Синусоэксцентриковая передача

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Игнатищев Руслан Михайлович(72) Автор Игнатищев Руслан Михайлович(73) Патентообладатель Игнатищев Руслан Михайлович(57) 1. Синусоэксцентриковая передача, включающая в себя корпус, ведущий вал с эксцентриком, ведомый вал, обойму и промежуточные тела, ведущий и ведомый валы соосны,корпус и ведомый вал имеют расположенные перпендикулярно оси вращения валов и обращенные друг к другу поверхности, на каждой из которых выполнена канавка зигзагообразной формы, обойма расположена между канавками, имеет форму диска и отверстие в нем, отверстием надета на эксцентрик, а с корпусом и ведомым валом взаимодействует через промежуточные тела, участки поверхностей канавок, взаимодействующие с промежуточными телами, расположены на пространственных геометрических фигурах, имеющих формы замкнутых зигзагообразных лент, отличающаяся тем, что канавки делают удовлетворяющими условию,40452007.12.30- число периодов канавки,- число тех ее полупериодов, из 2 возможных, на которых обеспечивают физическое наличие участков ее поверхности, взаимодействующих с промежуточными телами. 40452007.12.30 2. Синусоэксцентриковая передача по п. 1, отличающаяся тем, что содержит по крайней мере один ряд гнезд в обойме, промежуточные тела расположены в гнездах, гнезда равномерно распределены по окружности, центр которой совпадает с центром эксцентрика. 3. Синусоэксцентриковая передача по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что содержит внутри ведомого вала опору для ведущего вала. 4. Синусоэксцентриковая передача по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что содержит в обойме два ряда гнезд, в качестве промежуточных тел используют шарики, выступающие из обоймы, части шариков одного ряда расположены в канавке корпуса,выступающие из обоймы части шариков второго ряда расположены в канавке ведомого вала, гнезда обоймы имеют закрытые шариками емкости для размещения в них смазывающего эти шарики материала. 5. Синусоэксцентриковая передача по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что содержит в обойме один ряд гнезд, в гнездах расположены промежуточные тела в форме шариков, соотношения размеров выполняют такими, чтобы шарики имели части, выходящие за оба торца обоймы, одними выступающими из обоймы частями шарики расположены в канавке корпуса, вторыми - в канавке ведомого вала. 6. Синусоэксцентриковая передача по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что промежуточные тела имеют форму роликов и могут они взаимодействовать с канавками через надетые на них втулки. 7. Синусоэксцентриковая передача по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что канавок две или более, но располагают их на различных радиальных расстояниях от оси вращения валов.(56) 1. А.с. СССР 1216498, 1984. 2. Игнатищев Синусошариковые редукторы. - Мн. Выш. школа, 1983. - 107 с. 3. Игнатищев Трехсинусоидные передачи с основами специфических расчетов передачи Русь-7. - М., Могилевский машиностроительный ин-т. 1985. - 120 с. 4. Игнатищев Общие сведения о синусошариковых передачах. - Вестник машиностроения. - 1986. -2. - С. 24-28. 5. Игнатищев Трехсинусоидная шариковая передача. - Вестник машиностроения. 1987. -2. - С. 13-16. 6. А.с. СССЗ 1276869, 1985. 7. Патент на изобретение РФ 2036352. 8. Патент на изобретение РФ 2036353. 9. Патент на изобретение РФ 2036354. Область применения полезной модели машиностроение в нем - редукторостроение,общего и специального назначения. Известно семейство редукторных передач, объединенное термином синусные передачи, а в них подсемейство трехсинусоидные передачи. Главное математическое соотношение, описывающее структуру трехсинусоидных передач, содержится в отличительной части формулы изобретения к авторскому свидетельству 1. Там же приведен и ряд конкретных конструктивных решений. Недостаток конструкций, приведенных в 1, - большие потери на трение. Математические соотношения, описывающие структуры синусных, а в их составе и трехсинусоидных передач, подробно рассмотрены в 2, 3, 4 и 5. В 3, 4 и 5 повторяются варианты конструктивных решений, ранее приведенных в 1 и 6. 2 40452007.12.30 Три варианта конструктивных решений для синусоэксцентриковых передач приведены в 7, 8 и 9. Использование этих конструкций целесообразно, когда ставится задача иметь редуктор с максимально возможным КПД, - у этих устройств нет проскальзываний между подвижно взаимодействующими деталями. Недостаток конструктивных решений, описанных в 7, 8, 9, - сложность много деталей и велики затраты на достижение требуемой точности изготовления. Наиболее близок по технической сущности и достигаемому результату к полезной модели конструктивный вариант передачи, описанный в 6. Эта передача содержит корпус,соосные ведущий и ведомый валы, тела качения, три звена, имеющее каждое замкнутую периодическую канавку, взаимодействующую с телами качения, одно из звеньев соединено с корпусом, другое с ведомым валом, а третье через эксцентрик связано с ведущим валом и имеет вогнутую тороидальную поверхность, взаимодействующую с одним рядом шариков. Недостатки прототипа по крайней мере у одного из трех звеньев элемент кинематической пары прерывист, т.е. хотя взаимодействующая с телами качения пространственноленточная поверхность этой кинематической пары в математическом описании непрерывна, физически она может быть выполнена лишь из кусков. Пояснение к сформулированному недостатку прототипа. Пусть Т - временной период цикла зацепления какого-либо тела качения. У прототипа он состоит из двух полупериодов (в обозначениях штрих и два штриха) рабочий полупериод (в течение которого имеется соприкосновение тела качения одновременно с тремя звеньями и выполняется условие для передачи мощности этим телом качения от ведущего вала к ведомому) и пустой полупериод (в течение которого это тело качения не соприкасается с одним из трех звеньев, а переносится по нужной траектории, в нужную точку пространства без его участия в эти промежутки времени мощность через это тело качения от ведущего вала к ведомому не передается, но передается другими телами качения, входящими в состав передачи, потому что зацепление делают таким, чтобы входящие в него тела качения находились в различных фазах зацепления). Пусть, далее,- активная (тело качения нагружено),холостая (тело качения не нагружено) составляющие времени одного полного цикла зацепления отдельно взятого тела качения с прерывистым элементом кинематической пары,- промежутки времени активного и холостого пробегов тела качения на рабочем полуцикле зацепления (при активном пробеге тело качения нагружено, при холостом пробеге не нагружено - даже если есть физическая возможность - его не нагружают искусственно, чтобы устранять участки пробегов, на которых передача мощности не рациональна - не рациональна по причине больших усилий и больших потерь на трение),,- промежутки времени активного и холостого пробегов тела качения на пустом полуцикле зацепления. Для прототипа оказывается 3 3 6 2 3 во-вторых - если радиальные (перпендикулярные оси вращения валов) составляющие сил, действующих со стороны тел качения на взаимодействующие с ним тела, провести из одной точки, то для прототипа угол раствора получившегося векторного веера не превышает 180, и поэтому равнодействующая всего этого комплекса радиальных составляющих сил оказывается существенно неравной нулю, причем вращающейся (вращающейся с угловой скоростью ведущего вала). Первый недостаток прототипа в непрерывном процессе зацепления имеются промежутки времени, когда из каждых трех тел качения активным является лишь одно. Второй недостаток на корпус, ведущий и ведомый валы действуют существенно не нулевые модули радиальных составляющих равнодействующих сил. Третий недостаток равнодействующие этих радиальных составляющих сил являются вращающимися векторами (с угловой скоростью ведущего вала), возбуждающими виброакустические излучения, наличие которых, как известно, нежелательно. 3 40452007.12.30 Задачи, решаемые использованием полезной модели увеличение числа одновременно нагруженных тел качения зацепления (чтобы из каждой тройки тел качения в любой момент времени зацепления активными были не менее двух), а также обеспечение взаимного уравновешивания радиальных составляющих сил, действующих на весь комплекс тел качения, входящих в зацепление. Решение указанных задач обеспечивается тем, что синусоэксцентриковая передача включает в себя корпус, ведущий вал с эксцентриком, ведомый вал, обойму и промежуточные тела, ведущий и ведомый валы соосны, корпус и ведомый вал имеют расположенные перпендикулярно оси вращения валов и обращенные друг к другу поверхности, на каждой из них выполнена канавка зигзагообразной формы, обойма расположена между канавками, имеет форму диска и отверстие в нем, отверстием надета на эксцентрик, а с корпусом и ведомым валом взаимодействует через промежуточные тела, участки поверхностей канавок, взаимодействующие с промежуточными телами, расположены на пространственных геометрических фигурах, имеющих формы замкнутых зигзагообразных лент, согласно полезной модели, канавки делают удовлетворяющими условию, - число периодов канавки,- число тех ее полупериодов, из 2 возможных, на которых обеспечивают физическое наличие участков ее поверхности, взаимодействующих с промежуточными телами. Содержит, по крайней мере, один ряд гнезд в обойме промежуточные тела расположены в гнездах гнезда равномерно распределены по окружности, центр которой совпадает с центром эксцентрика. С целью обеспечения большей долговечности синусоэксцентриковая передача содержит внутри ведомого вала опору для ведущего вала. С целью получения больших (порядка 201000) передаточных чисел и одновременно повышенного значения КПД синусоэксцентриковая передача содержит в обойме два ряда гнезд, в качестве промежуточных тел используют шарики, выступающие из обоймы части шариков одного ряда расположены в канавке корпуса, выступающие из обоймы части шариков второго ряда расположены в канавке ведомого вала, гнезда обоймы имеют закрытые шариками емкости для размещения в них смазывающего эти шарики материала. С целью получения небольших (до 20) передаточных чисел с одновременным обеспечением повышенного значения КПД синусоэксцентриковая передача содержит в обойме один ряд гнезд, в гнездах расположены промежуточные тела в форме шариков, соотношения размеров выполняют такими, чтобы шарики имели части, выходящие за оба торца обоймы, одними выступающими из обоймы частями шарики расположены в канавке корпуса, вторыми - в канавке ведомого вала. С целью учета различных приоритетных требований, предъявляемых к передачам потребителями и изготовителями, у синусоэксцентриковой передачи промежуточные тела имеют форму роликов (цилиндрические - для повышения несущей способности передачи конические и бочкообразные - для повышения технологичности изготовления синусоидальных канавок витые - для понижения динамики и обеспечения повышенной сопротивляемости ударным нагрузкам самой передачи и механической системы, в которой она установлена, в целом) и могут взаимодействовать с канавками (с целью повышения КПД передачи) через надетые на них втулки. С целью повышения несущей способности в условиях ограниченного осевого габарита у синусоэксцентриковой передачи канавок две или более, но располагают их на различных радиальных расстояниях от оси вращения валов. Сущность полезной модели пояснена приложенными фигурами фиг. 1 - синусоэксцентриковая передача для больших передаточных чисел (примерно от 20-ти до 1000),обеспечивающая при этом условии наибольшие значения КПД (за счет использования в качестве промежуточных тел шариков) фиг. 2 - вид на обойму с шариками вдоль оси 4 40452007.12.30 вращения валов (иначе вид на сечениепо стрелке А и на сечениепо стрелке В на фиг. 1) фиг. 3 - вид по стрелке В на канавку под шарики, выполненную на корпусе фиг. 4 вид по стрелке А на канавку под шарики, выполненную на ведомом валу фиг. 5 - двухперая фреза для формирования синусоидальных канавок под шарики фиг. 6 - сферическая фреза с твердосплавным наконечником по ГОСТ 18944-73 (предназначена для тонких доводок канавок при изготовлениях синусоэксцентриковых передач повышенной точности) фиг. 7 - вид по стрелкамна фиг. 2 на гнездо под шарики фиг. 8 - эксцентриковая синусороликовая передача для больших передаточных чисел фиг. 9 - эксцентриковая синусошариковая передача для малых передаточных чисел (до 20) фиг. 10 - синусоэксцентриковая передача с цилиндрическими роликами для небольших (до 20) передаточных чисел фиг. 11 - иллюстрирует возможности в синусоэксцентриковой передаче использовать в качестве промежуточных тел конические, бочкообразные, витые и другой формы ролики фиг. 12 - иллюстрирует возможности конструировать синусоэксцентриковые передачи на большие передаваемые моменты при ограниченных осевых габаритах. Синусоэксцентриковая передача, представленная на фиг. 1-7, содержит 1 - корпус, 2 ведущий вал с эксцентриком 3, ось эксцентрика расположена параллельно оси вращения валов, проекции оси эксцентрика (точка С) и оси вращения валов (точка О) отображены на фиг. 2 4 - обойма с двумя рядами шариков выступающие из обоймы сегменты шариков первого ряда расположены в синусоидальной канавке корпуса 1, выступающие из обоймы сегменты шариков второго ряда расположены в синусоидальной канавке ведомого вала 5. Канавки рекомендуется выполнять на вертикально-фрезерных станках с ЧПУ причем, с целью получения высоких твердостей, их рекомендуется выполнять на отдельных кольцах(изображены на фиг. 3 и 4) из шарикоподшипниковых сталей - ШХ 15, ШХ 15 СГ, ШХ 4,ШХ 20 СГ, ШХ 15-ШД в качестве инструмента для изготовления канавок под шарики рекомендуется использовать двухперые фрезы (их устройство показано на фиг. 5), которыми рекомендуется делать три круговых прохода (3603) из расчета заглубление при втором проходе принимать равным примерно 1,00,5 мм при третьем проходе (зачистка) - заглубление 0,10,2 мм при зачистке обеспечивать максимально возможную скорость вращения шпинделя станка закалку колец с нарезанными у них двухперой фрезой канавками проводить в стяжках (примерно по 50 колец), что обеспечивает практическое отсутствие поводок этих колец от температурных перепадов и не требует дальнейших доводочных операций при изготовлении передач повышенного качества для выполнения тонких доводочных операций на закаленных кольцах могут использоваться сферические фрезы с твердосплавными наконечниками по фиг. 6. 6 - противовесы, уравновешивающие силы инерции рекомендуется соблюдать два условия (что не представляет сложностей) первое - обеспечивать попадание центру тяжести обоймы с шариками на геометрическую ось эксцентрика второе условие - общему центру масс обоймы с шариками и противовесам с эксцентриком обеспечивать попадание на ось вращения валов. Позициями 7 и 8(фиг. 7) показано строение гнезд под шарики 7 - седло шарика (имеет форму сферического пояса), 8 - емкость для размещения в ней смазки, постоянно обеспечивающей шарику наличие масляных клиньев при его движении относительно обоймы. Известно, что погрешности в диаметрах поставляемых в массовом порядке подшипников и партий свободных шариков не превышают, как правило, 0,01 мм поэтому, для обеспечения относительно малых погрешностей в расположениях шариков относительно друг друга и относительного эксцентрикового подшипника качения, можно воспользоваться кондуктором-калибратором, выполняемым из штамповой термообработанной стали в форме пластины и имеющим сквозные, перпендикулярно расположенные плоскостям этого кондуктора, отверстия под эксцентриковый подшипник и шарики толщина кондуктора-пластины принимается (с точностью примерно 0,01 мм) равной номинальному расстоянию между плоскостью обоймы передачи и плоскостью, касающейся выступающих из этой обоймы шариков обойму выполняют из нормализованной стали, отверстия в ней под эксцентриковый под 5 40452007.12.30 шипник и шарики изготавливают с меньшими диаметрами, чем номинальные, взаимное положение этих отверстий в обойме малозатратными способами выполняют с погрешностями до 0,5 мм на обойму накладывают кондуктор-калибратор, вставляют в его отверстия эксцентриковый подшипник и шарики и на прессе вдавливают их в отверстия обоймы шарики, при этом, формируют под себя в обойме соответствующие сферические пояса, обеспечивающие им высокую точность взаимного положения друг относительно друга и относительно эксцентрика. Возможные целочисленные связи чисел периодов синусоидальных канавок корпусаи ведомого вала (ВМ) с числамиител качения, расположенных соответственно в канавках корпуса и ведомого вала, описаны в (2,3, 4, 5, 9) наиболее целесообразны ВМ - ВМ 1-1. Канавки можно нарезать на вертикально-фрезерных станках с числовым программным управлением по уравнениям 21211 где А - амплитуда синусоидальной канавки,- радиус расположения центров шариков,роликов, в общем случае - промежуточных тел. Синусоэксцентриковая передача работает следующим образом. Вращающийся со скоростью ВЩ ведущий вал 2 через эксцентрик 3 приводит обойму 4 с промежуточными телами во вращательно-колебательное движение. Шарики (ролики, в общем случае - промежуточные тела), взаимодействуя со стенками канавок корпуса и ведомого вала, приводят ведомый вал 5 во вращение с угловой скоростью ВМ. При этом,передаточное отношениеопределяется из соотношений (2, 3, 4, 5, 9) ВЩ ВМ ВЩ ВМ ВЩ ВМ ВЩ ВМ Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.