О редукторах SINnx. Новые механизмы

РЕДУКТОРЫ
типа SIN Х = SIN nХ
 

               
      Эти механизмы – перспектива и редукторной, и подшипниковой индустрии. Такой редуктор не только внешне похож на подшипник. В его конструкции может оказаться даже меньше деталей, чем в простейшем шарикоподшипнике. Ведь и в простеньком подшипнике имеются: одно кольцо, второе кольцо, шарики, половинки сепаратора, заклепки, уплотнения, щитки, запорные кольца, иногда внутренние щитки уплотнений.

       В плоском варианте этого механизма конструкция содержит просто соосные шайбы и шарики. В показанном варианте конструкции каждый шарик опирается значительными частями своей поверхности на сферические поверхности несущих его деталей. Это обеспечивает гидродинамическое скольжение деталей этого механизма. Его зубчатые колёса имеют синусный профиль зубьев, который расположен на поверхности  вращения.  В этом состоит основное отличие (уже непатентоспособное) предложенного редуктора от прочих, пока малоизвестных механизмов с синусным профилем зубьев колеса.  Передача зацеплением таких зубчатых колёс осуществляется через шарики, подвижные в своих продолговатых гнёздах сепаратора.

 

     Этот редуктор внешне отличается  от шарикоподшипника, в основном, тем, что его шарики, находятся в прямолинейно продолговатых прорезях сепаратора и в волнистых канавках  смежных с ним звеньев этого механизма, почти такой же с виду конструкции, как подшипник. Линии направления канавок представляют собой  SIN Х  на ведущем звене и SIN nХ  на противоположном звене механизма.

 

     В редукторах продукции Сибирской машиностроительной компании колебательное движение шариков в сепараторе обеспечивается качением шариков по беговой дорожке волнообразно переменной глубины. Поэтому  амплитуда колебания шариков, «ковыляющих» по этим «колдобинам», там не может превышать четверть диаметра этих шариков.  Колёса такого зубчатого зацепления через шарик имеют нежелательно пологий профиль. Вследствие этого углы взаимодействия шариков с канавкой ведомого  звена такого механизма неблагоприятны, - проекции разложения сил в точках нагружения шариков, создают большое сопротивление сил трения, близкое к условиям самоторможения и заклинивания механизма. Малый эксцентриситет эксцентрика, равный плечу передачи крутящего момента, вызывает соответственно слишком большую радиальную силу приложения к этому плечу и соответственно большую силу трения и, следовательно, большие потери мощности на преодоление момента этого сопротивления трением. Как наглядно видно из формул в Справочнике по подшипникам, контакт шариков (причём мелких) с внешним цилиндром (эксцентрика) не обеспечивает значительной прочности и продолжительной работоспособности такой экзотичной конструкции редуктора.

 

     В механизмах, когда-то заявленных А.П.Зайцевым, канавки имеют постоянную глубину. Прочность контактов шариков с канавками на плоских торцах несопоставимо выше, чем у сибиряков.  Амплитуда колебания шариков в них мало зависит от их диаметра. Поэтому синусоида SIN nХ, вследствие большей амплитуды, чем в аналогичных конструкциях, имеет более крутые волны и, следовательно, более благоприятные углы разложения сил в точках взаимодействия шариков с канавкой ведомого звена.

     Канавки под шарик выполнены вдоль синусоид, которые расположены на  поверхностях вращения деталей, вследствие чего эти канавки имеют постоянную глубину. Поэтому амплитуда колебаний шариков не ограничена лишь четвертью диаметра шариков.

 

     Это открывает такие новые решения, о которых я теперь и заикаться пока не решаюсь. Декларации – это постановка новых задач. А постановка решённой задачи – это указание пути её решения, то есть основная часть её решения.

 

     В плоском варианте механизма канавки на его звеньях выполнены по полярной синусоиде.  Канавка, длиною в один период синусоиды замыкается через один оборот. На плоскости или на сфере это есть окружность, а на цилиндре или на конусе – это эллипс. Относительно оси плоского механизма такая канавка выполнена по окружности, которая расположена с эксцентриситетом, равным амплитуде колебания шариков в радиальном направлении от оси механизма.

     На противоположном звене механизма  для этих шариков предусмотрена волнистая канавка, которая замыкается на отрезке синусоиды, имеющем заданное число периодов в нём. Число шариков в сепараторе отличается на единицу от числа периодов в замыкающемся отрезке этой синусоиды SIN nX. Если неподвижным звеном механизма является сепаратор, то передаточное число этого редуктора равно отношению частот этих синусоид. Если ведомым звеном является сепаратор, то передаточное отношение равно числу шариков в такой передаче. Направление вращения ведомого звена относительно звена ведущего зависит от того, больше или меньше, чем шариков, имеется число периодов в волнистой канавке, выполненной по кривой SIN nХ.

     Замечательным свойством пересечения таких синусоид является то, что при этом имеются  две группы точек пересечения. В каждой из них пересечения повторяются через равные части периода каждой из пары синусоид. Доказательство теоремы об этом относится к школьной тригонометрии. Это доказательство могло бы быть обязательным в школьном курсе тригонометрии, как доказательство теоремы Пифагора на уроках геометрии. Если не каждому школяру, то хотя бы каждому учителю математики в школе эта теорема должна быть известна. Но это почему-то не так. На этом замечательном свойстве точек пересечения синусоид будут создаваться разнообразные механизмы, которые вытеснят из техники классические зубчатые механизмы не только редукторов и коробок скоростей.

 

     Данный редуктор является кулачковым механизмом с толкателями в форме шариков.  Малоизвестные кулачковые механизмы, включая механизмы с шариковыми, роликовыми, плунжерными толкателями, выписывающими своей некоторой точкой замкнутую синусоиду, считались бесперспективными, неконкурентоспособными в сравнении с иными редукторами. Трение в таких конструкциях слишком велико. Углы взаимодействия шариков с прочими деталями механизма там близки к условиям его заклинивания. При этом коэффициент трения там близок к величине недопустимой, - вследствие неизбежного там полусухого скольжения.  Касания шарика с сопряжёнными деталями механизма всего лишь точкой или линией вызывает слишком высокое удельное давление. Плёнка смазки в этих местах продавливается насквозь. В этих точках трение скольжения не только сухое, но и с большим коэффициентом сухого трения, - вследствие высокого удельного давления.

 

    По этой причине не оправдали надежд начавшиеся, было, производиться в США – в 90-х годах - подобные механизмы, казалось бы, весьма привлекательные.

     Уж не та  самая история – в большем масштабе – повторяется в России?

 

     Производство аналогичных редукторов, хорошо разрекламированное и уже широко развёрнутое на мощностях Ракетно-космического агентства (Сибирская машиностроительная компания) всё же имеет перспективу, если будет усовершенствована схема подобных механизмов хотя бы так, как показано в  моей заметке.

 

     Судя по первой фразе в статье специалистов этой компании, упомянувших моё имя в первой же строке, мои декларации произвели там впечатление, но в них не очень-то поверили. «РЕДУКТОРНАЯ ФАНТАСТИКА»? Нет, это не фантастика!

 

     С удовольствием продолжаю раскрывать свои технические секреты, но пока лишь давно уже древние для меня.

     Вот, например, ещё один судьбоносный для редукторной отрасли простейший эскиз к той статье, по поводу которой ко мне обратились из редакции Санкт-Петербургского журнала «РиП» с неправдоподобными предложениями. Это дало мне  повод и настроение вновь углубиться в уже чуть полузабытую мной давнюю тему очень многих лет жизни, - да так, что от ошеломляющих даже меня (иногда ежеминутно) новых идей я в последние недели превратился почти в лунатика. До такого состояния я никогда ещё не доходил. А ведь и без этого, как обо мне пишут в Интернете (не без оснований), - я и есть тот самый «Иосиф Ольшаницкий - генератор сумасшедших идей в областях науки и техники», и тех неисчислимых «изобретений, которые потрясут мир».  Сегодня я, как никогда раньше, чувствую себя способным это доказать, например, по данной теме в тематике «Редукторы и приводы».

     Было бы хорошо, если бы сибиряки связались со мной напрямую, а не только через редакцию журнала.