WO2017111641A1

WO2017111641A1 - Gear drive

Info

Publication number: WO2017111641A1
Application number: PCT/RU2015/000903
Authority: WO
Inventors: Николай Семенович КРИВОШЕЕВ; Сергей Алексеевич УФИМЦЕВ
Original assignee: Николай Семенович КРИВОШЕЕВ; Сергей Алексеевич УФИМЦЕВ
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2017-06-29
Also published as: RU2016116364A3; RU2016116364A

Abstract

The invention relates to mechanical engineering, and specifically to gear drives, having a high gear ratio, in the drives of various mechanisms. The aim of the proposed invention consists in eliminating the shortcomings of a prototype and in increasing the load capacity of a transmission without increasing the diameter thereof. In order to solve said technical problem, the proposed gear drive contains a drive shaft with cranks and gears, said gears being eccentrically and rotatably installed on the cranks, and each gear having a number of teeth equal to z-1; a driven shaft, having, affixed thereto, an internal gear with a number of teeth equal to z, the axis of which is eccentric to the axis of the drive shaft and which is linked via eccentric bushings to the drive shaft; n cranks are installed on the drive shaft, said cranks being shifted relative to one another by an angle equal to or approximating 360°:n, wherein: the number n is selected for a given outer diameter of a transmission, taking into account a maximum load; the diameters of crankpins are made successively smaller from the central crankpins to the outer crankpins; in addition to the central bushings, compensating bushings having identical outer diameters are removably installed on the cranks; and the values of all eccentricities of the transmission are z times smaller than the given centroidal radius (initial circumference) of the internal gear.

Description

Зубчатая передача Gear

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к зубчатым передачам с большим передаточным отношением в приводах различных механизмов. В качестве аналогов предлагаемого изобретения, позволяющих реализовать большое передаточное отношение, известны планетарно-циклоидные и планетарно- цевочные редукторы (см., например, [1] - Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений, 2 изд., М., 1968г. и [2] - Муравьев Е.В. Планетарно-цевочные редукторы и мотор- редукторы. Редукторы и приводы. 2005г., 4,5.). Недостатками таких редукторов с циклоидными передачами являются необходимость разработки специального режущего инструмента и оснастки для их изготовления, жесткие требования к точности изготовления и значительные трудности обеспечения повышенных требований к точности сборки из-за большого количества точных деталей в конструкции, которые имеют различные технологические отклонения размеров. The invention relates to the field of engineering, in particular to gears with a large gear ratio in the drives of various mechanisms. As analogues of the present invention, allowing to realize a large gear ratio, planetary-cycloid and planetary-pinion gearboxes are known (see, for example, [1] - Litvin F.L. Gear theory, 2nd ed., M., 1968 and [2] - EV Muravyov. Planetary-pinion gearboxes and gearmotors. Gearboxes and drives. 2005, 4,5.). The disadvantages of such gearboxes with cycloid gears are the need to develop special cutting tools and accessories for their manufacture, stringent requirements for manufacturing accuracy and significant difficulties in ensuring increased requirements for assembly accuracy due to the large number of precise parts in the structure that have different technological deviations of sizes.

Известны аналоги предлагаемого изобретения с эвольвентным внутренним зацеплением зубьев, в которых большое передаточное отношение обеспечивается за счет малой разницы чисел зубьев колес в зацеплении, описанные, например, в работе [3] - Кудрявцев В.Н. Планетарные передачи. Машиностроение, Москва, Ленинград, 1966г. Также в качестве аналогов известна зубчатая передача по патенту на изобретение [4] - патент SU 1030602, в которой ведущий вал имеет два кривошипа, на которых установлены с возможностью вращения и эксцентриситетом соответствующие зубчатые колеса, а ведомый вал установлен с эксцентриситетом относительно ведущего вала и связан с зубчатым колесом с внутренним зацеплением, при этом эксцентриситеты колес равны и однонаправлены. Максимальное передаточное отношение в передаче указанного аналога [4] достигается при разнице чисел зубьев колес на входном и выходном валу, равной единице. Known analogues of the present invention with involute internal gearing of teeth, in which a large gear ratio is provided due to the small difference in the number of teeth of the wheels in the gearing, described, for example, in [3] - Kudryavtsev V.N. Planetary gears. Engineering, Moscow, Leningrad, 1966 The gears according to the invention patent [4] - patent SU 1030602, in which the drive shaft has two cranks, on which the corresponding gears are mounted with the possibility of rotation and eccentricity, and the driven shaft is eccentric with respect to the drive shaft and connected with a gear wheel with internal gearing, while the eccentricities of the wheels are equal and unidirectional. The maximum gear ratio in the transmission of the specified analogue [4] is achieved when the difference in the number of teeth of the wheels on the input and output shaft equal to one.

Конструкция зубчатой передачи аналога [4] с эвольвентным зацеплением лишена недостатков циклоидного и цевочного зацеплений, так как изготавливается стандартным режущим инструментом и позволяет обеспечить большое передаточное отношение в малых габаритах, а также имеет более простую и более технологичную конструкцию. The gear design of the analogue [4] with involute gearing is devoid of the disadvantages of cycloid and pinion gears, as it is made with a standard cutting tool and allows for a large gear ratio in small dimensions, and also has a simpler and more technological design.

Недостатком аналога является ограниченная нагрузочная способность передачи при заданном диаметре, что не позволяет увеличить максимальные нагрузки на передачу без увеличения ее диаметра. The disadvantage of the analogue is the limited load capacity of the transmission at a given diameter, which does not allow to increase the maximum load on the transmission without increasing its diameter.

В качестве прототипа возьмем зубчатую передачу по патенту на изобретение [5] - патент RU 2156900, в которой также ось ведомого вала с колесом с внутренними зубьями смещена относительно оси ведущего вала, на ведущем валу имеется три эксцентрика (кривошипа), смещенных друг относительно друга на 120°, на кривошипах установлены зубчатые колеса с эксцентриситетом относительно их геометрических центров, а ведущий вал связан с зубчатым колесом с внутренними зубьями посредством эксцентриковых втулок. В устройстве прототипе [5] также, как и в устройстве аналоге [4], максимальное передаточное отношение зубчатой передачи достигается при разнице чисел зубьев колес в зацеплении, равной единице. По сравнению с аналогом по патенту [4], в прототипе [5] для повышения жесткости конструкции введены эксцентриковые втулки между зубчатым колесом с внутренними зубьями и ведущим валом и количество кривошипов три. As a prototype, we take the gear according to the patent for the invention [5] - patent RU 2156900, in which the axis of the driven shaft with the wheel with internal teeth is offset relative to the axis of the drive shaft, on the drive shaft there are three eccentrics (crank) offset from each other by 120 °, gears with eccentricity relative to their geometric centers are installed on the cranks, and the drive shaft is connected to the gear wheel with internal teeth by means of eccentric bushings. In the prototype device [5] as well as in the analog device [4], the maximum gear ratio of the gear transmission is achieved when the difference in the number of teeth of the wheels in gearing is equal to unity. Compared with the analogue of the patent [4], in the prototype [5] to increase the rigidity of the structure introduced eccentric bushings between the gear wheel with internal teeth and the drive shaft and the number of cranks three.

Недостатком прототипа является ограниченная нагрузочная способность передачи при заданном диаметре, что не позволяет увеличить максимальные нагрузки на передачу без увеличения ее диаметра. The disadvantage of the prototype is the limited load capacity of the transmission at a given diameter, which does not allow to increase the maximum load on the transmission without increasing its diameter.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение недостатков прототипа и повышение нагрузочной способности передачи без увеличения ее диаметра. The task of the invention is to eliminate the disadvantages of the prototype and increase the load capacity of the transmission without increasing its diameter.

Для решения поставленной технической задачи в предлагаемой зубчатой передаче, содержащей ведущий вал с кривошипами и установленными на кривошипах с возможностью вращения и эксцентриситетом зубчатые колеса, каждое с числом зубьев z-1, ведомый вал, с закрепленным на нем зубчатым колесом с внутренними зубьями и числом зубьев z, ось которого эксцентрична оси ведущего вала и который связан посредством эксцентриковых втулок с ведущим валом, на ведущем валу установлены п кривошипов, смещенных друг относительно друга на угол 360°: п или близкий к нему, где число п при заданном наружном диаметре передачи выбирается с учетом максимальной нагрузки, диаметры шеек кривошипов выполнены уменьшающимися последовательно от средних шеек к краям, на кривошипах, кроме центральных, установлены с возможностью съема компенсирующие втулки с одинаковым наружным диаметром, а величины всех эксцентриситетов передачи меньше в z раз заданного радиуса центроиды (начальной окружности) колеса с внутренними зубьями. To solve the technical problem in the proposed gear train containing a drive shaft with cranks and gears mounted on the cranks with the possibility of rotation and eccentricity, each with the number of teeth z-1, a driven shaft, with a gear wheel fixed to it with internal teeth and the number of teeth z, the axis of which is eccentric to the axis of the drive shaft and which is connected by means of eccentric bushings to the drive shaft, n cranks are installed on the drive shaft, offset from each other by an angle of 360 °: n or close to n him, where the number n for a given outer diameter of the gear is selected taking into account the maximum load, the diameters of the necks of the cranks are made decreasing sequentially from the middle necks to the edges, on the cranks, except for the central ones, compensating bushes with the same outer diameter are mounted with the possibility of removal, and the values of all transmission eccentricities are less than z times the specified radius of the centroid (initial circle) of the wheel with internal teeth.

Увеличение числа шестерней на кривошипах и расположение их друг относительно друга под углом 360°: п позволяет равномерно по окружности и на большее число зубьев ведомого колеса с внутренними зубьями распределить нагрузку, что повышает нагрузочную способность зубчатой передачи при заданном диаметре. Выполнение диаметров шеек кривошипов уменьшающимися последовательно от средних шеек к краям позволяет обеспечить собираемость передачи при установке на кривошипы зубчатых колес. The increase in the number of gears on the cranks and their arrangement relative to each other at an angle of 360 °: p allows you to evenly distribute the load evenly around the circumference and to a larger number of teeth of the driven wheel with internal teeth, which increases the load capacity of the gear transmission at a given diameter. The implementation of the diameters of the necks of the cranks decreasing sequentially from the middle necks to the edges allows to ensure the collectability of the transmission when installed on the cranks of the gears.

Установка с возможностью съема на кривошипах, кроме центральных, компенсирующих втулок с одинаковым наружным диаметром позволяет применить одинаковые равнопрочные подшипники для установки зубчатых колес на кривошипах и одинаковые по внутреннему диаметру зубчатые колеса, что унифицирует и удешевляет конструкцию передачи. Installation with the possibility of removal on the cranks, in addition to the central, compensating bushings with the same outer diameter, allows the use of the same equal-strength bearings for mounting the gears on the cranks and the gears of the same inner diameter, which unifies and reduces the cost of the transmission design.

Привязка при конструировании величин всех эксцентриситетов к числу зубьев z и заданному радиусу центроиды колеса с внутренними зубьями облегчает проектирование передачи и позволяет обеспечить обкатывание сопряженных зубчатых колес в передаче по заданному расчетному диаметру центроиды и постоянный контакт зубьев колес во всех зацеплениях. When designing the values of all eccentricities to the number of teeth z and the given radius of the centroid of the wheel with internal teeth, the gear design is easier to design and allows the gears to be run in gear at the specified design diameter of the centroid and constant contact of the gear teeth in all gears.

Таким образом, введенные отличительные признаки являются новыми и позволяют получить новый технический результат повышения несущей способности передачи без увеличения ее наружного диаметра. Thus, the introduced distinguishing features are new and allow you to get a new technical result of increasing the bearing capacity of the transmission without increasing its outer diameter.

Сущность изобретения поясняют фиг. 1, где для варианта п=5 показан общий вид зубчатой передачи, и фиг. 2, где показаны ведущий вал с кривошипами и со съемными компенсирующими втулками. На фиг. 1 и фиг. 2 введены следующие обозначения: 1 - ведущий вал, на котором для примера имеются п=5 кривошипов 2, 4, 6, 8, 11, эксцентриситет которых относительно оси ведущего вала равен е (на практике величина п может быть произвольной, выбираемой с учетом максимальных моментов, действующих на передачу); 3, 5, 7, 9, 10 - зубчатые колеса, установленные с эксцентриситетом е относительно своей оси на шейках соответствующих кривошипов 2, 4, 6, 8, 11; 12 - зубчатое колесо с внутренними зубьями, которое жестко связано с выходным (ведомым) валом 13, расположенным по оси зубчатого колеса 12 с эксцентриситетом е относительно оси ведущего вала 1; 14 - эксцентриковые втулки с эксцентриситетом е, посредством которых зубчатое колесо 12 связано с ведущим валом 1; 15 - корпус; 16, 17, 18, 19 - компенсирующие съемные втулки на кривошипах 2, 4, 8, 11 соответственно. The invention is illustrated in FIG. 1, where for the variant n = 5 a general view of the gear transmission is shown, and FIG. 2, which shows the drive shaft with cranks and with removable compensating bushings. In FIG. 1 and FIG. 2, the following notation is introduced: 1 - the drive shaft, on which for example there are n = 5 cranks 2, 4, 6, 8, 11, whose eccentricity relative to the axis of the drive shaft is equal to e (in practice, the value of n can be arbitrary, taking into account the maximum moments acting on the transfer); 3, 5, 7, 9, 10 - gears mounted with an eccentricity e about its axis on the necks of the corresponding cranks 2, 4, 6, 8, 11; 12 - a gear wheel with internal teeth, which is rigidly connected with the output (driven) shaft 13 located along the axis of the gear wheel 12 with an eccentricity e relative to the axis of the drive shaft 1; 14 - eccentric bushings with eccentricity e, through which the gear 12 is connected with the drive shaft 1; 15 - case; 16, 17, 18, 19 - compensating removable bushings on the cranks 2, 4, 8, 11, respectively.

Вследствие того, что зацепления зубчатых колес 3, 5, 7, 9, 10 с колесом 12 равномерно распределены по окружности под углами 360°: п друг относительно друга, как и нагрузки между колесами, то радиальные составляющие этих сил в зацеплениях взаимно компенсируются и эксцентриковые втулки 14, являющиеся центром приложения указанных сил, нагрузок не испытывают, поэтому, при отсутствии поперечных к оси валов нагрузок, достаточной жесткости конструкции и наличии подшипников корпуса 15, втулки 14 (одна или обе) могут быть исключены из конструкции. Также при этом практически отсутствуют нагрузки и на корпус 15 передачи. При исполнении предлагаемой зубчатой передачи без корпуса втулки 14 нужны для повышения жесткости в случае действия на передачу возможных остаточных поперечных нагрузок. Втулки 14 номинально осуществляют компенсацию эксцентриситетов входного вала 1 и выходного вала 13 при их вращении. Due to the fact that the gears of gears 3, 5, 7, 9, 10 and wheel 12 are uniformly distributed around the circumference at angles of 360 °: n relative to each other, as are the loads between the wheels, the radial components of these forces in the gears are mutually compensated by eccentric bushings 14, which are the center of application of these forces, do not experience loads, therefore, in the absence of loads transverse to the axis of the shafts, sufficient structural rigidity and the presence of bearings of the housing 15, bushings 14 (one or both) can be excluded from the design. Also, there are practically no loads on the gear housing 15. When performing the proposed gear transmission without the housing of the sleeve 14 are needed to increase rigidity in case of action on the transmission of possible residual lateral loads. The bushings 14 nominally compensate for the eccentricities of the input shaft 1 and the output shaft 13 during their rotation.

Компенсирующие втулки 16, 17, 18, 19 устанавливаются при сборке последовательно на каждую шейку соответствующего кривошипа 2, 4, 8, 11 и имеют одинаковый наружный диаметр, равный диаметру шейки среднего кривошипа 6, что позволяет применить одинаковые подшипники для установки соответствующих зубчатых колес 3, 5, 9, 10 и вьшолнить одинаковыми внутренние диаметры указанных колес, а также унифицировать и удешевить конструкцию передачи. Compensating bushings 16, 17, 18, 19 are installed during assembly sequentially on each neck of the corresponding crank 2, 4, 8, 11 and have the same outer diameter equal to the diameter of the neck of the middle crank 6, which allows the use of the same bearings to install the corresponding gears 3, 5, 9, 10 and make the inner diameters of the indicated wheels the same, and also unify and reduce the cost of the transmission structure.

Эксцентриситеты всех элементов, как и в прототипе, ориентированы при сборке таким образом, чтобы обеспечить постоянный контакт зубьев колес во всех зацеплениях. The eccentricities of all elements, as in the prototype, are oriented during assembly in such a way as to ensure constant contact of the teeth of the wheels in all gears.

Работа предлагаемой зубчатой передачи осуществляется следующим образом. При вращении входного вала 1 зубчатые колеса 3, 5, 7, 9, 10 совершают круговое мгновенно-поступательное движение совместно с валом 1 так, что при повороте вала 1 на один оборот поворачивают зубчатое колесо 12 с внутренними зубьями и вместе с ним и выходной вал 13 на угол, пропорциональный углу, определяемому разницей зубьев колес во внутреннем зацеплении, то есть в данном случае на угол, соответствующий повороту на один зуб, реализуя, тем самым, большое передаточное отношение, равное числу зубьев z колеса с внутренними зубьями. The work of the proposed gear transmission is as follows. When the input shaft 1 rotates, the gears 3, 5, 7, 9, 10 make a circular instantaneous progressive motion together with the shaft 1 so that when the shaft 1 is rotated, the gear wheel 12 with the internal teeth is rotated one revolution and with it the output shaft 13 by an angle proportional to the angle determined by the difference between the teeth of the wheels in the internal gearing, that is, in this case, by the angle corresponding to rotation by one tooth, thereby realizing a large gear ratio equal to the number of teeth z of the wheel with internal teeth.

При этом действующий на передачу крутящий момент распределяется на п зубьев колеса с внутренним зубьями и п зубьев разных зубчатых колес на ведущем валу, что позволяет увеличить несущую способность передачи при заданном диаметре. In this case, the torque acting on the transmission is distributed to n teeth of the wheel with internal teeth and n teeth of different gears on the drive shaft, which allows to increase the bearing capacity of the transmission at a given diameter.

Новый положительный технический результат заключается в повышении нагрузочной способности зубчатой передачи без увеличения ее наружного диаметра A new positive technical result is to increase the load capacity of the gear without increasing its outer diameter

Claims

Формула изобретения. Claim.

Зубчатая передача, содержащая ведущий вал с кривошипами и установленными на кривошипах с возможностью вращения и эксцентриситетом зубчатые колеса, каждое с числом зубьев z-1, ведомый вал, с закрепленным на нем зубчатым колесом с внутренними зубьями и числом зубьев z, ось которого эксцентрична оси ведущего вала и который связан посредством эксцентриковых втулок с ведущим валом, отличающаяся тем, что на ведущем валу установлены п кривошипов, смещенных друг относительно друга на угол 360°: п или близкий к нему, где число п при заданном наружном диаметре передачи выбирается с учетом максимальной нагрузки, диаметры шеек кривошипов выполнены уменьшающимися последовательно от средних шеек к краям, на кривошипах, кроме центральных, установлены с возможностью съема компенсирующие втулки с одинаковым наружным диаметром, а величины всех эксцентриситетов передачи меньше в z раз заданного радиуса центроиды (начальной окружности) колеса с внутренними зубьями. A gear transmission containing a drive shaft with cranks and gears mounted on the cranks with the possibility of rotation and eccentricity, each with the number of teeth z-1, a driven shaft, with a gear wheel attached to it with internal teeth and the number of teeth z, the axis of which is eccentric to the axis of the leader shaft and which is connected by means of eccentric bushings to the drive shaft, characterized in that n cranks are mounted on the drive shaft, offset from each other by an angle of 360 °: n or close to it, where the number n for a given external the transmission diameter is selected taking into account the maximum load, the diameters of the crank necks are made decreasing sequentially from the middle necks to the edges, on the cranks, except for the central ones, compensating bushes with the same outer diameter are mounted with the possibility of removal, and the values of all transmission eccentricities are smaller by a factor of z than the specified centroid radius ( initial circumference) wheels with internal teeth.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)