Циклоидные передачи. Механизмы и детали машин

27.02.09.
Иосиф Ольшаницкий

ЦИКЛОИДНЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Учимся у матушки природы. Не гоняясь за новизной, а лишь играя пропорциями, можно предложить много интересного.
 
На РИС. 1  показана просто шариковая циклоидная передача на осях, пересекающихся под прямым углом. Зацепление осуществляется через шарики, относительно крупные. Уже из заданных пропорций видно, что нагрузочная способность этих шариков, катящихся по вогнутому профилю  циклоидных зубьев ведомого звена сопоставима с нагрузочной способностью конических шестерён, размеры которых сравнимы с размерами деталей показанного здесь столь простого устройства.

Передаточное число здесь на порядок больше, чем в конической передаче с эвольвентными зубьями.
Потери на трение здесь сравнимы с потерями в червячной передаче, и есть возможность существенно снизить эти потери. Шарики лежат всей половиной своей поверхности в сферических гнёздах ведущего звена. Поверхность гнезд под шарики покрыта слоем антифрикционного материала. Большая площадь этой поверхности обеспечивает низкое удельное давления шарика на эту сферу.  Следовательно, имеются благоприятные условия для того, чтобы поддерживать во время работы этой передачи четкий режим гидродинамической смазки в контакте шарика с его гнездом.
Более того, в таком механизме вполне возможно подвести под шарик давление воздуха (или масла, если шарики не велики) с целью обеспечения воздушной (или жидкостной) подушки под шариком. Тогда обеспечивается почти чистое качение шарика по ведомому звену. Профиль циклоидной канавки на ведомом звене почти совпадает с профилем шарика. Это хорошо ещё и тем, что при работе передачи это обстоятельство способствует образованию масляного клина под шариком.

Передача на осях,  пересекающихся под прямым углом, - лишь частный случай, очень типичный в машиностроении.
Передача на скрещенных осях предоставляет свои достоинства. При такой компоновке зуб ведомого звена в плане ассиметричен. Поэтому на ведомом звене размещается большее число зубьев, к тому же ещё и более прочных, поскольку они  не подрезаны для симметрии со стороны не нагруженной. Соответственно больше и передаточное число этого механизма.

Передача под углом, отличным от прямого, позволяет достичь аналогичного эффекта. Однако, угол взаиморасположения осей, отличный от прямого, для машиностроения, как правило, не типичен.

Передачи на параллельных осях – это очень перспективная тема, сразу подсказывающая несколько интереснейших направлений, которые хочется упомянуть в следующих заметках, аналогичных этой.

Передачи, в машиностроении пока ещё экзотичные, и не всегда конкурентоспособные в сравнении с хорошо освоенными передачами эвольвентными, найдут широкое применение, прежде всего, в приборостроении.
Там нагрузочная способность и кпд мелких механизмов, обычно не имеет значения, а важны иные возможности компоновки механизмов.
В частности, ценность представляет передаточное число показанной передачи, большее, чем между коническими колёсами с эвольвентными зубьями.
*****