Геликоидальные зубчатые колеса что это
Геликоидальный винт зубчатого зацепления
РЕСПУБЛИК (19) (11) | о (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ6.
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3340150/25-08 (22) 24.09.81 (33) РК (46) 15.07.85. Бюл. В 26 (7 2) Юбер А. Перр оден (FR) (71) Зкипман Отомобиль Маршаль
С.А. (FR) (53) 621.941.2;621.99(088.8) (56) 1. Патент Франции У 2.372.998, кл. Р 16 Н 55/22, 12.12.80. (54) (57) ГЕЛИКОИДАЛЬНЫЙ ВИНТ ЗУБЧА,ТОГО ЗАЦЕПЛЕНИЯ, содержащий цнлинд- рический вал диаметром ф, разделенный канавкой на два участка с резьбой противоположного направления с шагом Р и соотношением
Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к моторедук торам стеклоочистителя, и касается геликоидального винта зубчатой передачи, состоящего из двух отрез- 5 ков с резьбой противоположного направления.
Известно устройство зубчатой передачи, включающее в себя неподвиж— ные относительно друг друга ведущий вал и ведомый вал, причем один из валов имеет два червяка с резьбой алгебраически различного шага и связан с другим валом посредством двух различных кинематических дорожек зубчатой передачи, каждая из которых включает в себя один из двух упомянутых червяков. Валы, имеющие два смежных отрезка с геликоидальной резьбой, направленной в протиповоложные стороны, нарезают на токарном станке и, поскольку не— обходимая для винта зубчатой передачи глубина резьбы значительна, осуществляют нарезание несколькими последовательными проходами режущего инструмента токарного станка.
У такого винта зубчатой передачи внешний диаметр определяется, с одной стороны глубиной резьбы, необ- ЗО ходимой для хорошего сцепления со связанными с винтом шестернями, с другой стороны, диаметром части, расположенной по соседству с осью„ который определяется величиной пере- д даваемого усилия. Длина отрезков вин-. та, подлежащих нарезке на исходном цилиндрическом валу, определяется необходимостью обеспечить хорошее сцепление между резьбой винта и свя- 46 занными с ним шестернями, но, поскольку трансмиссия между входным и выходным валами осуществляется при помощи двух различных кинемати- ческих дорожек, одна из кинемати- 45 чеаких дорожек включает в себя промежуточную шестерню относительно большого диаметра, причем диаметр этой промежуточной шестерни тем больше, чем больше расстояние 50 между двумя отрезками геликоидального винта с противоположно направленной резьбой на цилиндрическом валу, из которого изготавливается винт. Из этого следует, что для 55 уменьшения размеров передачи, в которой применяется такой геликоидаль.ный винт, предпочтительно максималь5 но приблизить друг к другу два отрезка винта, несомых одним валом.
Также известно, что при нарезании резьбы геликоидального винта на токарном станке геликоидальный винт находится в постоянном вращении, а режущий инструмент станка осушествляет последовательные проходы для получения резьбы желаемой глубины.
Известен геликоидальный, винт зубчатого зацепления, содержащий два разделенных канавкой участка с резьбой противоположного направления с шагом на цилиндрическом ва- 5 лу диаметром ф и соотношением шага 1/8 ф Р редачи и, следовательно, стоимость материала, идущего на ее изготов ление.
Целью изобретения является упрощение изготовления винта при 50 сохранении его высоких механических характеристик.
Поставленная цель достигается тем, что в геликоидальном винте зубчатого зацепления, содержащем цилиндрический вал диаметром ф разделенный канавкой на два участка с резьбой пр.отивоположного направления с шагом Р и соотношением
Изобретатель
Пасхальные каникулы в апреле 1900 года Андре решает провести в Польше, чтобы навестить семью сестры и многочисленных родственников по материнской линии.
Между Варшавой и Лодзью до сих пор существует городок Гловно. Здесь находился небольшой механический завод, которым владел один из польских родственников Андре Ситроена. На этом заводе, среди прочего, попытались отливать большие шестерни с зубьями в форме буквы V. Этими стальными колесами, более прочными и долговечными, предполагалось заменить многочисленные деревянные, которые работали на здешних мельницах и на ткацких фабриках. Андре Ситроен был уже достаточно «подкован» теоретически, чтобы знать: зубчатые колеса с фигурными зубьями (они называются геликоидальными) работают лучше обычных. Это установил еще в 17-м веке голландский математик и механик Христиан Гюйгенс (1629–1695). Он же предложил первый расчет зубьев нетрадиционной формы, которые находятся друг с другом в постоянном зацеплении. Поскольку в таком зацеплении нет зазоров, вращение геликоидальной шестерни происходит без люфта и ударов. Геликоидальные зубчатые передачи работают с меньшими потерями механической энергии, а, следовательно, тише. Кроме того, они позволяют передавать от одного колеса к другому значительные усилия. Вспомним, что первоначально такими шестернями (пусть даже деревянными) снабжали водяные колеса, главный источник энергии на мельницах.
У обычных геликоидальных передач есть один существенный недостаток, как и положено, являющийся продолжением их достоинств. Не прямые, скошенные, зубья создают значительные усилия, сдвигающие колесо вдоль оси. Чтобы зубчатая передача не «разъехалась», оси колес поддерживают специальными упорными подшипниками.
Этого недостатка лишены двойные геликоидальные передачи. Если на один вал надеть две шестерни с симметрично скошенными зубьями, усилия осевого сдвига двух таких зубчатых колес будут направлены в противоположные стороны, уравновешивая друг друга. Еще лучше, если шестерня будет одна, но форма фигурных зубцов у нее будет симметричной. В самом простом случае, V-образной.
Вся проблема в том, что существовавшие в начале 20-го века способы нарезки зубьев двойных геликоидальных зубчатых колес не обеспечивали требуемой высокой точности. На заводе в Гловно пытались отлить такие колеса, но безуспешно.
Выпускник самой лучшей — не будем мелочиться — технической академии мира знал о последних достижениях в области обработки металлов резанием. В железном Эльдорадо США, Пенсильвании, уже работали новые токарные и фрезерные станки, оснащенные резцами из хромо-вольфрамового сплава. С помощью таких станков можно было быстро и с высокой точностью, за один проход вырезать фигурные зубцы и изготавливать геликоидальные шестерни любого размера.
Фабрика Ситроена выпускала двойные геликоидальные шестерни, используемые во всех отраслях промышленности
С быстротой и решительностью, которая впоследствии станет характерной чертой А.Ситроена, он приступает к делу. Поскольку завод находился на территории Российской империи, он приобретает российский патент и лицензию на изготовление шестеренок с зубьями в форме шеврона. Деньгами для этого А.Ситроена ссудил муж сестры, Бронислав Гольдфедер. В Париж Андре возвратился, уже зная, что, получив диплом политехника, он займется организацией производства двойных геликоидальных зубчатых колес, которые, по его мнению, будут востребованы промышленностью. Так в первый раз А.Ситроен проявил таланты, которые в будущем сделают его знаменитым: техническую эрудицию, изобретательность, творческое мышление и большую коммерческую проницательность.
В отличие от большинства тогдашних изобретателей, техников и инженеров, Ситроен не стремился сделать все своими руками. Зато его технический кругозор был гораздо шире, чем у многих коллег и конкурентов. В сочетании с обширными специальными знаниями это позволит Андре Ситроену в будущем творить технические чудеса, прославившие его имя.
Читайте также
Глава 15. Изобретатель
Глава 15. Изобретатель Маленький, неприметный, с мягким голосом, Федерико Фаджин был почти противоположностью стереотипа занудного инженера. Тем не менее 29-летний сын преподавателя философии из Виченцы в Италии, который переехал в Штаты всего два года назад, уже был на
Сумасшедший изобретатель
Сумасшедший изобретатель Знаменитый психиатр профессор Гризингер 40*, которого я часто встречал у моего друга профессора экономики Дюринга 41*, впоследствии знаменитого философа, разрешил мне посещать его лекции, хотя я и не был студентом медицины. Особенно интересными
Изобретатель
Изобретатель Если задаться вопросом, почему именно Ларс из Люнгбю стал самобытным режиссером, можно перебирать разные варианты ответов. Может быть, помогла материнская безграничная вера в его творческие способности; может быть, все дело в его чувствительной натуре, или
Юный изобретатель
Юный изобретатель Александр Степанович Попов, которому суждено было обессмертить свое имя одним из величайших открытий в мировой истории науки — изобретением радиотелеграфа, — родился в 1859 году в рабочем поселке «Турьинский Рудник» на Северном Урале, в семье
Изобретатель
Изобретатель Пасхальные каникулы в апреле 1900 года Андре решает провести в Польше, чтобы навестить семью сестры и многочисленных родственников по материнской линии.Между Варшавой и Лодзью до сих пор существует городок Гловно. Здесь находился небольшой механический
Глава 3 МОЛОДОЙ ИЗОБРЕТАТЕЛЬ (1753)
Глава 3 МОЛОДОЙ ИЗОБРЕТАТЕЛЬ (1753) «Стать первым, чтобы добиться признания», — такова была честолюбивая программа, которую папаша Карон наметил для своего сына.В то время бытовало мнение, что часовое дело уже достигло пределов совершенства. В 1657 году голландскому
Изобретатель звезд
Изобретатель звезд В номере одного из парижских отелей крепко спал человек. Он был заядлым полуночником, и не удивляйтесь, если я скажу, что его невозможно разбудить даже в полдень.Но на сей раз ему пришлось проснуться: внезапно рухнула стена слева, и тут же обвалилась та,
Главный изобретатель страны Томас Алва Эдисон (Thomas Alva Edison) (11 февраля 1847, Майлен — 18 октября 1931, Вест Оранж)
Главный изобретатель страны Томас Алва Эдисон (Thomas Alva Edison) (11 февраля 1847, Майлен — 18 октября 1931, Вест Оранж) Зимой 1869 года в газете «Телеграфист» появилась заметка о том, что Томас Эдисон оставил свой пост главного управляющего в фирме «Гоулд Индикейтор» и решил посвятить
Изобретатель аппарата для передачи речи Александр Грэм Белл (Alexander Graham Bell) (3 марта 1847, Эдинбург, Шотландия — 2 августа 1922, Баддек, Канада)
Изобретатель аппарата для передачи речи Александр Грэм Белл (Alexander Graham Bell) (3 марта 1847, Эдинбург, Шотландия — 2 августа 1922, Баддек, Канада) Будущий американский изобретатель родился в шотландском городе Эдинбурге и был в семье вторым ребенком. У Александра Белла было два
Белл-изобретатель
Белл-изобретатель За короткое время Белл сумел заинтересовать в своем изобретении нескольких богатых бостонцев из числа тех людей, с которыми ему приходилось встречаться по работе в школе для глухих. Среди них был и преуспевающий адвокат Гардинер Грин Хаббард. Его дочь
Теоретик-изобретатель
Теоретик-изобретатель Слишком теоретической для 20-летнего Андрея Сахарова была и обрисованная глобальная картина мировых симметрий. В зловеще-практических обстоятельства, когда фашисты подошли к Москве, студент-четверокурсник эвакуировался вместе с университетом в
78. Не только изобретатель
78. Не только изобретатель Познания Теслы в самых разных областях науки и техники, конечно, удивительны. Но ещё больше поражает его компетентность в гуманитарных областях. Тесла со школы владел четырьмя языками, а затем, благодаря самостоятельным занятиям, овладел ещё
Изобретатель Культуры предметов одноразового использования
Изобретатель Культуры предметов одноразового использования Байрон Марсель Бич изобрел первую шариковую ручку для одноразового использования. В течение двух лет, до 1950 года, он разрабатывал дешевую, но удобную ручку и, добившись результата, попытался продать свою идею
Зубчатые передачи из полимерных материалов
Большинство инновационных механизмов изготавливаются из полимерных материалов, а не металлов или пластмасс.
При использовании шестеренчатых передач, особенно в механизмах открытого типа, постоянно возникают проблемы с производительностью возникающие снова и снова независимо от применяемых механизмов.
Наиболее неприятные из возникающих проблем:
Из-за этого зубчатые передачи часто подвергаются избыточной смазке или интенсивному износу, что неизбежно приводит к загрязнению от смазки или металлических включений. В лучшем случае, ценой достижения приемлемых показателей производительности станет рост стоимости обслуживания зубчатых передач. В худшем – приведет к преждевременным поломкам, что еще дороже из-за ремонта.
Правило: выбирать материалы, соответствующие задаче.
Многих из этих проблем можно избежать при грамотном проектировании. К сожалению, даже опытные конструкторы иногда забывают о золотом правиле: выбирать материалы, соответствующие задаче.
Все высоконагруженые передачи однозначно получают шестерни из металла. В то время, как легконагруженные механизмы могут оснащаться как металлическими так и литыми пластиковыми зубчатыми колесами.
Есть и третий вариант которому механикам следует уделять больше внимания. Высокоточные шестерни могут изготавливаться из полимерных материалов с улучшенными свойствами. Не важно, используются ли они в составе комбинированных колес с металлическими или комбинированными втулками, полимерные материалы после высокоточной обработки позволяют получить продолжительное время эксплуатации без смазки в упаковочной, пищевой, медицинской и полупроводниковой промышленности.
Преимуществом шестерен из композитных полимеров перед металическими является не только пониженный уровень шума, но и большая эффективность (КПД) благодаря меньшим потерям на трение.
Использование полимерных зубчатых колес, прошедших механическую обработку на высокоточных станках позволяет повысить крутящий момент минимум на 3%.
С начала индустриального периода было разработано множество типов зубчатых передач: прямозубые, наклонные, винтовые, червячные. Несомненно, есть множество случаев классического применения, когда применение полимерных материалов неоправданно.
Но если на первое место выходят требования к шуму, вибрации, весу, нагреву, коррозионной стойкости и смазки – полимерные шестерни оказываются лучше.
Прочное зубчатое колесо
Для высокоскоростных конвейеров подачи бумаги, где отсутствие смазки является одним из главных условий, используются гибридные полимерные зубчатые шестерни способные противостоять шоковым ударам от моментального полного останова линии, движущейся со скоростью 180 м/мин.
На таких скоростях шестерни, имеющие высокую линейную скорость и большой крутящий момент, сильно нагреваются. Несмотря на большие силы и нагрев, зубчатые колеса выдерживают двухгодичный период эксплуатации.
Данное техническое решение задействует как сам зуб так и втулку шестерни. Во-первых, необходимо увеличить ширину зуба. Это позволяет ему воспринимать большие нагрузки при мгновенной остановке. Во-вторых, целесообразно использовать втулку из алюминия.
Алюминий эффективно отводит тепло, образующееся в при работе. Дополнительные отверстия в корпусе втулки позволяют использовать дополнительно эффект воздушного охлаждения и рассеивают тепло эффективнее.
Сухие геликоидальные передачи для снижения шума и инерции
В хирургической операционной высокие шумы, биения недопустимы. Что поднимает планку для передач, использующихся в приводах хирургического оборудования. Для уменьшения шума в металлических передачах, инженеры используют высокоточные инструменты и винтовые шестерни.
Применяя полимерные материалы в качестве материала шестерни, можно получить дополнительно снижение шума на 6 дБ.
В хирургическом оборудовании широко применяют композиционные полимерно-алюминиевые шестерни получая снижение шума и высокую точность позиционирования.
Такие шестерни, разработанные по стандарту AGMA 11 (Американская ассоциация по механизмам) практически не имеют мертвого хода и проскальзывания на всех интервалах рабочих температур. Это недостижимо для традиционных пластиковых шестерен имеющих показатель проскальзывания в два раза больше, чем в аналогичных металлических шестернях. Причина – невозможность сохранить стабильность размеров при эксплуатации зубчатых колес из пластика.
Для компенсации увеличения размеров от абсорбции влаги или терморасширения, обычные пластиковые колеса дополнительно подрезают, уменьшая в размерах. Что, в свою очередь, приводит к появлению проскальзывания в зацеплении.
Червячные шестерни из полимерных материалов имеют другую форму. Благодаря свойствам материала не впитывать влагу и металлическому сердечнику колеса, появляется возможность избежать расширения детали при работе оборудования. Поэтому подрезка не требуется и в зацеплении отсутствует проскальзывание.
Коническая передача с начальным диаметром 122.8 мм и шириной зуба 15 мм
В таких передачах улучшается не только значение проскальзывания но и снижается инерционность системы. Низкая инерционность позволяет строить более отзывчивые системы с меньшим временем реакции на команды позиционирования, что особенно важно для хирургических инструментов и манипуляторов, управляемых дистанционно. По сравнению с металлическими шестернями показатель инерционности снижается на 7 позиций.
Основная проблема, которую необходимо преодолеть при использовании шестерен – терморасширение. На максимальной скорости 5,2 м/сек, шестерни производят большое количество тепловой энергии. Ухудшает положение и невозможность использования смазки для уменьшения трения, а средний срок службы должен быть не менее 5 лет. Выход – модификация формы зуба и подбор материалов.
Специализированная форма зуба влечет увеличение угла контакта в геликоидальной передаче. Скругляя боковые поверхности зуба для уменьшения проскальзывания в сопряженных зубьях, увеличенный угол контакта уменьшает трение и распространение тепла. В результате – передача не только более холодная но и на 20% долговечнее обычной.
Увеличение угла зацепления утолщает зуб в корне, увеличивая воспринимаемую им нагрузку до 18%.
Сухие шестерни для легконагруженных приводов
Необходимость отказа от смазки и, одновременно, требование к минимизации веса механизма смещает приоритеты к использованию конических полимерных передач (например в роботизированном окрасочном оборудовании). Невозможность использования любой смазки в таком оборудовании обусловлено опасностью загрязнения окрашиваемых поверхностей. А использование передач в манипуляторах предполагает их небольшой вес.
Ответом на эти вызовы стал литой нейлон. Изделия из этого материала способны работать в вышеописанных условиях на протяжении пяти лет. С плотностью в 1.03 г/см.куб. он в семь раз легче металла.
Помимо выигрыша в весе литой нейлон – диэлектрик и стабилен при повышенных температурах и влажности. Эти свойства делают материал подходящим для использования внутри окрасочных камер.
Самосмазывающаяся червячная передача, устойчивая к химическому и тепловому воздействию.
Чувствительные к смазке механизмы используются, например, в конвейерных системах при производстве панелей солнечных батарей. Подобно полупроводникам, солнечные батареи чувствительны к загрязнениям смазочными материалами при производстве. Поэтому использование самосмазывающихся полимерных шестерен в мульти-роликовых конвейерных транспортерах кажется логичным.
Кроме этого, такие передачи подвергаются химическому воздействию и действию высокой температуры так как панели на ленте проходят через печь силиконовой футеровки с температурой 80 °С. Жара и пары силикона повреждают большинство материалов, но не нейлон, используемый в комбинации с металлической втулкой.
Нейлон, получаемый гравитационным литьем способен длительное время противостоять химическому воздействию, включая пары силикона. Втулка из нержавеющей, коррозионно-стойкой стали используется для более эффективного отвода и рассеивания тепла.
Стальной сердечник уменьшает величину терморасширения полимерного наружного венца на 50%. Без него любое полимерное кольцо будет испытывать деформации и изменение размеров из-за повышенных температур. Металлическая втулка так же компенсирует различные коэффициенты температурного расширения материалов шестерни и вала. Любая цельнопластиковая шестерня слетела бы с вала при нагреве.
Червяк в этой системе изготавливается из 316 нержавеющей стали. Срок службы такой пары – до 10 лет.
Планетарная передача
Медцинские и стоматологические фотосистемы очень чувствительны к вибрации и шуму, который отрицательно влияет на качество снимков и комфорт пациентов. Для стоматологических рентген установок используются специальные планетарные передачи.
Привод состоит из полимерного кольца, смонтированного на рентген установке и шестерни, бегающей по его внутреннему диаметру. Подпружиненая шестерня бегает по внутренней поверхности по траектории головы пациента.
Первоначально установки изготавливались с применением традиционных передач, что вызывало вибрации при движении объектива внутри кольца. Эта вибрация отражается на конечном снимке в виде полос.
В современных планетарных передачах такого типа предусматривают систему контроля линейности перемещения шестерни, представляющую собой два вращающихся относительно друг друга кольца на каждом из элементов передачи.
Система контроля линейности перемещения шестерни
Каждое из этих колец удерживает шестерню на своей траектории. Нейлон, получаемый гравитационным литьем, из которого изготовлено внешнее кольцо, уменьшает вибрацию и шум благодаря своим демпфирующим свойствам.