Технические науки/3. Отраслевое машиностроение

Дудніков В.С., Некрасов В.Е.

Дніпропетровський національний університет імені Олеся Гончара , Україна

ХВИЛЬОВА ГЕРМЕТИЧНА ПЕРЕДАЧА

В результаті теоретичних і експериментальних досліджень встановлено великий вплив довжини гнучкого елемента хвильової герметичній передачі на його напружено-деформований стан, і, отже, на його довговічність, надійність. Крім того, від довжини гнучкого колеса істотно залежить навантаження на генератор деформацій, що визначає його працездатність. У зв'язку з цим, осьові габарити гнучких елементів герметичних хвильових передач досить значні, і не завжди задовольняють вимогам практики [1].

Відома хвильова герметична передача, яка містить герметичну стінку, гнучке колесо, зубчасту муфту, яка пов'язує один торець колеса з герметичною стінкою, диск, що закриває інший торець гнучкого колеса, і з'єднаний з герметичною стінкою фланець, в якій диск і фланець виконані пружними в радіальному напрямку і герметично з'єднані з гнучким колесом [2]. Пружні диск і фланець виконані з еластичного матеріалу і з'єднані з гнучким колесом за допомогою вулканізації, що ускладнює технологію виготовлення гнучкого колеса. Для збільшення різниці тисків в поділюваних гнучким колесом просторах еластичний матеріал диска армований тонкою стрічкою, яка може бути згорнута в спіраль або у формі зірки, що також ускладнює технологію виготовлення.

Відомий герметичний хвильовий зубчастий редуктор, в якому гнучке колесо виконано складовим з закріпленого на корпусі тонкостінного полімерного герметизуючого стакану і надягнутого на нього зубчастого вінця у вигляді відкритої труби, з'єднаної з корпусом за допомогою зубчастої муфти. З'єднання гнучкого колеса з герметизуючим стаканом здійснюється адгезійно-дифузійним способом [3].

Відомий хвильовой зубчастий редуктор, в якому герметизуючий стакан виконаний з неметалічного матеріалу, наприклад, пластмаси, і оснащений герметично встановленими розпірніми елементами, розміщеними рівномірно по колу в наскрізних отворах герметизуючого стакану між проміжним кільцем і зубчастим вінцем [4]. Конструкція дозволяє зменшити осьові габарити редуктора, проте істотно ускладнює технологію виготовлення такого складеного гнучкого колеса, знижує його надійність та ремонтопридатність.

Також відома хвильова герметична передача, що включає гнучке колесо-кільце, середня частина якого з зубчастими вінцями для зачеплення з жорстким колесом, сполученим з веденим валом, і зубчастою муфтою, виконаною на корпусі, виготовлена з металу, а донна і фланцева частина гнучкого колеса, за допомогою якої воно герметично приєднується до корпусу, виконані з використанням неметалевих еластичних матеріалів [5]. Гнучке колесо виконане у вигляді кільця, має мінімальну довжину, проте викликає значні технологічні труднощі при забезпеченні герметичності його сполуки з донною і фланцевою частинами, а також з корпусом. Втрачає працездатність при великих перепадах тиску в поділюваних середовищах.

Авторами поставлена задача спрощення конструкції герметичної хвильової передачі з гнучким колесом-кільцем, забезпечення працездатності при великих перепадах тиску в поділюваних середовищах.

Поставлена задача досягається тим, що в хвильовій герметичній передачі, що включає гнучке колесо-кільце, середня частина якого з зубчастими вінцями для зачеплення з жорстким колесом, сполученим з веденим валом, і зубчастою муфтою, виконаною на корпусі, виготовлена з металу, а донна і фланцева частина гнучкого колеса-кільця, за допомогою якої воно герметично приєднується до корпусу, виконані з використанням неметалевих еластичних матеріалів, донна частина містить в своєму складі манжету, встановлену на одному торці гнучкого колеса-кільця між його внутрішньою поверхнею і циліндричною зовнішньою поверхнею радіальної перегородки, що має кільцевий виступ, зовнішній діаметр якого перевищує внутрішній діаметр недеформованого гнучкого колеса-кільця, між торцями радіальної перегородки і веденого валу встановлений точковий упор, наприклад, у вигляді кульки, у фланцевій частині, в разі зовнішнього зубчастого вінця гнучкого колеса-кільця під зубчасту муфту, на іншому торці всередині гнучкого колеса-кільця встановлено точну таку ж манжету, яка спирається на циліндричний виступ корпусу, виконаний над підшипниками ведучого валу, при цьому між частинами корпусу, пов'язаних відповідно з ведучим і веденим валами, встановлено додаткове ущільнення, в разі ж внутрішнього зубчастого вінця під зубчасту муфту, відповідний вінець виконаний на циліндричному виступі корпусу над підшипниками ведучого валу, а манжета встановлена між корпусом і зовнішньою гладкою поверхнею металевої частини гнучкого колеса-кільця.

Сутність пропонованої передачі пояснюється кресленням, де на верхній половині зображений варіант передачі з гнучким колесом-кільцем, що має зовнішній і внутрішній зубчасті вінці, на нижній половині - з одним зовнішнім вінцем.

Рисунок 1 – Хвильова зубчата передача

Передача містить ведучий вал 1, жорстко з'єднаний з ним генератор деформацій 2, гнучке колесо-кільце 3, жорстке колесо 4, жорстко поєднане з веденим валом 5. Усередині гнучкого колеса-кільця 3 встановлена радіальна перегородка 6, на якій закріплена манжета 7. Перегородка має кільцевий виступ 8 , зовнішній діаметр якого перевищує внутрішній діаметр недеформованого гнучкого колеса-кільця 3, але менше діаметра вершин зубів жорсткого колеса 4. Між радіальною перегородкою 6 і торцем 9 веденого валу 5 встановлений точковий упор 10, виконаний, наприклад, у вигляді кульки. Між корпусом 11 і гнучким колесом-кільцем 3 встановлена манжета 12. Гнучке колесо-кільце 3 за допомогою зубчастого муфтового з'єднання 13 пов'язане з корпусом 11. Манжети 7, 12 встановлені своїми комірами в сторону більшого з тисків в поділюваних середовищах. При розташуванні манжети 12 всередині гнучкого колеса-кільця 3 встановлюється додаткове ущільнення 14 між частинами корпусу 11, пов'язаних відповідно з ведучим 1 і веденим 5 валами.

Хвильова герметична передача працює наступним чином

Манжети 7, 12, обтискуючи гнучке колесо-кільце 3, забезпечують його герметичне з'єднання з корпусом 11 і перегородкою 6, тим самим ізолюють між собою порожнини зовні і із середини гнучкого колеса-кільця 3, перетворюючи передачу в герметичну. Коміри манжет підтискаються під дією перепаду тисків в поділюваних середовищах до гнучкого колеса-кільця 3, корпусу 11, перегородці 6, збільшуючи ступінь герметизації.

Так як, гнучке колесо-кільце не обертається, то зносу манжет не відбувається і надійність герметизації з часом не зменшується. Коміри манжет 7, 12 в поєднанні з гнучким колесом-кільцем 3 встановлені з радіальним натягом, тому при радіальній деформації колеса відриву крайок комірів не відбувається.

Осьові зусилля, діючі на гнучке колесо-кільце 3 від зубчастих зачеплень і від перепаду тисків в поділюваних середовищах, в залежності від напрямку, замикаються безпосередньо на корпус 11 (на рис. 1 з лівого торця) або через кільцевий виступ 8 перегородки 6, саму перегородку 6, точковий упор 10, ведений вал 5, його опори на корпус 11 (на рис. 1 з правого торця). Для підвищення ступеня герметичності на контактні поверхні манжет наноситься мастило, стійке в поділюваних середовищах.

При обертанні ведучого валу 1 генератор деформацій 2 збуджує в гнучкому колесі-кільці 3 хвилю радіальних деформацій, що поширюється в окружному напрямку. Гнучке колесо-кільце 3 знаходиться в зачепленні з жорстким колесом 4. Так як число зубів гнучкого колеса і жорсткого колеса відрізняються між собою (), то відбувається редукування кутової швидкості з передавальним відношенням , яке визначається за формулою

.

Наприклад, якщо , а , то .

Таким чином, жорстке колесо 4 разом з веденим валом 5 обертається в ту ж сторону, що і ведучий вал 1, але в 100 разів повільніше.

Так як гнучке колесо-кільце 3 пов'язане з корпусом 11 за допомогою зубчастого муфтового з'єднання 13, то воно не обертається, а тому не відбувається зношування крайок комірів манжет.

В якості манжет можуть бути використані манжети як комірні гідравлічні по ГОСТ 6969-54 (80), так і ущільнювальні гумові манжети для гідравлічних пристроїв по ГОСТ 14896-84. Крім гуми манжети можуть бути виготовлені з поліуретану, тефлону, фтор-каучуку, силікону, фтор-силікону. Вибір матеріалу манжет залежить від властивостей поділюваних середовищ. Стандартні манжети працездатні при перепадах тиску до 32 МПа і температурах від до (ГОСТ 6969–54) або до 50 МПа і температурах від до (ГОСТ 14869–84), що не доступно для еластичних матеріалів аналогів і прототипу.

Внаслідок відсутності зносу манжет герметичність передачі з часом не погіршується. Більш того, з підвищенням перепаду тисків в поділюваних середовищах герметичність підвищується.

Таким чином, корисна модель характеризується мінімальними осьовими габаритами через використання гнучкого колеса-кільця, максимальною простотою технології виготовлення гнучкого герметичного колеса, а, отже, мінімальною вартістю, в тому числі і за рахунок використання стандартних манжет, освоєних в серійному виробництві. Конструкція передачі працездатна при великих перепадах тиску в поділюваних середовищах, недоступних для відомих пристроїв.

З одним і тим же гнучким колесом-кільцем передача може бути виконана в герметичному і негерметичному виконанні, що значно розширює її технологічні можливості, сфери застосування.

Література

1. Итоги науки и техники. Машиностроительные материалы, конструкции и расчет деталей машин. Гидропривод. Т.4. Волновые передачи. Под ред. Н.С. Ачеркана, –М.; 1972. – С. 122-125.

2. Авторское свидетельство СССР №1430641, F16H1/00, Волновая герметичная передача, 1988.

3. Авторское свидетельство СССР №345306, F16H1/00. Волновой зубчатый редуктор, 1972.

4. Приймаков А.Г., Устиненко А.В. Трехволновые силовые зубчатые передачи для противопожарной и аварийно-спасательной техники / Вісник НТУ «ХПІ», 2013, №41(1014). – С. 114-120.

5. Авторское свидетельство СССР №266496, F16H. Волновая герметичная передача, 1970.