Зубчатая передача
Патент 2312261
Авторы
Правообладатели
Классы МПК
- F16H19 - Передачи с зубчатыми колесами или фрикционными элементами, не предназначенные для сообщения непрерывно продолжающегося вращательного движения (с прерывисто действующими приводными элементами F16H 27/00-F16H 31/00; канаты или т.п. принадлежности для подъема или транспортирования B66D 3/00)
- F16H55/02 - зубчатые элементы; червяки
- F16H55/26 - зубчатые рейки
Зубчатая передача
Иллюстрации
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах станков с числовым программным управлением с большой длиной хода. Зубчатая передача содержит входное звено в виде вала, установленного с возможностью вращения, снабженного, по меньшей мере, одним роликом, взаимодействующим с гибким зубчатым элементом. Согласно изобретению гибкий элемент выполнен в виде пластины, расположенной перпендикулярно к оси входного вала, на одной стороне которой имеется кольцевая дорожка, на которую оперты ролики и образуют на ней волну деформации, и один из ее диаметров D принимается за расчетный, а на противоположной стороне по ширине указанной дорожки выполнено выступающее кольцо с зубчатым профилем. Зубья на вершинах волн сцеплены с зубьями прямозубой рейки с шагом t0, являющейся выходным звеном, расположенной плоскостью с зубьями и возможностью перемещения также перпендикулярно к оси входного вала. Зубчатый профиль выступающего кольца выполнен так, что в сечении, проходящем через ось входного вала и перпендикулярно движению рейки, одна канавка или один зуб выходной рейки совпадают соответственно с зубьями или канавками выступающего кольца, а остальные зубья выступающего кольца выполнены с наклоном на угол β, который пропорционально увеличивается по мере удаления от указанного сечения в обе стороны и с противоположными знаками до величины βmax. Все зубья выступающего кольца, если их продолжить, сходятся в одной точке - полюсе 0, расположенном в плоскости сечения вне пределов зубчатого кольца на расстоянии L от оси входного вала. На выступающем кольце выделяют два участка зубьев, разделенных осевой линией, перпендикулярной к плоскости указанного сечения и совпадающей с направлением движения выходной рейки. Со стороны полюса 0 расположен первый участок с числом зубьев z1 и шагом t1, на противоположной стороне - второй участок с числом зубьев z2 и шагом t2; при этом соблюдаются условия: z1<z2, z2-z1=1, 2, 3, 4, ..., t1>t2, t1-t0=Δt1, t0-t2=Δt2, tgβmax=Δt1/t1=Δt2/t2, L=D/2tg βmax. В результате упрощается конструкция, достигается жесткость привода, исключаются люфты. 2 ил.
Реферат
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, например, в приводах станков с числовым программным управлением с большой длиной хода.
Известны винтовые передачи, которые можно рассматривать как зубчатые в частном случае, преобразующие быстрое вращательное движение в медленное поступательное. (Решетов Д.Н., Детали машин, Машиностроение, М., 1989 г., стр.308).
Основной недостаток этих передач - потеря продольной устойчивости выходного звена при увеличении его длины для обеспечения перемещения на всю эту длину.
Известна зубчатая передача, содержащая входное звено в виде вала, установленного с возможностью вращения, снабженного, по меньшей мере, одним роликом, взаимодействующим с гибким зубчатым элементом, на одной стороне которого расположена кольцевая дорожка, а на противоположной - выступающее кольцо с зубьями, на кольцевую дорожку опираются ролики с возможностью деформации гибкого элемента с образованием на нем волны деформации, причем выступающие на вершине волны зубья сцеплены с выходным зубчатым звеном (см. Решетов Д.Н., Детали машин. Машиностроение, М., 1989 г., стр.220).
Основной недостаток известного технического решения - невозможность получить поступательное движение выходного звена.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является создание устройства, позволяющего преобразовать быстроходное вращательное движение в медленное поступательное для любой длины перемещения.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в упрощении конструкции, в высокой жесткости привода, исключении люфтов.
Поставленная задача решается тем, что зубчатая передача, содержащая входное звено в виде вала, установленного с возможностью вращения, снабженного, по меньшей мере, одним роликом, взаимодействующим с гибким зубчатым элементом, на одной стороне которого расположена кольцевая дорожка, а на противоположной стороне - выступающее кольцо с зубьями, на кольцевую дорожку опираются ролики с возможностью деформации гибкого элемента с образованием на нем волны деформации, причем выступающие на вершине волны зубья сцеплены с выходным зубчатым звеном, отличается тем, что гибкий элемент выполнен в виде пластины, расположенной перпендикулярно к оси входного вала, на одной стороне которой имеется кольцевая дорожка, на которую оперты ролики и образуют на ней волну деформации, и один из ее диаметров D принимается за расчетный, а на противоположной стороне по ширине указанной дорожки выполнено выступающее кольцо с зубчатым профилем, при этом зубья на вершинах волн сцеплены с зубьями прямозубой рейки с шагом t0, являющейся выходным звеном, расположенной плоскостью с зубьями и возможностью перемещения также перпендикулярно к оси входного вала; зубчатый профиль выступающего кольца выполнен так, что в сечении, проходящем через ось входного вала и перпендикулярно движению рейки, одна канавка или один зуб выходной рейки совпадают соответственно с зубьями или канавками выступающего кольца, а остальные зубья выступающего кольца выполнены с наклоном на угол β, который пропорционально увеличивается по мере удаления от указанного сечения в обе стороны и с противоположными знаками до величины βmax, при этом все зубья выступающего кольца, если их продолжить, сходятся в одной точке - полюсе 0, расположенном в плоскости сечения вне пределов зубчатого кольца на расстоянии L от оси входного вала; при этом на выступающем кольце выделяют два участка зубьев, разделенных осевой линией, перпендикулярной к плоскости указанного сечения и совпадающей с направлением движения выходной рейки; со стороны полюса 0 расположен первый участок с числом зубьев z1 и шагом t1, на противоположной стороне - второй участок с числом зубьев z2 и шагом t2;, при этом соблюдаются условия:
z1<z2
z2-z1=1, 2, 3, 4, ...
t1>t2
t1-t0=Δt1
t0-t2=Δt2
tgβmax=Δt1/t1=Δt2/t2
L=D/2tgβmax
Сопоставительный анализ существенных признаков заявляемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом существенные признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признак «...гибкий элемент выполнен в виде пластины...» направлен на создание на этом элементе в новой конструкции зубчатого профиля выступающего кольца.
Признак «...пластины, расположенной перпендикулярно к оси входного вала...» предназначен для создания с помощью роликов деформационной волны на поверхности гибкого элемента.
Признак «...прямозубая рейка, являющаяся выходным звеном, расположена плоскостью с зубьями и возможностью перемещения перпендикулярно к оси входного вала...» позволяет иметь на выходе поступательное движение рейки с неограниченной длиной перемещения и обеспечивает сцепление этой рейки с гибким зубчатым элементом.
Признак «...зубчатый профиль выступающего кольца выполнен так, что в сечении, проходящем через ось входного вала и перпендикулярно движению рейки, одна канавка или один зуб выходной рейки совпадают соответственно с зубьями или канавками выступающего кольца...» позволяет именно в этом сечении первоначально сцепить зубья гибкого элемента с зубьями выходной рейки.
Признак «... остальные зубья выступающего кольца выполнены с наклоном на угол β, который пропорционально увеличивается по мере удаления от указанного сечения в обе стороны и с противоположными знаками до величины βmax...» обеспечивает смещение выходной рейки в тот момент, когда ролики входного вала при повороте перемещаются в направлении, перпендикулярном перемещению выходной рейки.
Признак «...все зубья выступающего кольца, если их продолжить, сходятся в одной точке - полюсе 0, расположенном в плоскости сечения вне пределов зубчатого кольца на расстоянии L от оси входного вала...» введен для упрощения конструкции и ее расчетов.
Признак «...на выступающем кольце выделяют два участка зубьев, разделенные осевой линией, перпендикулярной к плоскости сечения...» введен для вариантного проектирования устройства.
Признак «...соблюдаются условия:
z1<z2
z2-z1=1, 2, 3, 4, ...
t1>t2
t1-t0=Δt1
to-t2=Δt2
tgβmax=Δt1/t1=Δt2/t2
L=D/2tgβmax..." обеспечивает равномерность перемещения выходной зубчатой рейки.
Предлагаемая конструкция поясняется чертежами на фигурах 1 и 2. На фиг.1 показан разрез варианта конструкции с двумя роликами по входному валу и перпендикулярно рейке. На фиг.2 показан вид на профиль гибкого зубчатого элемента.
Зубчатая передача содержит входное звено в виде вала 1, установленного с возможностью вращения в корпусе 2. Вал 1 снабжен, по меньшей мере, одним роликом 3 взаимодействующим с гибким зубчатым элементом 4. Гибкий элемент 4 выполнен в виде пластины, расположенной перпендикулярно к оси входного вала 1. На одной стороне гибкого элемента 4 имеется кольцевая дорожка 5, на которую оперты ролики 3 и образуют на ней волну деформации. Один из диаметров D кольцевой дорожки 5 принимается за расчетный, а на противоположной стороне по ширине выполнено выступающее кольцо 6 с зубчатым профилем 7. Зубья на вершинах волн сцеплены с зубьями прямозубой рейки 8 с шагом t0, являющейся выходным звеном, расположенной плоскостью с зубьями и возможностью перемещения также перпендикулярно к оси входного вала 1. Зубчатый профиль 7 (см. фиг.2) выполнен так, что в сечении, проходящем через ось входного вала 1 и перпендикулярно движению рейки 8, одна канавка или один зуб выходной рейки 8 совпадают соответственно с зубьями или канавками зубчатого профиля 7, а остальные зубья зубчатого профиля 7 выполнены с наклоном на угол β, который пропорционально увеличивается по мере удаления от указанного сечения в обе стороны и с противоположными знаками до величины βmax. При этом все зубья зубчатого профиля 7, если их продолжить, сходятся в одной точке - полюсе 0, расположенном в плоскости сечения вне пределов зубчатого кольца 6 на расстоянии L от оси входного вала 1. На выступающем кольце 6 зубчатого профиля 7 выделяют два участка зубьев 9 и 10, разделенных осевой линией, перпендикулярной к плоскости сечения и совпадающей с направлением движения выходной рейки 6. Со стороны полюса 0 расположен первый участок 9 с числом зубьев z1 и шагом t1, на противоположной стороне - второй участок 10 с числом зубьев z2 и шагом t2; при этом соблюдаются условия:
z1<z2
z2-z1=1, 2, 3, 4, ...
t1>t2
t1-t0=Δt1
t0-t2=Δt2
tgβmax=Δt1/t1=Δt2/t2
L=D/2tgβmax
Конструкция работает следующим образом. Вращение входного вала 1 в корпусе 2 и связанных с этим валом роликов 3, которые прокатываются по гибкой пластине 4 по кольцевой дорожке 5, приводит к изгибу пластины 4 и образует в гибкой пластине волны деформации. При этом на обратной стороне гибкой пластины 4 на выступающем кольце 6 с зубчатым профилем 7 также образуются волны деформации и зубья на вершинах волн входят в зацепление с зубьями прямозубой рейки 8, приводя ее в движение.
В тот момент, когда ролики 3 при своем движении пересекают плоскость, расположенную по оси вала 1 и перпендикулярно движению рейки 8, на первом участке зубчатого профиля 7 создаются условия для попутного с движением ролика 3 движения выходной рейки 8. На каждый шаг t1 смещения ролика 3 первого участка по гибкой пластине 4 с зубчатым профилем 7 выходная рейка 8 с шагом t0 получает сдвиг на величину разности этих шагов Δt1 в направлении, совпадающем с движением ролика 3 первого участка. И, наоборот, на втором участке, где ролик 3 второго участка в это время движется в обратном направлении по гибкой пластине 4, на каждый шаг t2 выходная рейка 8 получает сдвиг на величину Δt2 в направлении, противоположном движению этого ролика. Оба ролика 3 согласованно вызывают движение выходной рейки 8 в направлении, совпадающем с направлением движения ролика 3 на первом участке. Этот механизм движения вызван разностью шагов зубчатого профиля 7 и выходной рейки 8.
В тот момент, когда ролики повернуты на 90° и пересекают плоскость, расположенную по оси вала 1 и по движению рейки 8, они движутся вдоль зубьев выходной рейки 8 и зубчатого профиля 7. При этом выше описанный механизм движения за счет разности шагов не работает. Движение выходной рейки 8 в этом случае обеспечивается наклоненными на угол βmax и - βmax зубьями зубчатого профиля 7, которые при вхождении в зацепление с прямыми зубьями выходной рейки 8 приводят к ее смещению в направлении, зависящем от знака угла, со скоростью, зависящей от величины угла.
При прохождении роликами 3 промежуточных точек движение выходной рейки 8 будут определять оба указанных механизма движения, вклад которых изменяется пропорционально синусу и косинусу угла поворота входного вала 1.
Зубчатая передача, содержащая входное звено в виде вала, установленного с возможностью вращения, снабженного, по меньшей мере, одним роликом, взаимодействующим с гибким зубчатым элементом, на одной стороне которого расположена кольцевая дорожка, а на противоположной стороне - выступающее кольцо с зубьями, на кольцевую дорожку опираются ролики с возможностью деформации гибкого элемента с образованием на нем волны деформации, причем выступающие на вершине волны зубья сцеплены с выходным зубчатым звеном, отличающаяся тем, что гибкий элемент выполнен в виде пластины, расположенной перпендикулярно к оси входного вала, на одной стороне которой имеется кольцевая дорожка, на которую оперты ролики и образуют на ней волну деформации, и один из ее диаметров D принимается за расчетный, а на противоположной стороне по ширине указанной дорожки выполнено выступающее кольцо с зубчатым профилем, при этом зубья на вершинах волн сцеплены с зубьями прямозубой рейки с шагом t0, являющейся выходным звеном, расположенной плоскостью с зубьями и возможностью перемещения также перпендикулярно к оси входного вала; зубчатый профиль выступающего кольца выполнен так, что в сечении, проходящем через ось входного вала и перпендикулярно движению рейки, одна канавка или один зуб выходной рейки совпадают соответственно с зубьями или канавками выступающего кольца, а остальные зубья выступающего кольца выполнены с наклоном на угол β, который пропорционально увеличивается по мере удаления от указанного сечения в обе стороны и с противоположными знаками до величины βmax, при этом все зубья выступающего кольца, если их продолжить, сходятся в одной точке - полюсе 0, расположенном в плоскости сечения вне пределов зубчатого кольца на расстоянии L от оси входного вала; при этом на выступающем кольце выделяют два участка зубьев, разделенных осевой линией, перпендикулярной к плоскости указанного сечения и совпадающей с направлением движения выходной рейки; со стороны полюса 0 расположен первый участок с числом зубьев z1 и шагом t1, на противоположной стороне - второй участок с числом зубьев z2 и шагом t2, при этом соблюдаются условия
z1<z2
z2-z1=1, 2, 3, 4, ...
t1>t2
ti-t0=Δt1
t0-t2=Δt2
tgβmax=Δt1/t1=Δt2/t2
L=D/2tgβmax.