ПЛАНЕТАРНЫЙ РЕДУКТОР С ДВУМЯ СООСНЫМИ ВЫХОДНЫМИ ВАЛАМИ ПРОТИВОПОЛОЖНОГО ВРАЩЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК F16H48/06 B64C27/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к редукторам для преобразования вращательного движения в два вращательных движения противоположного направления, которые могут быть использованы в главных редукторах вертолетов или в редукторах гребных винтов соосной схемы.

Уровень техники

Известен редуктор турбовинтового авиационного двигателя для передачи вращения от одного входного вала на два соосных выходных вала с противовращением, включающий планетарную передачу, содержащую солнечное колесо, водило с множеством сателлитов и центральное колесо внутреннего зацепления. В этом редукторе входной вал связан с солнечным колесом, а два выходных вала коаксиальны и связаны: один с водилом, а другой с центральным колесом внутреннего зацепления. (Патент US 5.075,438 от 13.12.2011 г.)

Недостатками этого редуктора являются: сложность конструкции, максимальное передаточное отношение не более 10-12, невысокая нагрузочная способность зубчатой передачи.

Известен главный редуктор вертолета соосной схемы, содержащий выходную ступень, имеющую входной вал, на котором закреплены две цилиндрические шестерни малого радиуса, входящие в зацепление с двумя соосными зубчатыми колесами большого радиуса, одно из которых внешнего зацепления, а второе - внутреннего, которые связаны с двумя коаксиальными выходными валами. (Патент RU 2 359 875 от 28.04.2006 г.)

Недостатками этого редуктора являются: недостаточное передаточное отношение в одной ступени, требующее дополнительных ступеней, и невысокая нагрузочная способность зубчатой передачи.

Известен также главный редуктор вертолета соосной схемы, содержащий выходную ступень, состоящую из двух соосных ведомых цилиндрических зубчатых колес внешнего зацепления большого радиуса, соединенных с двумя выходными валами, и двух соосных ведущих цилиндрических шестерен малого радиуса, приводимых во вращение в противоположные стороны от конической части, содержащей два конических ведомых зубчатых колеса и одно (или два) ведущее зубчатое колесо, соединенное с входным валом. (Патент RU 2 263 608 от 10.11.2005 г.).

Недостатками этого редуктора являются: сложность конструкции, недостаточное передаточное отношение в одной ступени и невысокая нагрузочная способность зубчатых передач.

Известен также более близкий к настоящему изобретению планетарный редуктор с двумя соосными выходными валами противоположного вращения, содержащий входной вал, соединенный с водилом, множество сателлитов, имеющих по три зубчатых венца, первый зубчатый венец входит в зацепление с неподвижным зубчатым колесом внешнего зацепления (солнечным колесом), прикрепленным к корпусу редуктора соосно с выходными валами, а два других зубчатых венца входят в зацепление с двумя центральными зубчатыми колесами внешнего зацепления, закрепленными на двух коаксиальных выходных валах. (Патент US 8,550,950 от 8.10.2013 г.).

Недостатком этого редуктора является то, что габариты планетарного редуктора с внешним зацеплением больше, чем с внутренним, КПД меньше, а нагрузочная способность зубьев ниже.

Известна схема планетарных редукторов, в которых входной вал вращательно закреплен в корпусе редуктора и имеет эксцентриковую часть, на которой закреплен один сателлит с двумя зубчатыми венцами большого радиуса с различным количеством зубьев. Этот сателлит своими венцами входит в зацепление с двумя центральными зубчатыми колесами внутреннего зацепления и обкатывается по ним с малой разностью зубьев. Одно колесо внутреннего зацепления неподвижно закреплено в корпусе редуктора, а второе соединено с выходным валом. Ориентировочное передаточное отношение такого редуктора может быть 25-300 при КПД 0,9-0,4. По сравнению с указанным выше редуктором (US 8,550,950), этот редуктор имеет большие преимущества по КПД, габаритам и нагрузочной способности. (Книга: «Планетарные передачи. Справочник», под ред. В.Н. Кудрявцева, Ленинград, «Машиностроение», 1977 г., стр. 14, табл. 1.1, вариант 6). (Прототип).

Недостатком таких планетарных редукторов, известных из уровня техники, является то, что в них не установлены вторые выходные валы противоположного вращения.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание нового, более эффективного главного редуктора вертолета соосной схемы. Технический результат - упрощение конструкции, получение заданного необходимого передаточного отношения в одной ступени, снижение габаритов и веса, повышение нагрузочной способности.

Поставленная задача решается тем, что используемая кинематическая схема редуктора позволяет получить любое потребное передаточное отношение в одной ступени для вертолетного редуктора, например, от 15 до 50. Отличительной особенностью новой кинематической схемы является то, что сателлит содержит три зубчатых венца вместо двух, как в уровне техники, и это позволило получить редуктор со вторым соосным выходным валом противоположного вращения. В новом редукторе работают, максимально компактно, всего три пары зубчатых колес внутреннего зацепления с малой разностью зубьев, что обеспечивает более высокую нагрузочную способность по сравнению с существующими аналогами главных редукторов вертолетов соосной схемы.

Другая задача, которую может решить это изобретение, это использование такого редуктора в его модернизированном виде в дифференциалах ведущих мостов автомобилей. Модернизация заключается в том, что выходные валы выходят из корпуса редуктора в противоположные стороны и связаны с ведущими колесами автомобиля. Входной вал с эксцентриком закреплен свободно вращательно в корпусе редуктора, а корпус редуктора вращательно закреплен на раме автомобиля и приводится во вращение вокруг общей оси входного и выходных валов от двигателя автомобиля при помощи, например, цепной или конической зубчатой передачи.

Описание чертежей

На Фиг. 1 показана кинематическая схема редуктора по изобретению.

На Фиг. 2 показаны профили зубчатых колес редуктора в их взаимном расположении в сборке.

На Фиг. 3 показан продольный разрез редуктора по изобретению.

На Фиг. 4 показан вид в изометрии редуктора на Фиг. 3 без корпуса редуктора и с разрезанными некоторыми деталями.

Осуществление изобретения

На Фиг. 1 показана кинематическая схема редуктора. Передаточное отношение для первого выходного вала (1) было задано плюс 15. Для такого передаточного отношения были построены профили зубчатых колес с числом зубьев: первая пара Z1=48, Z2=56; вторая пара Z3-1=40, Z4-l=32. Расчет передаточного отношения для такой схемы редуктора производится по формуле:

i=Z1*Z3/(Z1*Z3-Z2*Z4)=+15 (после подстановки выше указанных значений).

Для получения такого же отрицательного передаточного отношения для второго выходного вала (2) был осуществлен подбор чисел зубьев для третьей пары: Z3-2=92, Z4-2=84. После расчета по указанной выше формуле получен результат: i=-15,333333.

Получить точное значение минус 15 по примененной здесь методике построения профилей зубчатых колес проблематично. Например, при увеличении числа зубьев до Z3-2=94, Z4-2=86, получим i=-14,842105. В чертежах использованы первые значения: Z3-2=92, Z4-2=84. (Профили зубьев, использованные в сопровождающих чертежах, приведены только для иллюстрации, методика их построения описана в моей более ранней патентной заявке «Двухстороннее цевочно-циклоидальное зацепление…». Но для данного изобретения профиль зубьев не имеет значения, и могут быть использованы любые допустимые профили).

На Фиг. 2 показаны профили всех трех пар зубчатых колес в их взаимном расположении в сборке. Для наглядности, входной вал (3) повернут на 60 градусов против часовой стрелки. При этом, первый выходной вал (1) повернут на плюс 4 градуса, а второй (2) на минус 3,91 градуса. Круговыми стрелками показаны направления вращения: входного вала (3) - стрелка (4); первого выходного вала (1) - стрелка (5); второго выходного вала (2) - стрелка (6). На чертеже также показан эксцентриситет эксцентрика Aw=10 мм, он же равен межосевому расстоянию каждой пары зубчатых колес.

На Фиг. 3 показан пример конструкции редуктора по изобретению в разрезе. Редуктор имеет входной вал (3) с круговой эксцентриковой частью (7), которая выполнена ступенчатой с целью использования подшипников максимально возможного диаметра и на которую на игольчатых подшипниках посажен сателлит (8) с тремя зубчатыми венцами: Z1=48; Z4-1=32 и Z4-2=84. Первое зубчатое колесо (Z2=56) внутреннего зацепления (9) закреплено в корпусе редуктора между задней крышкой корпуса (10) и передней крышкой корпуса (11). Второе зубчатое колесо (Z3-1=40) внутреннего зацепления (12) выполнено заодно с первым выходным валом (1). Третье зубчатое колесо (Z3-2=92) внутреннего зацепления (13) выполнено заодно со вторым выходным валом (2). Второй выходной вал (2) закреплен в передней крышке корпуса редуктора (11) при помощи подшипников (14). Для весовой балансировки входного вала с эксцентриковой частью и сателлитом к входному валу (3) неподвижно прикреплен балансир (15).

На Фиг. 4 показана конструкция редуктора в изометрии со снятыми крышками корпуса (10) и (11) и разрезанными деталями: первым зубчатым колесом внутреннего зацепления (9) и первым и вторым выходными валами (1) и (2). На этом виде хорошо видны зубчатые венцы сателлита: первый (16), второй (17) и третий (18).

Редуктор работает следующим образом: при вращении входного вала (3), первый зубчатый венец (16) обкатывается по неподвижному первому колесу внутреннего зацепления (9), при этом сателлит (7) приводится во вращение в сторону, противоположную вращению входного вала (3). Далее, так как число зубьев второго зубчатого венца (17) меньше, чем число зубьев первого зубчатого венца (16), то первый выходной вал (1) вращается в ту же сторону, что и входной вал (3). А так как число зубьев третьего зубчатого венца (18) больше, чем число зубьев первого зубчатого венца (16), то второй выходной вал (2) вращается в сторону, противоположную вращению входного вала (3).

Изобретение относится к планетарным редукторам. Планетарный редуктор, включает входной вал, вращательно закрепленный в корпусе редуктора, имеющий круговую эксцентриковую часть, ось которой отстоит от оси вращения входного вала на величину эксцентриситета, сателлит с первым и вторым зубчатыми венцами, имеющими разное количество зубьев, вращательно закрепленный на упомянутой круговой эксцентриковой части, вокруг ее оси, первое и второе центральные зубчатые колеса внутреннего зацепления, входящие в зацепление, каждое, с одним из зубчатых венцов сателлита, образуя две пары колес внутреннего зацепления с одинаковым межосевым расстоянием, равным эксцентриситету эксцентриковой части, первое колесо внутреннего зацепления неподвижно закреплено в корпусе редуктора, а второе соединено с первым выходным валом и вместе с ним вращательно закреплено в корпусе редуктора, соосно с входным валом. Сателлит содержит третий зубчатый венец и третье центральное колесо внутреннего зацепления, входящее с ним в зацепление с межосевым расстоянием, равным эксцентриситету эксцентриковой части, соединенное со вторым выходным валом и вместе с ним вращательно закрепленное в корпусе редуктора, соосно с входным валом. Обеспечивается более высокая нагрузочная способность планетарного редуктора. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Планетарный редуктор, включающий корпус редуктора, входной вал, вращательно закрепленный в корпусе редуктора, имеющий круговую эксцентриковую часть, ось которой отстоит от оси вращения входного вала на величину эксцентриситета, сателлит с первым и вторым зубчатыми венцами, имеющими разное количество зубьев, вращательно закрепленный на упомянутой круговой эксцентриковой части, вокруг ее оси, первое и второе центральные зубчатые колеса внутреннего зацепления, входящие в зацепление, каждое, с одним из зубчатых венцов сателлита, образуя две пары колес внутреннего зацепления с одинаковым межосевым расстоянием, равным эксцентриситету эксцентриковой части, первое колесо внутреннего зацепления неподвижно закреплено в корпусе редуктора, а второе соединено с первым выходным валом и вместе с ним вращательно закреплено в корпусе редуктора, соосно с входным валом, отличающийся тем, что сателлит содержит третий зубчатый венец и третье центральное колесо внутреннего зацепления, входящее с ним в зацепление с межосевым расстоянием, равным эксцентриситету эксцентриковой части, соединенное со вторым выходным валом и вместе с ним вращательно закрепленное в корпусе редуктора, соосно с входным валом.

2. Планетарный редуктор по п. 1, отличающийся тем, что если количество зубьев второго зубчатого венца меньше количества зубьев первого зубчатого венца, то количество зубьев третьего зубчатого венца больше количества зубьев первого зубчатого венца, или наоборот.

3. Планетарный редуктор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что первый и второй выходные валы выходят из корпуса редуктора коаксиально в одну сторону, противоположную входному валу.

4. Планетарный редуктор по п. 1, отличающийся тем, что первый зубчатый венец сателлита расположен между вторым и третьим зубчатыми венцами и первый и второй выходные валы выходят из корпуса редуктора в противоположные стороны, а входной вал с эксцентриковой частью закреплен свободно вращательно в корпусе редуктора.

5. Планетарный редуктор по п. 4, отличающийся тем, что первый и второй выходные валы связаны с левым и правым ведущими колесами автомобиля, а корпус редуктора вращательно закреплен на раме автомобиля вокруг общей оси входного и выходных валов и приводится во вращение от двигателя автомобиля при помощи, например, цепной или конической зубчатой передачи.