является создание конструкции двухпоточного редуктора с механизмом деления крутящего момента, простой в изготовлении, обладающей повышенной технологичностью и компактными массогабаритными характеристиками.By solving these technical problems is the creation of a dual-flow gearbox design with a torque sharing mechanism, easy to manufacture, with high adaptability and compact weight and size characteristics.

Известно изобретение «Двухпоточный редуктор с одним ведущим зубчатым колесом и выровненной нагрузкой по потокам», (патент РФ №2446330; МПК F16H 1/46, опубл. 27.03.2012 г.). Согласно изобретению, двухпоточный редуктор содержит ведущую шестерню, которая сопряжена с двух сторон шестернями, установленными на левый и правый валы двух потоков, две ведущие шестерни последней ступени, сопряженные с выходной шестерней. Подшипники ведущей шестерни первой ступени установлены на податливые опоры (демпферы). Статическая податливость опор определяется по параметрам зубчатых колес редуктора, оборотам ведущей шестерни и передаваемой мощности. Податливость опор ведущей шестерни дает ей возможность перемещаться в сторону ненагруженного потока на нужную величину, тем самым выравнивая нагрузку по принципу обратной связи.The invention is known, "Two-line gearbox with one driving gear and a balanced load on the flows", (RF patent No. 2446330; IPC F16H 1/46, publ. 03/27/2012). According to the invention, the dual-flow gearbox comprises a drive gear, which is mated on both sides by gears mounted on the left and right shafts of the two flows, two drive gears of the last stage, mated to the output gear. The bearings of the driving gear of the first stage are mounted on pliable supports (dampers). The static compliance of the supports is determined by the parameters of the gear wheels of the gearbox, the speed of the pinion gear and the transmitted power. The flexibility of the bearings of the pinion gear allows it to move towards the unloaded flow by the desired amount, thereby balancing the load on the basis of feedback.

Недостатком данного решения с точки зрения технологичности является сложность подбора материала податливых опор под необходимую величину статической податливости.The disadvantage of this solution from the point of view of manufacturability is the complexity of the selection of material of flexible supports for the required value of static compliance.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому техническому решению по совокупности существенных признаков и выбранным в качестве прототипа, является двухпоточный редуктор цилиндро-дифференциальный (М.И. Анфимов «Редукторы. Конструкции и расчет», М., «Машиностроение», 1993, с. 306-310). Двухпоточный редуктор содержит корпус, первую (быстроходную), вторую (промежуточную) и третью (тихоходную) ступени зубчатых передач, объединенные с механизмом деления крутящего момента. Механизм деления крутящего момента представляет собой дифференциальную передачу, содержащую левый и правый валы двух потоков. Дифференциальная передача распределяет крутящий момент на два потока и через вторую ступень передает к двум цилиндрическим колесам (ведущим шестерням) третьей ступени. Вторая ступень состоит из двух симметричных зубчатых передач. Третья ступень имеет две ведущие шестерни и передает суммарный момент на тихоходный вал.The closest technical solution to the proposed technical solution for the combination of essential features and selected as a prototype is a dual-flow cylinder-differential gearbox (MI Anfimov “Reducers. Designs and calculations”, M., “Engineering”, 1993, p. 306 -310). The dual-flow gearbox contains a housing, a first (high-speed), a second (intermediate) and a third (low-speed) gear stage, combined with a torque division mechanism. The torque division mechanism is a differential gear containing the left and right shafts of two streams. The differential gear distributes the torque to two streams and passes through the second stage to the two cylindrical wheels (pinion gears) of the third stage. The second stage consists of two symmetrical gears. The third stage has two driving gears and transmits the total moment to a low-speed shaft.

Недостатками известного устройства является сложность изготовления дифференциальной передачи, так как ее основой является планетарная передача, содержащая большое число промежуточных элементов - сателлитов, водила, нескольких зубчатых колес. Использование в составе двухпоточного редуктора дифференциальной передачи значительно увеличивает массу и габариты конструкции.The disadvantages of the known device is the difficulty of manufacturing a differential gear, since its basis is a planetary gear containing a large number of intermediate elements - satellites, carrier, several gears. The use of differential gear as a part of a double-flow gearbox significantly increases the mass and dimensions of the structure.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении технологичности изготовления, снижения массы и габаритов двухпоточного редуктора.The technical result, to which the claimed invention is directed, consists in increasing the manufacturability of manufacturing, reducing the weight and dimensions of a dual-flow gearbox.

Для достижения указанного выше технического результата двухпоточный редуктор содержит корпус, быстроходную, промежуточную и тихоходную ступени зубчатых передач, объединенные с механизмом деления крутящего момента, содержащего левый и правый валы двух потоков. Промежуточная ступень состоит из двух симметричных зубчатых передач. Тихоходная ступень имеет две ведущие шестерни.To achieve the above technical result, a dual-flow gearbox comprises a housing, high-speed, intermediate and low-speed gear stages, combined with a torque division mechanism containing the left and right shafts of two streams. The intermediate stage consists of two symmetrical gears. The low-speed stage has two driving gears.

При этом, согласно заявляемому изобретению, механизм деления крутящего момента содержит цилиндрический корпус, соосно установленный в зубчатое колесо быстроходной ступени зубчатой передачи и жестко закрепленный в нем, и, по меньшей мере, одно коромысло, установленное в цилиндрический корпус и закрепленное цилиндрическим крепежным элементом. Ось цилиндрического крепежного элемента перпендикулярна оси вращения цилиндрического корпуса. Концы коромысла сопряжены с левым и правым валами двух потоков.Moreover, according to the claimed invention, the torque dividing mechanism comprises a cylindrical housing coaxially mounted in the gear wheel of the high-speed gear stage and rigidly fixed therein, and at least one rocker mounted in the cylindrical housing and secured by a cylindrical mounting element. The axis of the cylindrical fastener is perpendicular to the axis of rotation of the cylindrical body. The ends of the beam are paired with the left and right shafts of the two streams.

Выполнение механизма деления крутящего момента по типу рычажного механизма, с установленным в цилиндрическом корпусе, по меньшей мере, одним коромыслом, сопряженным своими концами с левым и правым валами двух потоков, обеспечивает распределение входного крутящего момента на два симметричных потока для равномерного нагружения двух ведущих шестерней тихоходной ступени двухпоточного редуктора.The implementation of the mechanism of dividing the torque by the type of linkage mechanism, with at least one rocker mounted in its cylindrical body and mating at its ends with the left and right shafts of two streams, ensures that the input torque is distributed into two symmetrical streams for uniform loading of the two low-speed driving gears steps of a double-flow reducer.

Механизм деления крутящего момента не содержит сложных в изготовлении зубчатых передач и имеет меньшее количество элементов по сравнению с дифференциальной передачей, следовательно, его изготовление является более простым и технологичным.The torque division mechanism does not contain gears that are difficult to manufacture and has fewer elements than differential gears; therefore, its manufacture is simpler and more technologically advanced.

Механизм деления крутящего момента имеет меньшие поперечные габаритные размеры по сравнению с дифференциальной передачей для заданной передаваемой мощности, что приводит к снижению массы и габаритов двухпоточного редуктора в целом.The torque dividing mechanism has smaller transverse overall dimensions as compared with differential transmission for a given transmitted power, which leads to a decrease in the mass and dimensions of the dual-flow gearbox as a whole.

Предлагаемая конструкция двухпоточного редуктора с механизмом деления крутящего момента в раскрытой выше совокупности существенных признаков позволяет повысить технологичность изготовления, снизить массу и габариты двухпоточного редуктора при сохранении требуемой нагрузочной способности редуктора.The proposed design of a dual-flow gearbox with a torque dividing mechanism in the above set of essential features allows to increase the manufacturability of manufacturing, to reduce the weight and dimensions of the dual-flow gearbox while maintaining the required load capacity of the gearbox.

Представленные графические материалы содержат пример конкретного выполнения двухпоточного редуктора в составе валоповоротного устройства паровой турбины, предназначенного для вращения валопровода турбины при ее остановке после прекращения подачи пара и перед пуском.The presented graphic materials contain an example of a specific embodiment of a dual-flow gearbox as part of a shaft-turning device of a steam turbine designed to rotate the turbine shaft line when it stops after the steam supply stops and before start-up.

На фиг. 1 представлен общий вид двухпоточного редуктора, вид с боку и поперечный разрез А-А двухпоточного редуктора с червячной передачей быстроходной ступени; на фиг. 2 - продольный разрез Б-Б двухпоточного редуктора, поперечный разрез В-В и продольный разрез Г-Г механизма деления крутящего момента; на фиг. 3 - кинематическая схема двухпоточного редуктора; на фиг. 4 - вид с боку, поперечный разрез Д-Д, продольный разрез Е-Е двухпоточного редуктора с цилиндрической передачей быстроходной ступени и с одним коромыслом.In FIG. 1 shows a general view of a dual-flow gearbox, a side view and a cross section AA of a dual-flow gearbox with a worm gear of a high-speed stage; in FIG. 2 is a longitudinal section BB of a dual-flow gearbox, a transverse section BB and a longitudinal section GG of the torque division mechanism; in FIG. 3 - kinematic diagram of a dual-flow gearbox; in FIG. 4 is a side view, a transverse section DD, a longitudinal section EE of a two-line gearbox with a cylindrical gear of a high-speed stage and with one rocker.

Двухпоточный редуктор содержит корпус 1, быстроходную, промежуточную, тихоходную ступени зубчатых передач. Зубчатая передача быстроходной ступени может быть выполнена любого типа, например, цилиндрическая прямозубая, коническая и др. В конкретном примере выполнения зубчатая передача быстроходной ступени представляет собой червячную передачу, состоящую из червяка 2 и зубчатого колеса 3. Промежуточная ступень состоит из двух симметричных зубчатых передач, содержащих ведущие шестерни 4 и 4' и зубчатые колеса 5 и 5'. Тихоходная ступень имеет две ведущие шестерни 6 и 6'. Ступени зубчатых передач объединены с механизмом деления крутящего момента, содержащего соответственно левый 7 и правый 7' валы двух потоков. Механизм деления крутящего момента содержит цилиндрический корпус 8, соосно установленный в зубчатое колесо 3 быстроходной ступени и жестко закрепленный в нем, например, призматической шпонкой 9. В цилиндрическом корпусе 8 установлены коромысла 10. Коромысло 10 имеет вид двуплечего рычага с плечами а и b. Неподвижной осью коромысла 10 является ось 11 цилиндрического крепежного элемента 12, например, пальца, посредством которого коромысло 10 закреплено в цилиндрическом корпусе 8. Ось 11 цилиндрического крепежного элемента 12 перпендикулярна оси вращения 13 цилиндрического корпуса 8. Количество коромысел 10 определяется из условий прочности для передаваемой мощности в редукторе. В конкретном примере выполнения установлено три симметричных коромысла 10. Симметричность коромысла 10 необходима для равномерной загрузки ведущих шестерней 6 и 6' тихоходной ступени и передачи равного крутящего момента для каждой шестерни 6 и 6' соответственно. В случае необходимости неравномерной загрузки ведущих шестерней 6 и 6' плечи коромысла а и b могут быть несимметричными, что позволит в разных пропорциях загрузить ведущие шестерни тихоходной ступени.The dual-flow gearbox comprises a housing 1, a high-speed, intermediate, low-speed gear stage. The gear train of the high-speed stage can be of any type, for example, cylindrical spur gears, bevel gears, etc. In a specific exemplary embodiment, the gear gear of the high-speed stage is a worm gear consisting of a worm 2 and a gear wheel 3. The intermediate stage consists of two symmetrical gears, containing driving gears 4 and 4 'and gears 5 and 5'. The low-speed stage has two driving gears 6 and 6 '. The gear stages are combined with a torque dividing mechanism, containing respectively the left 7 and right 7 'shafts of the two streams. The torque dividing mechanism comprises a cylindrical housing 8 coaxially mounted in the gear wheel 3 of the high-speed stage and rigidly fixed in it, for example, by a prismatic key 9. Rocker arms 10 are mounted in the cylindrical housing 8. The beam 10 has the form of a two-shouldered lever with shoulders a and b. The fixed axis of the rocker arm 10 is the axis 11 of the cylindrical fastener 12, for example, a finger, by means of which the rocker 10 is fixed in the cylindrical housing 8. The axis 11 of the cylindrical fastener 12 is perpendicular to the axis of rotation 13 of the cylindrical housing 8. The number of rockers 10 is determined from the strength conditions for the transmitted power in the gearbox. In a specific embodiment, three symmetrical rocker arms are installed 10. The symmetry of the rocker arm 10 is necessary for uniform loading of the driving gears 6 and 6 'of the low-speed stage and the transmission of equal torque for each gear 6 and 6', respectively. If it is necessary to unevenly load the driving gears 6 and 6 ', the arms of the rocker arms a and b can be asymmetric, which will allow loading the driving gears of the low-speed stage in different proportions.

На фиг. 3 представлена кинематическая схема двухпоточного редуктора.In FIG. 3 shows the kinematic diagram of a dual-flow gearbox.

Пример выполнения двухпоточного редуктора с одним несимметричным коромыслом 10 и цилиндрической передачей быстроходной ступени показан на фиг. 4.An example of a dual-flow gearbox with one asymmetrical beam 10 and a cylindrical gear of a high-speed stage is shown in FIG. 4.

Концы коромысел 10 сопряжены с левым 7 и правым Т валами двух потоков. В конкретном примере выполнения концы коромысел 10 выполнены в виде сферических поверхностей d и d' и сопряжены с седлами 15, установленными в пазы валов 7 и 7'. Зубчатые колеса 5 и 5' сопряжены с ведущими шестернями тихоходной ступени 6 и 6', которые, в свою очередь сопряжены с зубчатым колесом 16.The ends of the rocker arm 10 are associated with the left 7 and right T shafts of the two streams. In a specific embodiment, the ends of the rocker arms 10 are made in the form of spherical surfaces d and d 'and are mated to saddles 15 mounted in the grooves of the shafts 7 and 7'. The gears 5 and 5 'are coupled to the driving gears of the low-speed stage 6 and 6', which, in turn, are mated to the gear 16.

Опорами валов 7 и 7', корпуса 8, червяка 2, зубчатого колеса 3, ведущих шестерней 6 и 6', зубчатого колеса 16 служат подшипники качения 17 установленные в корпусе 1.The bearings of the shafts 7 and 7 ', the housing 8, the worm 2, the gear 3, the driving gear 6 and 6', the gear 16 are the rolling bearings 17 installed in the housing 1.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Крутящий момент, например, от электродвигателя (на фиг. не показан) передается червяку 2. Червяк 2 вращает червячное колесо 3 со встроенным корпусом 8 механизма деления крутящего момента. Корпус 8 передает крутящий момент посредством пальца 12 коромыслу 10. Коромысло 10 делит крутящий момент на два потока. Деление момента происходит автоматически за счет того, что коромысло 10 имеет возможность неполного поворота вокруг оси пальца 12. Коромысло 10 передает крутящий момент на правый 7 и левый 7' валы через сферические поверхности d и d', сопряженных с седлами 15. Коромысло 10 стремится передать момент на менее загруженный вал левого 7 или правого 7' потока, что позволяет выбрать боковые зазоры в зубчатых передачах промежуточной и тихоходной ступени. После того как все зазоры выбраны, валы правого 7 и левого 7' потока будут вращаться с одинаковой частотой вращения и через две симметричные зубчатые передачи промежуточной ступени, работающие параллельно, передавать крутящий момент на ведущие шестерни 6 и 6' тихоходной ступени. Ведущие шестерни 6 и 6' передают суммарный момент зубчатому колесу 16, которое вращает валопровод паровой турбины.Torque, for example, from the electric motor (not shown in FIG.) Is transmitted to the worm 2. The worm 2 rotates the worm wheel 3 with an integrated housing 8 of the torque division mechanism. The housing 8 transmits torque through the finger 12 to the rocker arm 10. The rocker arm 10 divides the torque into two streams. The division of the moment occurs automatically due to the fact that the beam 10 has the possibility of incomplete rotation around the axis of the finger 12. The beam 10 transmits torque to the right 7 and left 7 'shafts through the spherical surfaces d and d' associated with the saddles 15. The beam 10 seeks to transmit moment to the less loaded shaft of the left 7 or right 7 'flow, which allows you to select the side gaps in the gears of the intermediate and low-speed stages. After all the clearances are selected, the shafts of the right 7 and left 7 'flow will rotate at the same speed and, through two symmetrical gears of the intermediate stage, working in parallel, transmit torque to the driving gears 6 and 6' of the low-speed stage. Driving gears 6 and 6 'transmit the total moment to the gear wheel 16, which rotates the shaft of the steam turbine.

Claims

A dual-flow gearbox comprising a housing, high-speed, intermediate and low-speed gear stages combined with a torque division mechanism containing left and right shafts of two streams, the intermediate stage consisting of two symmetrical gears and the low-speed gear stage having two pinion gears, characterized in that the torque division mechanism comprises a cylindrical housing coaxially mounted in the gear wheel of the high-speed gear stage and rigidly fixed therein, and at least it least one rocker arm, mounted in a cylindrical housing and a cylindrical fixed fastening element, whose axis is perpendicular to the axis of rotation of the cylindrical body, the ends of the rocker are associated with the left and right shafts of the two streams.