ПЛАНЕТАРНАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 2003 года по МПК F16H1/48 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к планетарным передачам.

Известна конструкция планетарной передачи, содержащая солнечное колесо, опорное колесо с внутренними зубьями, водило, оси сателлитов и установленные на них посредством сферических подшипников разрезные сателлиты. Для улучшения выравнивания нагрузки между частями сателлитов и упрощения конструкции планетарная передача снабжена дополнительными сферическими опорами по числу сателлитов, установленными в водиле, на которые опираются оси сателлитов своей средней частью (авт. св. СССР 523217 по М. кл. F 16 Н 1/48,1976).

Недостатком данной планетарной передачи является то, что ее конструкция не позволяет выровнять нагрузку между сателлитами, что связано с наличием избыточной связи, при которой передача является статически неопределимой, что повышает ее виброактивность и снижает надежность и долговечность. Кроме того, данная планетарная передача не может быть реализована с малыми осевыми габаритами, в связи с применением сферических подшипников, расположенных в ободьях разрезных сателлитов, не обладающих достаточной долговечностью.

Известна конструкция планетарного редуктора Д.И. Шаткуса для зернового комбайна с плавающим центральным колесом и сателлитами на сферических опорах, не имеющего избыточных связей, в котором нагрузка выровнена по длине контактных линий зубчатых зацеплений и между сателлитами (Решетов Л.Н. Самоустанавливающиеся механизмы: Справочник. - М.: Машиностроение. - 1979, с. 243, рис. 5.12).

Наружное кольцо двухрядного роликового подшипника, на котором устанавливается сателлит, имеет сферическую наружную поверхность, и оно же является внутренним кольцом сферической опоры. В качестве наружного кольца сферической опоры используется сателлит с прошлифованной в нем внутренней сферой.

Недостатком такой передачи являются то, что она не может быть реализована с малыми осевыми габаритами сателлитного узла, в связи с недостаточной долговечностью сферической опоры. Кроме того, данная планетарная передача обладает повышенной виброактивностью, что также снижает ее надежность и долговечность.

Известна планетарная передача, принятая в качестве прототипа, содержащая центральные колеса, водило, сателлиты, установленные на осях, закрепленных в щеках посредством упругих элементов, между которыми размещены втулки, контактирующие одним из своих торцов с торцом водила планетарной передачи (авт. св. СССР 1427117 по М. кл. F 16 Н 1/48, 1989).

Недостатком данной планетарной передачи является то, что избыточные связи здесь заменены упругими, при этом равномерность распределения нагрузки между сателлитами и по длине контактных линий зубчатых зацеплений пропорциональна жесткости упругих элементов, поэтому полного выравнивания нагрузки не достигается, что снижает надежность и долговечность планетарной передачи. Кроме того, при неравномерном распределении нагрузки в зацеплениях сателлита с центральными колесами происходит перекос сателлита относительно его оси, что приводит к неравномерному распределению нагрузки в игольчатом подшипнике, расположенного в ободе сателлита и снижению надежности и долговечности планетарной передачи.

Задача изобретения - создание планетарной передачи с малыми осевыми габаритами сателлитного узла, позволяющего реализовывать малые передаточные числа, со сниженной виброактивностью и выровненной нагрузкой по длине контактных линий зубчатых зацеплений сателлитов с центральными колесами и между сателлитами.

Технический результат - повышение надежности и долговечности планетарной передачи за счет снижения виброактивности и выравнивания нагрузки по длине контактных линий зубчатых зацеплений сателлитов с центральными колесами и между сателлитами при малых осевых габаритах сателлитного узла.

Указанный технический результат достигается тем, что планетарная передача содержит центральные колеса, водило, сателлиты, установленные на осях посредством компенсационного узла, содержащего шарнирный подшипник с двумя выступами на внутреннем кольце, которые обеспечивают его радиальное перемещение вдоль направляющих буртов втулок, причем направляющие бурты имеют заплечики для ограничения радиального перемещения внутреннего кольца шарнирного подшипника, а между отверстием внутреннего кольца шарнирного подшипника и наружной поверхностью втулок установлен набор колец с большим и меньшим диаметром сечения, расположенных поочередно и выполненных из упругоэластичного материала.

Включение шарнирного подшипника в компенсационный узел позволяет выровнять нагрузку по длине контактных линий зубчатых зацеплений сателлита с центральными колесами. Это происходит за счет дополнительной угловой подвижности или степени свободы, которая дает возможность сателлиту, установленному на наружном кольце шарнирного подшипника, самоустанавливаться под действием момента упругих сил, возникающего из-за неравномерности распределения нагрузки по длине контактных линий зубчатых зацеплений сателлита с центральными колесами, вызванной погрешностями изготовления деталей планетарной передачи.

За счет выполнения внутреннего кольца шарнирного подшипника с двумя выступами и расположением его между направляющими буртами втулок, образована поступательная пара, позволяющая шарнирному подшипнику вместе с сателлитом совершать радиальное перемещение.

Выполнение заплечиков на направляющих буртах позволяет ограничить радиальное перемещение шарнирного подшипника с сателлитом при возникновении перегрузок, что повышает надежность и долговечность планетарной передачи.

Снижение неравномерности распределения нагрузки между сателлитами происходит за счет упругой деформации колец с большим диаметром, которая в несколько раз превышает величину упругой деформации металла, что позволяет компенсировать максимально возможную разницу боковых зазоров в зацеплениях сателлитов с центральными колесами, возникающую из-за погрешностей изготовления деталей планетарной передачи, и являющуюся причиной неравномерного распределения нагрузки между сателлитами.

Снабжение набора колец кольцами меньшего диаметра позволяет предотвратить перегрузки за счет повышения суммарной жесткости набора колец при деформации колец большего диаметра на величину максимально возможной разницы боковых зазоров в зацеплениях сателлитов с центральными колесами.

Выполнение колец из упругоэластичного материала позволяет снизить виброактивность планетарной передачи за счет потерь на передеформацию данного материала.

В целом применение в планетарной передаче компенсационного узла, через который сателлиты устанавливаются на осях, позволяет одновременно выровнить нагрузку между сателлитами и по длине контактных линий зубчатых зацеплений сателлита с центральными колесами, снизить виброактивность передачи при малых осевых габаритах сателлитного узла.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволили установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения, а определено из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволили выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объеме, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательного уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На фиг. 1 показан общий вид предлагаемой передачи. На фиг.2, отдельно, показан сателлитный узел предлагаемой планетарной передачи.

Планетарная передача содержит центральное колесо внешнего зацепления 1, размещенное в стакане 2 на подшипниках скольжения 3, центральное колесо внутреннего зацепления 4, установленное на подшипниках качения 5, опирающихся на стакан 2, установленный в расточке корпуса 6, трех сателлитов 7, расположенных в водиле 8 на осях 9. Оси 9 опираются на игольчатые подшипники качения 10, запрессованные в отверстия щек водила 8, соединенного с валом 11.

Планетарный ряд образуют центральное колесо внешнего зацепления 1, которое является заторможенным, центральное колесо внутреннего зацепления 4, к которому подводится крутящий момент, сателлиты 7 и водило 8, предназначенное для передачи крутящего момента валу 11, с которого он снимается.

Стакан 2 выполняет роль опоры центрального колеса внешнего зацепления 1 посредством подшипников скольжения 3, выполненных в виде бронзовых втулок, которые запрессовываются в отверстие стакана 2. Также стакан 2 служит опорой для центрального колеса внутреннего зацепления 4, установленного на нем через подшипник качения 5.

Сателлиты 7 установлены на осях 9 посредством компенсационного узла, предназначенного для снижения виброактивности и одновременного выравнивания нагрузки между сателлитами и по длине контактных линий. Компенсационный узел состоит из шарнирного подшипника 12 с двумя выступами 13 на внутреннем кольце, двух втулок 14 с направляющими буртами 15 и заплечиками 16 на них, набора колец 17 круглого сечения, расположенных между отверстием внутреннего кольца шарнирного подшипника 12 и наружной поверхностью втулок 14.

Шарнирный подшипник 12 устанавливается в ободе сателлита 7 с натягом и служит для компенсации перекоса и непараллельности образующих зубьев сателлита 7 в зацеплениях с центральными колесами внешнего зацепления 1 и внутреннего зацепления 4, образованных в результате погрешностей изготовления деталей передачи.

Внутреннее кольцо шарнирного подшипника 12 с выступами 13 на нем располагается между двух направляющих буртов 15 втулок 14. Выступы 13 совместно с направляющими буртами 15 образуют поступательную пару и предназначены для обеспечения радиального перемещения шарнирного подшипника 12 с сателлитом 7.

Заплечики 16 на направляющих буртах 15 предназначены для ограничения радиального перемещения шарнирного подшипника 12 с сателлитом 7 при возникновении перегрузок. Данное ограничение происходит за счет того, что заплечики 16 не позволяют выступам 13, а значит и шарнирному подшипнику 12 с сателлитом 7 перемещаться в радиальном направлении при возникновении перегрузок.

На наружной поверхности направляющих буртов 15 установлены дистанционные кольца 18, предназначенные для ограничения углового положение сателлита 7 и предотвращения его контакта со щеками водила 8. Дистанционные кольца 18 изготавливаются из антифрикционного материала.

Кольца 17 предназначены для снижения виброактивности, выравнивания нагрузки между сателлитами 7 и выполняются из упругоэластичного материала. Радиальную статическую жесткость каждого кольца можно определить по следующей формуле:

где T_max - максимальный крутящий момент на центральном колесе 4;
α_tw - угол зацепления;
d_tw - диаметр начальной окружности центрального колеса внутреннего зацепления;
z - количество колец;
j_max, j_min - максимальный и минимальный боковой зазор в зацеплении соответственно при наихудшем и наилучшем сочетании полей допусков на детали передачи.

Диаметр сечения колец меньшего диаметра 17 должен быть меньше диаметра сечения колец большего диаметра на величину максимально возможной разницы боковых зазоров ΔV= (j_max - j_min) сателлитов 7 с центральными колесами внешнего зацепления 1 и внутреннего зацепления 4, образованных за счет погрешностей изготовления деталей и приведенных к теоретической окружности расположения центров осей сателлитов 9 в водиле 8. Кольца 17 меньшего диаметра служат для предотвращения перегрузок за счет повышения суммарной жесткости набора колец 17 при деформации колец большего диаметра на величину Δ.
Планетарная передача работает следующим образом.

Крутящий момент, подводимый к центральному колесу внутреннего зацепления 4, передается водилу 8 и валу 11 через зацепления сателлитов 7 с центральными колесами внешнего зацепления 1 и внутреннего зацепления 4, компенсационный узел, оси 9 и игольчатые подшипники 10. Погрешности изготовления деталей вызывают перекос образующих зубьев сателлитов 7 и центральных колес, приводящий к неравномерности распределения нагрузки по длине контактных линий и появлению момента упругих сил относительно центра шарнирного подшипника 12. Появление момента упругих сил вызвано тем, что перекос и непараллельность образующих зубьев сателлита 7 с центральным колесом внешнего зацепления 1 не равен перекосу и непараллельности образующих зубьев сателлита 7 с центральным колесом внутреннего зацепления 4. При этом момент упругих сил уравновешивается моментом трения в шарнирном подшипнике 12. Самоустановка каждого сателлита 7, обеспечивающая выравнивание нагрузки по длине контактных линий зубчатых зацеплений сателлита с центральными колесами, происходит за счет дополнительных угловых подвижностей относительно центров сфер шарнирных подшипников 12 компенсационного узла.

Разница боковых зазоров сателлита 7 с центральными колесами внешнего зацепления 1 и внутреннего зацепления 4 вызывает неравномерность распределения нагрузки между сателлитами 7, выравнивание которой достигается за счет упругой деформации колец 17 большего диаметра. Нагружение колец 17 производится через внутреннее кольцо шарнирного подшипника 12 строго в радиальном направлении благодаря выступам 13 на нем и направляющим буртам 15 втулок 14. Кольца 17 меньшего диаметра служат для предотвращения перегрузок, а заплечики 16 на направляющих буртах 15 для ограничения осевого перемещения сателлитов 7.

Описанная конструкция планетарной передачи позволяет повысить надежность и долговечность передачи за счет применения компенсационного узла, одновременно выравнивающего нагрузку между сателлитами и по длине контактных линий зубчатых зацеплений сателлитов с центральными колесами, снижающего виброактивность при малых осевых габаритах сателлитного узла.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в машиностроении для повышение надежности и долговечности передачи и выравнивания нагрузки по длине контактных линий и между сателлитами;
- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Изобретение относится к машиностроению и может найти применение в планетарных передачах. Планетарная передача содержит центральные колеса, водило, и установленные на осях посредством компенсационного узла сателлиты. Компенсационный узел выполнен в виде шарнирного подшипника с двумя выступами, втулок с направляющими буртами и набора колец с большим и меньшим диаметром сечения, выполненных из упругоэластичного материала и расположенных поочередно между отверстием внутреннего кольца шарнирного подшипника и наружной поверхностью втулок. Технический результат - повышение надежности и долговечности планетарной передачи за счет снижения виброактивности и выравнивания нагрузки по длине контактных линий зубчатых зацеплений сателлитов с центральными колесами и между сателлитами при малых осевых габаритах сателлитного узла. 2 ил.

Планетарная передача, содержащая центральные колеса, водило, сателлиты, установленные на осях, отличающаяся тем, что сателлиты установлены на осях посредством компенсационного узла, содержащего шарнирный подшипник с двумя выступами на внутреннем кольце, которые обеспечивают его радиальное перемещение вдоль направляющих буртов втулок, причем направляющие бурты имеют заплечики для ограничения радиального перемещения внутреннего кольца шарнирного подшипника, а между отверстием внутреннего кольца шарнирного подшипника и наружной поверхностью втулок установлен набор колец с большим и меньшим диаметром сечения, расположенных поочередно и выполненных из упругоэластичного материала.