ПЛАНЕТАРНАЯ ПЕРЕДАЧА С ПСЕВДОЦЕВОЧНЫМ ЗАЦЕПЛЕНИЕМ Российский патент 2013 года по МПК F16H1/32 

Изобретение относится к механическим передачам и предназначено для передачи вращательного движения и энергии от входного выходному звену с широким диапазоном передаточных отношений и может найти применение в самых различных отраслях техники и промышленности.

Из патентной документации (RU 2285163; RU 2313707; US 1870875; US 5322485; WO 2006/077825) и научно-технической литературы (Шанников В.М. Планетарные редукторы с внецентроидным зацеплением. М.-Л.: Машгиз, 1948; Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений. М.: Наука, 1968) известно значительное количество планетарных передач внутреннего Зацепления с цевками в качестве зубьев одного из колес (известных за рубежом под названием Cyclo Drive, а в русской терминологии более широко известен как планетарно-цевочный редуктор). Цевки могут располагаться как на солнечном колесе (наиболее часто встречаемый вариант), так и на сателлитах. Причем во втором случае при прочих равных условиях нагрузочная способность по контактным напряжениям выше в среднем на 30%.

Известна планетарно-цевочная передача по патенту US 1867492, содержащая неподвижное солнечное колесо, водило-эксцентричный вал, сателлит, цевки, установленные на одном из колес, и выходной вал с пальцами, образующими с сателлитом механизм параллельных кривошипов. Передача работает следующим образом.

При сообщении движения водило-эксцентричному валу связанный с ним сателлит обкатываясь по неподвижному солнечному колесу, приобретает два движения: поступательное и вращательное. Далее вращательное движение от сателлита передается выходному валу через пальцы, размещенные на нем.

Известна также планетарно-цевочная передача по патенту WO 2006085536. Эта передача является наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения, вследствие чего он принят нами за прототип. Передача содержит неподвижное солнечное колесо с цевками, установленными в полуцилиндрических углублениях; водило-эксцентричный вал с двумя эксцентриками, повернутыми друг относительно друга на 180°; два сателлита, установленных с опорными подшипниками на водило-эксцентричном валу; механизм параллельных кривошипов, представляющий единый поворотный узел совместно с сателлитами, содержащий два фланца, связанных между собой с помощью перемычек и пальцев, проходящих через сквозные отверстия на сателлитах, при этом фланцы поворотного узла установлены на солнечном колесе в опорных подшипниках, а опорные подшипники водило-экстричного вала в расточках фланцев.

В приведенном устройстве вращательное движение водило-эксцентричного вала преобразуется в поступательное и вращательное движения сателлитов. Затем вращательные движения сателлитов передаются через пальцы фланцам поворотного устройства, которые служат единым выходным звеном.

Упомянутые планетарно-цевочные передачи обладают многими достоинствами, одним из которых является увеличенный коэффициент перекрытия, связанный со свойством кругового профиля цевок. Наряду с положительными качествами рассмотренные передачи обладают и недостатками:

- сложность конструкции передачи особенно при размещении цевок на сателлитах;

- из-за наличия различного рода погрешностей, а также деформации элементов передачи под нагрузкой площадь контакта поверхностей цевок и углублений уменьшается что приводит к ухудшению условия теплоотвода и локальному перегреву цевок, особенно при консистентной смазке;

- ограниченная возможность увеличения радиусов цевок при оптимизации параметров передачи из-за уменьшения толщины перемычки между цевками. Так, например, зацепление может иметь минимальное контактное напряжение при недопустимых малых размерах перемычки.

Поставлена задача - разработать планетарную передачу внутреннего зацепления упрощенной конструкции с минимальным количеством элементов, лишенную указанных выше недостатков, с широким диапазоном передаточных отношений и обладающую большим коэффициентом перекрытия, а также повышенной нагрузочной способностью. В итоге такая планетарная передача имела бы более высокую надежность и долговечность.

Поставленная задача решена следующим образом. Планетарная передача с псевдоцевочным зацеплением содержит неподвижное солнечное колесо; водило-эксцентричный вал с двумя эксцентриками, повернутыми друг относительно друга на 180°; два сателлита, установленные с опорными подшипниками на водило-эксцентричном валу; механизм параллельных кривошипов, представляющий единый поворотный узел совместно с сателлитами, содержащий два фланца, связанные между собой с помощью перемычек и пальцев, проходящих через сквозные отверстия на сателлитах, при этом фланцы поворотного узла установлены на солнечном колесе в опорных подшипниках, а опорные подшипники водило-экстричного вала в расточках фланцев.

Отличительными признаками данного изобретения в сравнении с прототипом являются то, что профилями зубьев сателлитов с обеих сторон являются дуги окружностей с радиусами R₁, R₂, центры которых в общем случае не совпадают, при этом внутренние границы активных участков профилей зубьев удалены от оси сателлита на расстоянии R_A1 и R_A2 соответственно:

$$R_{A1}\le \sqrt{R_{e1}^2+R_1^2+2R_{e1}{R}_1\sqrt{1-1/k_1^2}}$$ ;

$$R_{A2}\le \sqrt{R_{e2}^2+R_2^2+2R_{e2}{R}_2\sqrt{1-1/k_2^2}}$$ ,

в которых

k₁=R_e1N/eZ;

k₂=R_e2N/eZ,

где R_e1 и R_e2 - расстояния от оси сателлита до центров дуг окружностей профилей;

N - разница между числами зубьев солнечного колеса и сателлита;

e - величина эксцентриситета водило-эксцентричного вала;

Z - количество зубьев сателлита,

а сопряженными профилями зубьев неподвижного солнечного колеса являются участки эквидистант удлиненных гипоциклоид.

В предложенном изобретении отсутствуют цевки и тем самым упрощена конструкция планетарной передачи и улучшено условие теплоотвода от поверхностей зубьев. Кроме того, круговые профили цевок заменены дугами окружностей и размещены на сателлитах, что позволяет повысить контактную прочность за счет увеличения радиуса приведенной кривизны профилей зубьев (преобладает контакт выпукло-вогнутого вида). При этом использование неполных окружностей (дуг) на зубьях расширяет область решения оптимизационных задач.

Далее изобретение иллюстрируется чертежами, фиг.1-3 и фотографией, фиг.4 на которых изображено:

- а фиг.1 - продольный разрез планетарной передачи с псевдоцевочным зацеплением (см. фиг.2, разрез по Б-Б);

- на фиг.2 - поперечный разрез планетарной передачи с псевдоцевочным зацеплением (см. фиг.1, разрез по А-А);

- на фиг.3 - изображены профили зубьев колес: дуги окружностей на сателлитах и эквидистанты удлиненных гипоциклоид на солнечном колесе;

- на фиг.4 - представлена фотография планетарной передачи с псевдоцевочным зацеплением со снятым фланцем.

Планетарная передача с псевдоцевочным зацеплением содержит неподвижное солнечное колесо 1 (фиг.1-3); водило-эксцентричный вал 2 (фиг.1, 2) с двумя эксцентриками, повернутыми друг относительно друга на 180°; два сателлита 3 (фиг.1-3), установленные с опорными подшипниками 4 (фиг.1, 2) на водило-эксцентричном валу 2; механизм параллельных кривошипов, представляющий единый поворотный узел совместно с сателлитами 3, содержащий два фланца 5 (фиг.1), связанные между собой с помощью перемычек 6 (фиг.1, 2) и пальцев 7 (фиг.1, 2), проходящих через сквозные отверстия γ (фиг.1, 2) на сателлитах 3, при этом фланцы 5 поворотного узла установлены на солнечном колесе 1 в опорных подшипниках 8 (фиг.1), а опорные подшипники 9 (фиг.1) водило-экстричного вала 2 размещены в расточках фланцев 5.

Активными участками профилей зубьев сателлитов 3 являются дуги окружностей A₁B₁, А₂В₂ (фиг.3) с радиусами равными R₁=R₂=5,5 и центрами O₁ и O₂, расположенными относительно оси сателлита на расстоянии R_e1=R_e2=62 и относительно друг от друга Δ=0,55 (фиг.3). При этом сопряженными профилями зубьев солнечного колеса 1 являются участки эквидистант удлиненных гипоциклоид α и β (фиг.3).

Количество зубьев сателлита равно Z=20, а разница между числами зубьев солнечного колеса и сателлита равна N=1. Величина эксцентриситета принята равной e=2,818.

Далее, с учетом приведенных численных значений, найдена наибольшая допускаемая величина R_A:

k=R_eN/eZ=62·5,5/2,818/20=1,1;

$$R_A\le \sqrt{R_e^2+R^2+2R_{e}R\sqrt{1-1/k^2}}\le \sqrt{{62}^2+{\mathrm{5,5}}^2+2\cdot 62\cdot \mathrm{5,5}\sqrt{1-1/{\mathrm{1,1}}^2}}=\mathrm{64,485}$$ .

В данной конструкции принято R_A=64.

Кривая вершин зубьев В₁В₂ (фиг.3) выбрана с учетом радиальных зазоров и коэффициента перекрытия зацепления.

Планетарная передача с псевдоцевочным зацеплением работает следующим образом.

При сообщении движения водило-эксцентричному валу 2 сателлиты 3 обкатываясь по неподвижному солнечному колесу 1, приобретают два движения: поступательное и вращательное. Далее вращательные движения сателлитов передаются дискам 5, являющимся выходными звеньями, с помощью перемычек б и пальцев 7, соприкасаясь с поверхностями сквозных отверстий у на сателлитах 3.

Предложенное изобретение позволит увеличить надежность и долговечность планетарных редукторов за счет упрощения конструкции, улучшения условия теплоотвода от поверхностей зубьев, повышения контактной прочности и увеличения числа управляющих геометрических параметров качественными характеристиками зацепления

Изобретение относится к механическим передачам и предназначено для передачи вращательного движения и энергии от входного к выходному звену с широким диапазоном передаточных отношении и может найти применение в самых различных отраслях техники и промышленности. Планетарная передача содержит неподвижное солнечное колесо (1), водило-эксцентричный вал (2) с двумя эксцентриками, повернутыми друг относительно друга на 180°, два сателлита (3), установленных с опорными подшипниками (4) на водило-эксцентричном валу (2), механизм параллельных кривошипов, включающий два фланца (5), связанных между собой с помощью перемычек (6) и пальцев (7), проходящих через сквозные отверстия на сателлитах (3). Фланцы (5) установлены на солнечном колесе (1) в опорных подшипниках (8). Опорные подшипники (9) водило-эксцентричного вала (2) размещены в расточках фланцев (5). Активными участками профилей зубьев сателлитов (3) являются дуги окружностей, центры которых для разных сторон зубьев в общем случае не совпадают. Сопряженными профилями зубьев солнечного колеса (1) являются эквидистанты удлиненных гипоциклоид. Изобретение позволяет упростить конструкцию планетарной передачи, улучшить условия теплоотвода от поверхностей зубьев, повысить контактную прочность. 4 ил.

Планетарная передача с псевдоцевочным зацеплением, содержащая неподвижное солнечное колесо; водило-эксцентричный вал с двумя эксцентриками, повернутыми относительно друг друга на 180°; два сателлита, установленные с опорными подшипниками на водило-эксцентричном валу; механизм параллельных кривошипов, представляющий единый поворотный узел совместно с сателлитами, содержащий два фланца, связанные между собой с помощью перемычек и пальцев, проходящих через сквозные отверстия на сателлитах, при этом фланцы поворотного узла установлены на солнечном колесе в опорных подшипниках, а опорные подшипники водило-эксцентричного вала - в расточках фланцев, отличающаяся тем, что профилями зубьев сателлитов с обеих сторон являются дуги окружностей с радиусами R₁, R₂, центры которых в общем случае не совпадают, при этом внутренние границы активных участков профилей зубьев удалены от оси сателлита на расстоянии соответственно:
$$R_{A1}\le \sqrt{R_{e1}^2+R_1^2+2R_{e1}{R}_1\sqrt{1-1/k_1^2}}$$ ;
$$R_{A2}\le \sqrt{R_{e2}^2+R_2^2+2R_{e2}{R}_2\sqrt{1-1/k_2^2}}$$ ,
в которых
k₁=R_e1N/eZ;
k₂=R_e2N/eZ,
где R_e1 и R_e2 - расстояния от оси сателлита до центров дуг окружностей профилей;
N - разница между числами зубьев солнечного колеса и сателлита;
e - величина эксцентриситета водило-эксцентричного вала;
Z - количество зубьев сателлита,
а сопряженными профилями зубьев неподвижного солнечного колеса являются участки эквидистант удлиненных гипоциклоид.