Прямозубый цилиндрический редуктор
Изобретение относится к точному приборостроению и может быть использовано в силовых следящих приводах бортовой аппаратуры. Известны конструкции прямозубого цилиндрического редуктора с параллельными валами, содержащего зубчатые колеса, установленные на валах, опорами которых являются подшипники качения. Безлюфтовая связь потенциометра и шкалы, установленных на редукторе относительно сектора регулируемого объекта (нагрузки) осуществлена в нем за счет применения разрезных зубчатых колес, сдвинутых по плоскости их соприкосновения с помощью пружин, с последующей фиксацией определенного крутящего момента.
Недостатком данного редуктора является сравнительно высокая упругая податливость зацеплений, порядка 10-7-10-8 рад. Гс-1 см-1, вызванная, в основном, расхождением их вследствие деформаций валов, корпуса и особенно подшипников.
По технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близким к изобретению является прямозубый цилиндрический редуктор, содержащий параллельные валы, на каждом из которых установлено не более двух зубчатых колес, подшипники качения, являющиеся опорами валов, и люфтовыбирающие устройства.
Недостатком этого редуктора является невысокая точность. Цель изобретения - повышение точности путем уменьшения влияния контактной упругости подшипниковых опор на общую крутильную податливость кинематической цепи редуктора и достижения величины последней от 10-8 до 10-9 рад Гс-1 см-1.
Указанная цель обеспечивается тем, что каждая последующая пара сопряженных зубчатых колес расположена относительно другой пары таким образом, что отрезки прямых, соединяющие центры вращения колес пары, образуют между собой угол, составляющий 30-50°, при соблюдении следующих соотношений между конструктивными параметрами редуктора:
где fk = + ;
hk = + ;
qk = + ;
- произведение квадратов частных передаточных чисел, начиная с первого от вала нагрузки и кончая k-1-ым;
- крутильная податливость вала k, вызванная контактной упругостью его опор и приведенная к валу нагрузки;
k=2,3…(n-1) - порядковый номер вала редуктора, начиная с вала нагрузки;
n - число валов редуктора, включая валы двигателя и нагрузки;
j=1,2…(k-1)- порядковый номер сопряженной зубчатой пары, начиная с вала нагрузки;
cnk - радиальная жесткость подшипника вала;
lk - расстояние между подшипниковыми опорами вала k;
rk - радиус делительной окружности шестерни вала k;
Rk – радиус делительной окружности колеса вала k;
i1 - передаточное число первой зубчатой пары, начиная от вала нагрузки;
ij+1 - передаточное число j+1 сопряженной зубчатой пары начиная от вала нагрузки;
- расстояние от плоскости зацепления проходящей через середину зубчатого венца шестерни вала k до дальней и ближней подшипниковой опоры соответственно;
- расстояние от плоскости зацепления, проходящей через середину венца колеса вала k до дальней и ближней подшипниковой опоры соответственно;
dk - диаметр вала k.
На чертеже схематически изображен прямозубый цилиндрический редуктор силового следящего привода с оптимальным взаимным расположением сопряженных зубчатых колес.
Редуктор включает в себя исполнительный двигатель I, систему зубчатых колес 2-9, последовательно попарно сопряженных, промежуточные валы 10-12 и вал 13 нагрузки, причем зубчатое колесо 7 и шестерня 8 выполнены разрезными и снабжены люфтовыбирающими устройствами.
Все валы редуктора параллельны и установлены на подшипники качения. Число зубчатых передач может быть неограниченным и определяется потребностью реализации заданного передаточного числа между валами нагрузки и двигателя, отрезки прямых, соединяющие центры вращения последовательно сопряженных зубчатых пар 9-8 и 7-6 и 5-4, 5-4 и 3-2, образуют между собой угол, составляющий 30-500, причем указанные границы возможных изменений этого угла определяются исходя из следующей зависимости:
где =20° - угол зацепления;
- угол, образуемый отрезками прямых, соединяющими центры вращения двух последовательно сопряженных зубчатых пар;
- произведение квадратов частных передаточных чисел, начиная с первого от вала нагрузки и кончая k-1-ым;
- крутильная податливость вала k, вызванная контактной упругостью его опор и приведенная к валу нагрузки.
Обозначения остальных величин, входящих в указанную зависимость, приведены выше. Знак в круглых скобках соответствует направлению моментной нагрузки на вал k.
Как следует из приведенной зависимости, минимум абсолютной величины крутильной податливости вала k, вызванной контактной упругостью его подшипниковых опор, обеспечивается при значении угла , равном 40°, причем данное утверждение остается справедливым независимо от взаимного расположения шестерни и колеса на валу k.
В то же время получение требуемой величины крутильной податливости кинематической цепи редуктора в пределах от 10-8 до 10-9 рад Гс-1 см-1 возможно, как показали проведенные исследования указанной зависимости, только при наложении на конструктивные параметры редуктора определенных ограничений, а именно:
где fk = + ;
hk = + ;
qk = + .
При этом одновременно расширяются границы возможных изменений углов от 30 до 50°, что в значительной степени способствует конструктивной реализации изобретения.
Описанная конструкция редуктора имеет малую податливость и позволяет решить задачу достижения абсолютных значений крутильной податливости приведенной к валу нагрузки редукторов от 10-8 до 10-9 рад Гс-1 см-1, что, в свою очередь, позволит значительно улучшить их динамические характеристики.
Прямозубый цилиндрический редуктор, содержащий параллельные валы, на каждом из которых установлено не более двух зубчатых колес, подшипники качения, являющиеся опорами валов, и люфтовыбирающие устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем уменьшения влияния контактной упругости подшипниковых опор на общую крутильную податливость кинематической цепи редуктора и достижения величины последней от 10-8 до 10-9 рад Гс-1 см-1 , каждая последующая пара сопряженных зубчатых колес расположена относительно другой пары таким образом, что отрезки прямых, соединяющие центры вращения колес пары, образуют между собой угол, составляющий 30-50°, при соблюдении следующих соотношений между конструктивными параметрами редуктора:
где fk = + ;
hk = + ;
qk = + ;
- произведение квадратов частных передаточных чисел, начиная с первого от вала нагрузки и кончая k-1-ым;
- крутильная податливость вала k, вызванная контактной упругостью его опор и приведенная к валу нагрузки;
k=2,3…(n-1) - порядковый номер вала редуктора, начиная с вала нагрузки;
n - число валов редуктора, включая валы двигателя и нагрузки;
j=1,2…(k-1)- порядковый номер сопряженной зубчатой пары, начиная с вала нагрузки;
cnk - радиальная жесткость подшипника вала;
lk - расстояние между подшипниковыми опорами вала k;
rk - радиус делительной окружности шестерни вала k;
Rk – радиус делительной окружности колеса вала k;
i1 - передаточное число первой зубчатой пары, начиная от вала нагрузки;
ij+1 - передаточное число j+1 сопряженной зубчатой пары начиная от вала нагрузки;
- расстояние от плоскости зацепления проходящей через середину зубчатого венца шестерни вала k до дальней и ближней подшипниковой опоры соответственно;
- расстояние от плоскости зацепления, проходящей через середину венца колеса вала k до дальней и ближней подшипниковой опоры соответственно; dk - диаметр вала k.