close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY8023

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 8023
(13) C1
(19)
(46) 2006.04.30
(12)
7
(51) F 16H 25/06
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ЭЛЛИПСОИДНАЯ ПЕРЕДАЧА С ТЕЛАМИ КАЧЕНИЯ
(21) Номер заявки: a 20020398
(22) 2002.05.15
(43) 2003.12.30
(71) Заявитель: Государственное учреждение высшего профессионального
образования "Белорусско-Российский университет" (BY)
(72) Автор: Лустенков Михаил Евгеньевич (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
учреждение высшего профессионального образования "Белорусско-Российский университет" (BY)
(56) SU 1221418 A, 1986.
SU 605929, 1978.
RU 2161279 C2, 2000.
RU 2162554 C1, 2001.
EP 0309197 A1, 1989.
BY 8023 C1 2006.04.30
(57)
Эллипсоидная передача с телами качения, содержащая корпус с цилиндрическим отверстием, размещенные в отверстии с возможностью вращения соосные ведущий и ведомый барабаны и взаимодействующие с корпусом и барабанами тела качения в виде
шариков, отличающаяся тем, что на ведомом барабане выполнены два продольных паза
с угловым расстоянием 180º, в корпусе закреплен цилиндрический торцовый кулачок, который, как и ведущий барабан, имеет рабочие поверхности, выполненные в виде скосов
цилиндра, при этом рабочие поверхности кулачка и ведущего барабана имеют разные углы наклона, а ведущий барабан имеет возможность поворачиваться внутри цилиндрического торцового кулачка.
Фиг. 1
BY 8023 C1 2006.04.30
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве
планетарной передачи в приводах различных механизмов.
Известен планетарный редуктор для забойных двигателей, включающий ведомый вал
с шаровыми сателлитами, ведущий вал и корпус с синусоидальными беговыми дорожками
для шаровых сателлитов [1].
Его недостатком является сложность изготовления синусоидальных беговых дорожек,
особенно на внутренних цилиндрических поверхностях, и ограниченный диапазон передаточных отношений.
Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является передача с телами качения, содержащая корпус с цилиндрическим отверстием, размещенные в отверстии
с возможностью вращения соосные ведущий и ведомый барабаны и взаимодействующие с
корпусом и барабанами тела качения в виде шариков, причем в стенках отверстия равномерно по окружности выполнены продольные пазы, барабаны представляют собой цилиндрические торцовые кулачки с рабочими поверхностями, образованными синусоидами с
целым числом периодов, число периодов на ведущем барабане равно единице, а на ведомом - на единицу меньше числа пазов, а шарики размещены в пазах между рабочими поверхностями кулачков [2].
Недостатками данной передачи являются ее увеличенные габариты в осевом направлении, трудность изготовления синусоидальных торцовых поверхностей на кулачках и
ограниченный диапазон передаточных отношений, включающий только целые числа.
Задачей изобретения является уменьшение габаритов передачи, снижение трудоемкости изготовления деталей передачи и расширение диапазона передаточных отношений.
Поставленная задача достигается тем, что в эллипсоидной передаче с телами качения,
содержащей корпус с цилиндрическим отверстием, размещенные в отверстии с возможностью вращения соосные ведущий и ведомый барабаны и взаимодействующие с корпусом
и барабанами тела качения в виде шариков, согласно изобретению, на ведомом барабане
выполнены два продольных паза с угловым расстоянием 180°, в корпусе закреплен цилиндрический торцовый кулачок, который, как и ведущий барабан, имеет рабочие поверхности, выполненные в виде скосов цилиндра, при этом рабочие поверхности кулачка
и ведущего барабана имеют разные углы наклона, а ведущий барабан имеет возможность
поворачиваться внутри цилиндрического торцового кулачка.
Сущность изобретения поясняется чертежами. Рассмотрим устройство и принцип работы передачи, работающей в редукторном режиме. На фиг. 1 изображен редуктор, разработанный на основе предлагаемой передачи. Для пояснения принципа работы передачи на
фиг. 2 приведено сечение цилиндра плоскостью, а на фиг. 3 развертка участка зацепления
на плоскость. На фиг. 4 представлены детали предлагаемой передачи, а на фиг. 5 представлены два редуктора, созданные на основе предлагаемой передачи.
Для уяснения принципа работы передачи рассмотрим сечение цилиндрической поверхности плоскостью, представленное на фиг. 2.
Уравнение поверхности цилиндра 1 в системе координат OXYZ, при оси OZ, являющейся осью симметрии, имеет вид:
x 2 y2
(1)
+
= 1.
R2 R2
Нормальное уравнение секущей плоскости 2 записывается в виде:
(2)
xcosα + уcosβ + zcosγ - ρ = 0,
где α, β, γ - углы, образуемые нормальным вектором плоскости с осями координат OX,
OY, OZ соответственно; ρ - расстояние от начала координат до плоскости.
Уравнение плоскости, проходящей через начало координат параллельно оси ОХ и наклоненной с углом α к оси OY, примет вид:
(3)
γsinα + zcosα = 0.
Выразим из уравнения (3) ординату у и подставим ее в выражение (1):
2
BY 8023 C1 2006.04.30
 cos α 
− z

2
x
sin α 

= 1.
+
R2
R2
2
(4)
Преобразуя, получим:
z2 = tgα(R2-x2).
Перейдем к полярному углу ϕ, учитывая, что
x = Rsinϕ,
получим:
z2 = tgα(R2-R2sin2ϕ) = R2tg2α(1-sin2ϕ) = R2tg2αcos2ϕ.
Таким образом,
(5)
z = Rtgαcosϕ.
Выражая tgα через амплитуду А и подставляя в выражение (5), приводим его к виду:
A
z = R cos ϕ = A cos ϕ.
(6)
R
Если вести отсчет угла ϕ от оси OY, то уравнение (6) запишется:
(7)
z = Asinϕ.
Уравнение (7) представляет собой уравнение однопериодной цилиндрической синусоиды [3].
Как доказано в [3], если совместить две цилиндрические синусоиды с одинаковыми
радиусами и амплитудами, при этом чтобы серединная плоскость XOY этих синусоид была общей, и вращать одну из цилиндрических синусоид относительно оси OZ, то точки
пересечения обеих синусоид будут равномерно распределены по окружности и угловой
шаг их взаимного расположения будет постоянным и не будет зависеть от угла поворота
одной цилиндрической синусоиды относительно другой.
Это и есть математическая модель зацепления: шарики представлены в виде точек, а
поверхности в виде замкнутых кривых (эллипсов). Таким образом, на двух кулачках исполнены профильные поверхности, а на третьем звене - прорези, равномерно распределенные по окружности. Траектории движения центров шариков также представляют
собой эллипсы, поэтому передача названа эллипсоидной с телами качения.
Для предлагаемой передачи условие постоянства углового шага расположения точек
пересечения двух эллипсов справедливо и при различных значениях амплитуд эллипсов
ведущего вала и опорного кулачка, что доказано математически и на практике.
Для определения передаточного отношения рассмотрим развертку фрагмента модели
зацепления на плоскость, изображенную на фиг. 3, взаимодействующих поверхностей на
плоскость XOZ. При повороте ведущего барабана на угол δϕl его рабочая поверхность 1
переместится вдоль оси ОХ на расстояние δS1, тела качения 4 (рассматриваемые как математические точки) перемещаются по поверхности неподвижного цилиндрического кулачка 3 и вдоль пазов ведомого барабана 2. Наложенные связи вынуждают прорезь
ведомого барабана 2 повернуться на угол δϕ2 (переместиться вдоль оси ОХ на расстояние
δS2).
Передаточное отношение передачи при равенстве углов наклона α1 и α3 и соответственно при равенстве треугольников АА'В и А'ВС (фиг. 3) определится:
δϕ
δs R
u = 1 = 1 = 2,
(8)
δϕ 2 δs 2 R
где R - радиус сопрягаемых цилиндров.
Так как в каждой точке пересечения однопериодных синусоид 1 и 3 из-за их идентичности очевидно равенство α1 = α3, при любом значении угла поворота ведущего вала, то
даже при непостоянстве углов α1 и α3 вдоль оси ОХ будет обеспечиваться постоянство
передаточного отношения.
3
BY 8023 C1 2006.04.30
Недостатком эллипсоидной шариковой передачи с одинаковыми углами наклона рабочей поверхности ведущего вала и опорного кулачка является возможность получения
передаточного отношения только равного двум.
Рассмотрим возможность создания передачи с эллипсами, имеющими различную длину одной из полуосей, т.е. с однопериодными цилиндрическими синусоидами с различными амплитудами.
Для этого нужно совместно решить уравнения:
zS1 = A1sinϕS1;
(9)
zS3 = A3sinϕS3.
Вычтем первое уравнение системы (9) из второго, обозначив результат переменной z.
(10)
z = zS3-zS1 = A3sinϕS3-A1sinϕS1.
Уравнение (10) является трансцендентным. Для его решения была составлена программа в среде Turbopascal 6.0: при фиксированном значении одного из углов ϕS1 и ϕS3
(например ϕS1) другому углу сообщалось пошаговое приращение, и определялся результат
(z) согласно выражению (10) при изменении ϕS3 от 0 до π. При этом программой фиксировались значения угла ϕS3, при котором z становился равным нулю, что соответствовало
точкам пересечения двух эллипсов. Таких точек две, и они располагались на общей средней окружности двух эллипсов с угловым расстоянием 180°. Угловое расстояние обозначено β и показано на фиг. 1.
Далее углу ϕS3 сообщаем приращение δϕS3, что соответствует повороту одного эллипса относительно другого на этот угол, и снова пошагово производились вычисления z в
диапазоне от 0 до π.
Как показали результаты работы программы, угол 180° между двумя точками пересечения эллипсов остается постоянным при любом ϕS3. А это, в свою очередь, доказывает,
что схема предлагаемой передачи подходит для взаимодействия рабочих поверхностей
ведущего вала и рабочего кулачка с различными углами наклона α.
Определим передаточное отношение передачи при условии α1 ≠ α3. Для этого вновь
обратимся к фиг. 3. Согласно формуле (8),
δS
AB + BC
BC
.
u= 1 =
= 1+
(11)
δS 2
AB
AB
Из геометрических построений:
A' B
A' B
BC tgα 3
AB =
; BC =
;
=
.
tgα 3
tgα1
AB tgα1
Окончательно получим:
tgα 3
.
u = 1+
(12)
tgα1
Из формулы (12) следует, что при фиксированном значении одного из углов (например при значении угла наклона опорного кулачка α3) при заданном передаточном отношении u, угол наклона рабочей поверхности ведущего вала определится по формуле:
 tgα 3 
α1 = arctg
.
(13)
 u −1 
Как важное преимущество передачи в этом случае следует теоретическая возможность
получения любого значения передаточного отношения, в том числе и дробного. Передаточное отношение при этом не зависит от диаметральных размеров передачи, что приводит к целесообразности использования передачи для создания редукторов, работающих
скважинах (буровые машины для геологоразведочного и промышленного бурения нефтяных и газовых скважин).
4
BY 8023 C1 2006.04.30
Эллипсоидная передача с телами качения состоит из следующих звеньев (фиг. 1): ведущего барабана 1, ведомого барабана 2, цилиндрического торцового кулачка 3, тел качения 4, корпуса 5, шпонки 6 и крышки 7. Цилиндрический торцовый кулачок 3
фиксируется в корпусе 5 посредством шпонки 6 и крышки 7. На ведущем барабане 2 изготовлены два продольных паза 8 и 9. Ведущий барабан 1 имеет рабочие поверхности 10,
образованные скосом цилиндрической поверхности под углом наклона α1, цилиндрический торцовый кулачок 3 имеет рабочие поверхности 11, образованные скосом цилиндрической поверхности под углом наклона α3.
Передача работает следующим образом. При вращении ведущего барабана 1 тела качения 4 перемещаются по его рабочим поверхностям 10, а также по рабочим поверхностям 11 неподвижного торцового кулачка 3. При этом тела качения 4 также перемещаются
вдоль пазов 8 и 9 ведомого барабана 2, вынуждая его совершать вращательное движение с
редукцией. Перемещением крышки 7 с помощью резьбового соединения возможна регулировка зазоров в зацеплении.
Возможна работа эллипсоидной передачи с телами качения не только в режиме редуктора, но и в режиме дифференциала. При этом корпус и закрепленный в нем цилиндрический торцовый кулачок получают возможность вращения относительно инерциальной
(неподвижной) системы отсчета.
Были созданы натурные образцы передачи, доказавшие справедливость математических расчетов (фиг. 4 и фиг. 5).
Источники информации:
1. А.с. СССР № 605929, МПК2 Е 21В 3/10, Е 21В 3/12, 1978.
2. А.с. СССР № 1221418 А. МПК F 16Н 25/06, 1986.
3. Игнатищев P.M. Синусошариковые редукторы. - Мн.: Выш. шк., 1983. - 107 с.: ил., С. 5-7.
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
642 Кб
Теги
патент, by8023
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа