Изобретение двухконтурных червячных передач

История изобретения двухконтурных червячных передач и других особенностей зубчатых зацеплений

Изобретение двухоболочной червячной передачи — захватывающая дух история с двумя персонажи: Фридрихом Вильгельмом Лоренцом и Сэмюэлом И. Коуном, каждый из которых действует в отдаленных частях мира – один в Германии, а другой в Соединенных Штатах.

Слева располагается фотография Сэмюэля Коуна (1865–1949), американского изобретателя привода, носящего имя компании Cone Drive Co., основного производителя вышеупомянутых приводов в США. Доктор Лоренц, изображен на фотографии справа, изобрел методы создания червяка и шестерни червяка с двойной оболочкой зубчатой передачи, и он получил два патента на эту работу в 1891 году.

Изобретение доктора Лоренца было неизвестно Сэмюэлю Коуну, скромному конструктору, к которому идея червячной передачи с двойной оболочкой пришла независимо, как видно в следующем утверждении из архива компании Cone Drive Co. в 1924 году: несмотря на то, что такие червячные передачи производились компанией Lorenz Co., ценность вклада Коуна не может быть уменьшена, если принять во внимание его мужество и сильную волю. Коун действовал как изобретатель-одиночка, тогда как Лоренц использовал навыки своих многочисленных сотрудников. Тем не менее, потребовалось много времени и усилий, прежде чем технология конусного привода стала применяться в Соединенных Штатах. Следует отдать должное изобретению Лоренца, но отцом американского изобретения был Сэмюэл И. Коун. Несмотря на эти факты, вопрос о том, кто должен претендовать на исключительные права на червячную передачу с двойной оболочкой, остается без ответа. Вильгельм Лоренц и Сэмюэл Коун прекрасно понимали преимущества изобретенных ими приводов, в частности, повышенную грузоподъемность за счет более высокого коэффициента контакта по сравнению с обычными червячными передачами.

Хотя геометрия приводов Лоренца и конуса различается, оба типа обладают этим преимуществом. Позднее исследования показали, что более высокий КПД двухконтурной червячной передачи обусловлен наличием более благоприятных условий смазки.

Среди исследователей этого вида передач были Н.И. Колчин, Б.А. Гессен и П.С. Зак в России, Сакаи в Японии и Литвин в Соединенных Штатах, чьи исследования и результаты представлены у Литвина (1968, 1994). Основным производителем двухконтурных червячных передач в Соединенных Штатах является компания Cone Drive Textron Co. В настоящее время компания Lorenz Co. не производит эти зубчатые передачи.

Изготовление двухконтурных червячных передач требует точной обработки, что может быть затруднительно из-за сложной геометрии привода. Важно работать с опытными и квалифицированными производителями, которые могут производить качественные шестерни. Кроме того, конструкторы должны знать о различных областях применения двухконтурных червячных передач, включая аэрокосмическую, автомобильную, робототехнику и станкостроение. Каждый механизм имеет свои уникальные требования и проблемы, поэтому важно тщательно учитывать конкретные потребности каждого проекта.

В последние годы несколько современных компаний добились значительных успехов в разработке технологий зубчатых передач. Одной из таких компаний является Gleason Corporation, которая специализируется на производстве зубчатых колес, контроле и метрологии. Они разработали несколько инновационных продуктов, в том числе станок для шлифования резьбовых шлифовальных кругов Genesis® 260GX и измерительную систему зубчатых колес GMSL, которые произвели революцию в производстве зубчатых колес.

Еще одна компания, добившаяся больших успехов в технологии зубчатых передач, — KISSsoft AG, которая разрабатывает программные решения для проектирования и анализа зубчатых колес, подшипников и трансмиссий. Их программное обеспечение KISSsoft широко используется в автомобильной, аэрокосмической и силовой промышленности для проектирования и оптимизации зубчатых передач.

В частности, в аэрокосмической промышленности за последние годы произошли значительные успехи в технологии зубчатых передач. Такие компании, как Airbus и Boeing, разработали высокопроизводительные редукторы для использования в авиационных двигателях, требующих высокого крутящего момента и малого веса. Кроме того, НАСА разработало коробку передач нового типа, известную как коробка передач Quiet Supersonic Technology (QueSST), которая используется в сверхзвуковых самолетах для снижения уровня шума.

Еще одной отраслью, в которой зубчатые передачи играют решающую роль, является судостроение. Судовые редукторы используются для передачи мощности от двигателя к гребному валу на кораблях и лодках. Такие компании, как ZF Marine и Twin Disc, являются лидерами в области морских силовых установок и разработали инновационные судовые механизмы, обеспечивающие высокую эффективность и надежность.

В горнодобывающей промышленности большие машины, такие как самосвалы и экскаваторы, требуют мощных систем зубчатых передач для работы с тяжелыми грузами и суровыми условиями. Такие компании, как Joy Global и Caterpillar, разработали передовые системы зубчатых передач, способные работать в экстремальных условиях горнодобывающей промышленности.

Ветроэнергетика — еще одна область, где необходимы технологии зубчатых передач. Ветряные турбины требуют высокопроизводительных передач для передачи энергии вращения от лопастей к генератору. Такие компании, как Siemens и Winergy, разработали передовые системы редукторов для ветряных турбин, обеспечивающие высокую эффективность и надежность.

Наконец, робототехника — еще одна область, в которой зубчатые передачи имеют решающее значение. Шестерни используются в роботизированных системах для обеспечения точного управления движением и позиционированием. Такие компании, как Harmonic Drive и Nabtesco, разработали высокоточные системы зубчатых передач, которые используются в промышленных роботах, медицинских устройствах и других устройствах.

Вот некоторые из стран, которые являются лидерами в разработке технологий зубчатых передач, включают Германию, Японию и Соединенные Штаты. Германия, в частности, имеет сильные традиции в области машиностроения и имеет много компаний, специализирующихся на технологиях зубчатых передач, таких как Siemens и ZF Friedrichshafen.

Что касается передовых специалистов в этой области, то есть много экспертов, которые внесли значительный вклад в развитие технологий зубчатых передач. Одним из таких экспертов является доктор Файдор Л. Литвин, профессор машиностроения Иллинойского университета в Чикаго, о котором было указано в самом начале статьи.

Что касается компаний, которые находятся в авангарде развития технологий зубчатых передач, есть несколько заметных игроков. Одной из самых инновационных компаний в этой области является Harmonic Drive LLC, которая специализируется на высокоточных зубчатых передачах для робототехники, медицинских устройств и других приложений. Компания разработала множество инновационных технологий зубчатых передач, в том числе волновую зубчатую передачу, которая обеспечивает исключительную точность и повторяемость.

Другой компанией, которая является лидером в разработке технологий зубчатых передач, является ZF Friedrichshafen AG, которая специализируется на автомобильных и морских силовых установках. Компания разработала множество передовых систем трансмиссии, в том числе 8-ступенчатую автоматическую коробку передач, обеспечивающую исключительную эффективность и производительность.

Некоторые другие известные компании, которые вносят значительный вклад в развитие технологий зубчатых передач, включают:

Корпорация Gleason: ведущий производитель оборудования для производства зубчатых колес и сопутствующих инструментов, включая зубофрезерные станки, зубошлифовальные станки и системы контроля зубчатых колес.

KISSsoft AG: компания-разработчик программного обеспечения, специализирующаяся на проектировании и анализе зубчатых колес, валов и подшипников. Их программное обеспечение широко используется в автомобильной, аэрокосмической и промышленной промышленности.

Sumitomo Heavy Industries: диверсифицированный производитель, производящий широкий спектр продукции, включая оборудование для передачи энергии, промышленное оборудование и морские силовые установки. Они известны своими высококачественными шестернями и коробками передач, которые используются во многих различных областях.

Brevini Power Transmission: мировой лидер в области решений для передачи мощности, специализирующийся на планетарных редукторах и гидравлических двигателях. Они предлагают широкий спектр стандартных и индивидуальных зубчатых передач для различных отраслей промышленности, включая сельское хозяйство, строительство и горнодобывающую промышленность.

SEW-Eurodrive: немецкая компания, специализирующаяся на мотор-редукторах, преобразователях частоты и других приводных системах. Они уделяют большое внимание инновациям и постоянно разрабатывают новые технологии для повышения эффективности и надежности своей продукции.

Bonfiglioli Riduttori S.p.A., мировой производитель редукторов и мотор-редукторов для широкого спектра отраслей, включая сельское хозяйство, строительство и горнодобывающую промышленность. Компания известна своим опытом в настройке коробок передач и трансмиссий для удовлетворения конкретных потребностей своих клиентов.

С точки зрения наиболее важных факторов в развитии технологий зубчатых передач можно выделить несколько основных направлений. К ним относятся:

Материалы: выбор высококачественных материалов имеет решающее значение для производительности и долговечности зубчатых колес. Достижения в области материаловедения привели к разработке новых сплавов и покрытий, которые могут повысить прочность, долговечность и износостойкость зубчатых колес.

Производственные процессы: развитие передовых производственных процессов, таких как прецизионное шлифование и 3D-печать, позволило производить шестерни с большей точностью и эффективностью, чем когда-либо прежде.

Смазка: правильная смазка необходима для бесперебойной работы и долговременной надежности зубчатых передач. Достижения в технологии смазки, такие как использование синтетических масел и присадок, улучшили работу зубчатых передач в широком диапазоне применений.

С точки зрения технологических достижений, одним из наиболее значительных достижений последних лет стало использование 3D-печати для изготовления зубчатых колес. Этот процесс позволяет создавать сложные геометрические формы, которые было бы трудно или невозможно достичь с использованием традиционных методов производства. Такие компании, как Siemens и Renishaw, были на передовой в становлении этой технологии и производили зубчатые колеса с высокой точностью и прочностью, используя 3D-печать.

В целом, разработка технологий зубчатых передач является быстро развивающейся областью, в которой каждый год появляется много новых достижений и инноваций.