ПЛАНЕТАРНЫЙ РЕДУКТОР Российский патент 1998 года по МПК F16H1/28 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к конструкции планетарных зубчатых редукторов и может быть использовано в приводах машин и механизмов для обеспечения больших передаточных чисел при высоком КПД и надежности.

Известен планетарный редуктор, встроенный в барабан грузовой лебедки, который содержит расположенные в двух параллельных плоскостях подвижную и неподвижную коронные шестерни, входящие в зацепление с соответствующими шестернями блоков двухвенцовых сателлитов, которые к тому же находятся в постоянном сцеплении с двумя приводными шестернями, смонтированными в водиле с возможностью раздельного подсоединения каждой шестерни к валу двигателя при посредстве муфты сцепления [1].

К недостаткам известного редуктора относятся сложная кинематическая схема двухскоростного привода и блоков сателлитов, имеющих венцы различного диаметра с различным количеством зубьев, и невозможность получения большого передаточного отношения при большой нагрузочной способности, для которой требуется увеличение количества сателлитов и, следовательно, увеличение разности количества зубьев между выходными коронными шестернями, что в свою очередь ведет к уменьшению передаточного отношения.

Наиболее близким по технической сущности заявляемому техническому решению является зубчатый редуктор, содержащий солнечную шестерню, соединенную с ведущим валом и расположенную соосно в центре неподвижного и подвижного коронного зубчатого колеса, связанного с ведомым валом. Подвижное и неподвижное зубчатые колеса имеют одинаковый диаметр делительной окружности, но число их зубьев различается по меньшей мере на единицу. Между солнечной шестерней и коронными колесами размещена по меньшей мере одна свободная планетарная шестерня с двумя диаметрально расположенными опорными сателлитами [2].

Однако такой редуктор при большом передаточном отношении имеет малую передаваемую мощность и мелкий модуль зубьев, так как число свободных планетарных шестерен, входящих в зацепление с обоими коронными колесами, должно быть равно разнице числа их зубьев, что ограничивает передаваемую мощность, быстроходность и затрудняет балансировку вращающихся частей.

Технической задачей изобретения является устранение вышеуказанных противоречий, т. е. упрощение конструкции планетарного редуктора и обеспечение большого передаточного отношения при высокой нагрузочной способности и КПД.

Для решения поставленной технической задачи предлагается планетарный редуктор с минимальной разницей зубьев между двумя коронными шестернями, расположенными в двух параллельных плоскостях и откоррегированных до одинаковых начальных окружностей, что позволяет использовать принципиально неограниченное количество двухвенцовых сателлитов одинакового диаметра с одинаковым количеством однотипных зубьев, которые смещены по начальным окружностям параллельных венцов сателлитов относительно друг друга на величину, кратную отношению шага зубьев к количеству сателлитов, симметрично размещенных на осях между крышкой и корпусом водила, снабженного, как и солнечная шестерня привода несмещенных венцов сателлитов, своим посадочным отверстием приводного вала.

Для пояснения сущности изобретения приведена фиг. 1 на которой показан продольный разрез редуктора, и фиг. 2, на которой показан поперечный разрез редуктора и частичный вид его торцевой части.

Планетарный редуктор содержит расположенные в двух параллельных плоскостях подвижную 1 и неподвижную 2 коронные шестерни с крепежными отверстиями 3 для соединения с соответствующими частями силовых механизмов. Внутреннее зубчатое зацепления коронных шестерен 1 и 2 совмещено с наружным зубчатым зацеплением четырех двухвенцовых сателлитов 4, 5, 6 и 7, смонтированных на параллельных осях 8 со стопорными кольцами 9 концентрично приводной солнечной шестерне 10, которая входит в зацепление только с венцами сателлитов, взаимодействующих лишь с подвижной коронной шестерней 1. Эта шестерня 1 имеет зубьев на один больше, чем неподвижная коронная шестерня 2, а диаметр ее начальной окружности при изготовлении откорректирован на полмодуля меньше типовой величины, тогда как у неподвижной шестерни 2 диаметр начальной окружности имеет положительную коррекцию такой же величины, поэтому результирующие начальные окружности обеих шестерен совпадают. Однако зубья этих шестерен 1 и 2 оказываются смещенными по периметру относительно друг друга, поэтому и зубья венцов сателлитов 4 - 7, входящие в зацепление с неподвижной коронной шестерней 2 имеют соответствующее смещение относительно зубчатых венцов этих же сателлитов, входящих в зацепление с подвижной коронной шестерней 1, хотя количество зубьев, их модуль и начальные окружности всех венцов сателлитов 4 - 7 - одинаковые.

Для свободного обкатывания всех зубчатых зацеплений редуктора необходимо, чтобы зубья у двухвенцовых сателлитов были смещены по своей окружности начальной относительно друг друга на величину кратную отношению шага зубьев к количеству сателлитов. Если, например, сателлит 4 не имеет смещения венцов и выполнен как единая шестерня, то венцы составного сателлита 5 должны иметь смещение на четверть шага, которое фиксируется сквозными штифтами 11. Аналогичным образом венцы сателлита 6 имеют сдвиг на полшага, а венцы сателлита 7 - на три четверти шага. Все сателлиты размещены между торцевой частью корпуса водила 12 и его крышкой 13 с технологическим зазором, который обеспечивается стойками 14 с крепежными элементами 15 и проточками в торцах самих коронных шестерен 1 и 2, куда устанавливаются торцевые части водила 12, 13. В корпусе водила 12 имеется втулка 16 с посадочным отверстием приводного вала, которое идентично посадочному отверстию в центре солнечной шестерни 10, расположенной на противоположной стороне водила 12 с возможностью свободного вращения относительно его крышки 13.

Работает предлагаемый редуктор следующим образом. Вращающий момент высокооборотного привода, например электродвигателя, передается через приводной вал (на чертеже не показан) солнечной шестерне 10, которая вращает верхнюю часть сплошного сателлита 4 и верхние венцы сателлитов 5, 6 и 7, что обусловливает обкатывание сателлитов по внутреннему зубчатому зацеплению подвижной коронной шестерни 1 и синхронное обкатывание нижних смещенных венцов сателлитов по неподвижной коронной шестерне 2. Поскольку оси сателлитов 4 - 7 установлены в торцах водила 12, 13, оно тоже начинает вращаться, но гораздо медленнее солнечной шестерни 10 с передаточным отношением
i_C= 1 + Z₂/Z₀,
где
Z₂ = количество зубьев неподвижной коронной шестерни 2;
Z₀= количество зубьев солнечной шестерни
В тоже время обкатывание сателлитов 4 - 7 с одинаковым количеством зубьев по двум коронным шестерням 1, 2 с различным количеством зубьев будет сопровождаться поворотом коронных шестерен относительно друг друга с передаточным отношением
i_B = 1/(1-Z₁/Z₂),
здесь
Z₁ = Z ₂+ 1 - количество зубьев подвижной коронной шестерни 1.

Поэтому передаточное отношение от водила к коронной шестерне 1 будет равным
i_B = -Z₂,
а общее передаточное отношение от солнечной шестерни 10 к коронной шестерне 1 составит довольно большую величину
i₀ = i_C•i_B = Z₂ + Z22

/Z₀,
которая не зависит от количества зубьев сателлитов, но очень чувствительна к количеству зубьев коронных шестерен. Однако от количества зубьев сателлитов, находящихся в зацеплении с зубьями коронных шестерен, напрямую зависит выходной момент силовой нагрузки редуктора, так как к ним приложены большие тангенциальные усилия среза. Тогда как радиальные усилия противоположных сателлитов 4 - 7 компенсируют друг друга через солнечную шестерню 10, которая испытывает в основном усилия сжатия, пропорциональные выходному моменту нагрузки, а не сам выходной момент, как в замкнутых редукторах, что резко уменьшает реактивную мощность и потери и предлагаемом редукторе. Кроме того, наличие низкооборотного привода со стороны водила 12 со вторым значением передаточного отношения i_B значительно расширяет функциональные возможности редуктора без применения сложного механизма подключения второй солнечной шестерни, как у прототипа.

Высокие технико-экономические показатели предлагаемого редуктора подтверждаются испытаниями опытного образца, изготовленного с посадочными размерами и габаритами волнового редуктора ВАЗ С 40-80 производства ПТО АвтоВАЗ г.Тольятти, который кроме типовой редукции 80 имел повышенную редукцию более 300 и при равном выходном моменте нагрузки имел более крупный модуль зубьев и высокую быстроходность до 5000 об/мин, а следовательно, и более высокую удельную мощность и надежность. Поскольку волновые редукторы обладают очень высокими показателями, хотя и работают на ином принципе, то производство даже аналогичных по характеристикам дешевых планетарных редукторов вышерассмотренного типа, которые не требуют уникальной оснастки и технологий, безусловно позволит широко использовать их в машиностроении и освоить их изготовление на стандартном оборудовании.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 226817, кл. B 66 D 1/22, 1969.

2. Патент EP 0338369 A2, кл.F 16 H 1/28, 25.10.89.

Изобретение предназначено для использования в приводах машин и силовых механизмов с большим передаточным отношением. Расположенные в двух параллельных плоскостях коронные шестерни откоррегированы до начальных окружностей и имеют разницу в один зуб. Двухвенцовые сателлиты введены в зацепление с коронными шестернями. Солнечная шестерня введена в зацепление лишь с венцами сателлитов, расположенных в плоскости одной из коронных шестерен. Венцы сателлитов имеют одинаковое количество однотипных зубьев, смещенных по своей начальной окружности относительно друг друга на величину, кратную отношению шага зубьев к количеству сателлитов. Такое выполнение позволяет упростить конструкцию планетарного редуктора и обеспечить большое передаточное отношение при высокой нагрузочной способности и КПД. 2 ил.

Планетарный редуктор, содержащий расположенные в двух параллельных плоскостях подвижную и неподвижную коронные шестерни, откоррегированные до одинаковых начальных окружностей, имеющие разницу в один зуб и входящие в зацепление с соответствующими зубьями двухвенцовых сателлитов, установленных на параллельных осях водила концентрично с приводной солнечной шестерней, отличающийся тем, что венцы сателлитов имеют одинаковое количество однотипных зубьев, смещенных по своей начальной окружности относительно друг друга на величину, кратную отношению шага зубьев к количеству сателлитов, симметрично размещенных между крышкой и корпусом водила, снабженного посадочным отверстием приводного вала, как у приводной солнечной шестерни, которая входит в зацепление лишь с венцами сателлитов, расположенных в плоскости одной из коронных шестерен.