Зубчато-роликовая передача
Полезная модель относится к области энергетики. Зубчато-роликовая передача содержит снабженное зубьями (2) ведущее колесо (1) и зацепленное с ним ведомое колесо (3), снабженное роликами (4), установленными по его ободу с обеспечением возможности вращения вокруг своих продольных осей. Профиль зубьев (2) соответствует циклоидальной или близкой к циклоидальной кривой. Внутри каждого из зубьев (2) со стороны зацепления заподлицо размещен упругий элемент с обеспечением возможности касания его внешней поверхности с соответствующим роликом (2) в момент зацепления с ним. Упругий элемент может быть выполнен в виде вставки (5) из упругого материала, в виде подпружиненной изогнутой пластины, закрепленной одним концом на поворотной оси, или в виде подпружиненного посредством пружины (6) изогнутого швеллера (7), закрепленного свободным концом на поворотной оси. Такая конструкция передачи обеспечивает повышение ее эксплуатационной эффективности. В том числе при вкатывании роликов (4) в пазы между зубьями (2) устраняется возможность ударов при зацеплении и обеспечивается плавность вкатывания за счет действия упругих элементов. Необходимости упрочнения поверхности зубьев (2) в такой конструкции нет, не требуется также прецизионная точность выполнения зубьев (2). Пониженный коэффициент трения за счет вращающихся роликов (4) обеспечивает повышение КПД устройства. 4 з.п. ф-лы. 4 ил.
Полезная модель относится к области энергетики и может использоваться в редукторах преимущественно для энергетических установок, например, ветроэлектрических.
Известна, например, зубчато-роликовая передача, выполненная в виде торцевого цевочного редуктора, в котором трение между зубьями заменено на трение качения за счет выполнения на одном из колес зубьев в виде цевок, закрепленных на венце внутреннего колеса и свободно вращающимися относительно своих продольных осей (RU 84488 U1, 2009). В такой передаче уменьшены потери на трение. Однако внешнее колесо в такой передаче сложно в изготовлении, поскольку требует реализации повышенных требований по прочности. Зацепление осуществляется не плавно, не устранена возможность действия ударных нагрузок. Поэтому эксплуатационная эффективность такой передачи недостаточна.
Известны и другие зубчато-роликовые передачи, например, в виде получивших распространение планетарных цевочных передач (SU 1551897 А1, 1990; RU 23477 U1, 2002; RU 2285163 С1, 2006; RU 2327917 C1, 2008; US 3977275 А1, 1976; WO 03/019041 А1, 2003).
Такие передачи также недостаточно эффективны в эксплуатации по тем же причинам. Кроме того, их функциональное назначение ограничено особенностями конструкции, связанными с планетарным характером выполнения ведущих и ведомых колес.
Из известных устройств наиболее близкой к предложенному является зубчато-роликовая передача, содержащая снабженное зубьями ведомое колесо, профиль каждого из которых соответствует циклоидальной или близкой к циклоидальной кривой, и зацепленное с ним ведущее колесо, снабженное роликами, установленными по его ободу с обеспечением возможности вращения вокруг своих продольных осей (RU 2062924 С1, 1996). В этой передаче зубчатая часть имеет один или два смещенных на полшага зацепления зубьев ряда, а роликовая часть имеет один или два ряда смещенных на полшага зацепления роликовых элементов.
В этой зубчато-роликовой передаче в определенной мере обеспечивается снижение износа и энергетических потерь. Однако в ней не обеспечивается плавность передачи от ведущего колеса. При эксплуатации передачи возникают ударные нагрузки при вхождении роликов в зацепление с зубьями, что снижает ее надежность и долговечность. Для уменьшения износа в этом устройстве требуется упрочнение всех поверхностей зубьев, что удорожает его для потребителя. Выполнение зубьев в нем требует прецизионной точности при изготовлении, что также удорожает устройство для потребителя. Все это в целом не позволяет обеспечить высокую эксплуатационную эффективность зубчато-роликовой передачи.
Задачей, решаемой полезной моделью, является создание зубчато-роликовой передачи, лишенной недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в повышении эксплуатационной эффективности зубчато-роликовой передачи.
Это достигается тем, что в зубчато-роликовой передаче, содержащей снабженное зубьями ведомое колесо, профиль каждого из которых соответствует циклоидальной или близкой к циклоидальной кривой, и зацепленное с ним ведущее колесо, содержащее ролики, установленные по его ободу с обеспечением возможности вращения вокруг своих продольных осей, внутри каждого из зубьев ведомого колеса со стороны зацепления заподлицо размещен упругий элемент с обеспечением возможности касания его внешней поверхности с соответствующим роликом в момент начала зацепления с этим роликом. Упругий элемент может быть выполнен в виде вставки из упругого материала, которая может быть армирована на своей внешней стороне упрочняющим слоем. Упругий элемент может быть выполнен в виде подпружиненной изогнутой пластины, закрепленной одним концом на поворотной оси, или в виде подпружиненного изогнутого швеллера, закрепленного свободным концом на поворотной оси.
Указанный технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков.
На фиг.1 показана схема зацепления колес. Фиг.2 иллюстрирует размещение упругого элемента в виде вставки из упругого материала в зубце ведомого колеса. Фиг.3 иллюстрирует размещение упругого элемента в виде изогнутого швеллера в зубце ведомого колеса. На фиг.4 показан внешний вид упругого элемента в виде изогнутого швеллера.
Зубчато-роликовая передача содержит ведомое колесо 1 с зубьями 2. Профиль зубьев соответствует циклоидальной или близкой к циклоидальной кривой, в том числе он может быть выполнен по эквидистанте к эпи- или гипоциклоиде. С ведомым колесом 1 зацеплено ведущее колесо 3, элементы зацепления в котором выполнены в виде роликов 4, установленных, например, в подшипниках по его ободу с обеспечением возможности вращения вокруг своих продольных осей (фиг.1). Внутри каждого из зубьев 2 ведомого колеса 1 со стороны зацепления заподлицо размещен упругий элемент с обеспечением возможности касания его внешней (рабочей) поверхности с соответствующим роликом 4 в момент зацепления с этим роликом 4. Такой упругий элемент может быть выполнен, например, в виде вставки 5 из упругого материала, например, из резины (фиг.2). Вставка 5 может быть армирована на своей внешней стороне упрочняющим слоем, например, из закаленной стали. Упругий элемент может быть выполнен в виде подпружиненной изогнутой пластины, преимущественно металлической, закрепленной одним концом на поворотной оси (на чертежах не показано). Он может быть выполнен в виде подпружиненного посредством пружины 6 швеллера 7, например, П-образной формы, закрепленного свободным концом на поворотной оси (фиг.3, фиг.4). Форма внешней (рабочей) поверхности упругого элемента может быть выполнена преимущественно с обеспечением возможности вкатывания соответствующего ролика 4 по касательной. Между поверхностью зубьев 2, противоположной поверхности вкатывания, и вкатывающимся роликом 4 может быть преимущественно выполнен зазор 0,5-1 мм.
Зубчато-роликовая передача функционирует следующим образом. При вращении ведущего колеса 3 ролики 4 плавно вкатываются между зубьями 2 ведомого колеса 1, которое в результате зубчато-роликового зацепления также начинает вращаться. При этом за счет действия упругого элемента снижается вероятность ударного характера зацепления. Поскольку нагрузка передается от роликов 4 только на поверхности вкатывания зубьев 2, то нет необходимости при изготовлении ведомого колеса 1 упрочнять другие его поверхности, при этом не требуется также соблюдения прецизионных точностей при изготовлении. Это удешевляет устройство для потребителя. Выполнение зацепления на основе свободно вращающихся роликов 4 позволяет снизить потери на трение и повысить КПД передачи. За счет примененной конструкции зацепления, использующей упругий элемент и ролики 4, снижается износ поверхности зубьев 2, повышается плавность хода, обеспечивается отсутствие вибраций, снижается уровень шума. Поскольку в зубчато-роликовой передаче соотношение диаметров ведущего 3 и ведомого 1 колес может выбираться в широком диапазоне и практически неограниченно, соотношение их угловых скоростей может значительно варьироваться. При выполнении внешних поверхностей упругих элементов и соответствующих противоположных поверхностей зубьев 2 симметричными, возможно осуществление реверса направления вращения колес 1 и 3. Конструкция передачи также снижает вероятность заклинивания при нарушении юстировки взаимного расположения колес 1 и 3. Ее передаточное отношение может варьироваться в широких пределах от 1 до 100 при КПД 0,75-0,97. Все это повышает эксплуатационную эффективность устройства.
Пример реализации. Зубчато-роликовая передача выполнена на основе ведомого колеса 1 с тремя зубьями и ведущего колеса 3 с 15 роликами. Коэффициент передачи составил 5:1. В качестве упругого элемента применен П-образный швеллер с цилиндрической пружиной сжатия. КПД составил 0,95.
Зубчато-роликовая передача, выполненная в соответствии с полезной моделью, обладает более высокой эксплуатационной эффективностью по сравнению с аналогичными известными.
1. Зубчато-роликовая передача, содержащая снабженное зубьями ведомое колесо, профиль каждого из которых соответствует циклоидальной или близкой к циклоидальной кривой, и зацепленное с ним ведущее колесо, снабженное роликами, установленными по его ободу с обеспечением возможности вращения вокруг своих продольных осей, отличающаяся тем, что внутри каждого из зубьев ведомого колеса со стороны зацепления заподлицо размещен упругий элемент с обеспечением возможности касания его внешней поверхности с соответствующим роликом в момент начала зацепления с этим роликом.
2. Зубчато-роликовая передача по п.1, отличающаяся тем, что упругий элемент выполнен в виде вставки из упругого материала.
3. Зубчато-роликовая передача по п.2, отличающаяся тем, что вставка из упругого материала армирована на своей внешней стороне упрочняющим слоем.
4. Зубчато-роликовая передача по п.1, отличающаяся тем, что упругий элемент выполнен в виде подпружиненной изогнутой пластины, закрепленной одним концом на поворотной оси.
5. Зубчато-роликовая передача по п.1, отличающаяся тем, что упругий элемент выполнен в виде подпружиненного изогнутого швеллера, закрепленного свободным концом на поворотной оси.
