Планетарный редуктор с внутренним зацеплением Российский патент 2025 года по МПК F16H1/32 

Изобретение относится к планетарным передачам внутреннего зацепления с центральной осью передачи, лежащей внутри основной окружности планетарного колеса, и классифицируемым в России как передачи типа K-H-V. Предлагаемый редуктор может быть использован преимущественно в диапазоне передаточных отношений 10-50, например, в качестве редуктора станка нефтекачалки, редуктора приводов запорной арматуры, редуктора верхнего привода буровой установки, колёсного редуктора локомотива, редуктора лифта, в качестве главной передачи автомобиля, суммирующего редуктора и т.п.

Передачи типа K-H-V в самом общем случае содержат два колеса, находящиеся во внутреннем зацеплении, одно из которых является центральным, а другое - планетарным, совершающим орбитальное перемещение.

Так в патенте RU 2229045 описана планетарная зубчатая система, в которой колесо с внутренними зубьями является центральным, а колесо с внешними зубьями - сателлитом, совершающим планетарное движение.

В аналогичной передаче RU 2674915 для разгрузки сателлитов, а также для увеличения числа зубьев, находящихся в зацеплении (передающих нагрузку), используют два последовательно расположенных друг за другом сателлита, сидящих на эксцентриках с угловым смещением в 180 градусов.

В патенте US 7553249 для этих же целей на трёх коленчатых валах с тремя эксцентриками на каждом установлены три последовательно расположенных планетарных колеса с внешними зубьями. Эксцентрики, а соответственно, и планетарные колеса смещены по фазе друг относительно друга на равные углы в 120 градусов. Коленчатые валы установлены в водиле, являющемся выходным валом. Передача вращения со входного вала на эксцентриковые валы осуществляется через дополнительную зубчатую эвольвентную передачу. При вращении эксцентриковых валов планетарные колеса совершают плоскопараллельное движение и, находясь в зацеплении с цевочным колесом внутреннего зацепления на корпусе, начинают вращать водило вокруг оси передачи. Недостатками этого механизма является необходимость дополнительной зубчатой передачи и заниженный КПД в зубчатом зацеплении, вследствие внеполюсного контакта.

Известен многоприводный редуктор по патенту RU 2581107, в котором сателлитами являются два последовательно расположенных колеса внутреннего зацепления, а центральное колесо внешнего зацепления расположено внутри планетарных колёс и связано с выходным валом. Подшипниковые опоры каждого из сателлитов расположены на двух эксцентриковых валах. Валы располагаются диаметрально противоположно друг к другу снаружи от зубчатого профиля планетарных колёс. Эксцентрики соседних колёс смещены друг относительно друга по фазе на равные углы в 180 градусов. Оба эксцентриковых вала связаны с двигателями, чем устраняется проблема мёртвых зон. С одним двигателем этот редуктор будет неработоспособен.

Известен гипоциклоидный редуктор с тремя кольцами по патенту CN 101813166 который содержит три последовательно расположенных планетарных колеса с внутренними зубьями. Каждое колесо посажено на подшипниках на три эксцентриковых вала, расположенных снаружи от зубчатых профилей планетарных колёс. Каждый вал имеет три эксцентрика, и эксцентрики каждого из колёс смещены друг относительно друга по фазе на равные углы в 120 градусов. Один из валов является входным, два других-опорные. Планетарные колеса находятся в зацеплении с одним и тем же колесом внешнего зацепления, являющимся выходным валом редуктора. Колесо внешнего зацепления выполнено цевочным, зубья которого представляют собой цилиндрические штифты - цевки, расположенные во впадинах цевочного диска. Планетарные колеса внутреннего зацепления имеют профиль зубьев в виде эквидистанты гипоциклоиды. Число зубьев колеса внешнего зацепления на 1 меньше, чем число зубьев каждого из планетарных колёс внутреннего зацепления. Такое соотношение чисел зубьев обеспечивает максимальное передаточное отношение, которое возможно достичь только в планетарно-цевочной передаче, где зубья одного из колёс образованы цевками, а профиль зуба другого колеса - эквидистанта гипоциклоиды. У зубьев других профилей с разницей в один зуб полюс зацепления находится за пределами зубчатых венцов и такие колеса имеют повышенное проскальзывание, а, следовательно, значительно меньший кпд в зацеплении. Указанный редуктор выбираем за прототип. В нем каждое из планетарных колёс посажено на подшипниках на три эксцентрика, расположенных на трёх валах. При этом планетарные колеса должны входить в зацепление с одним и тем же колесом внешнего зацепления в зонах, расположенных под 120 градусов друг от друга. В связи с этим требуется повышенная точность взаимного положения трёх посадочных отверстий в планетарных колёсах, что усложняет технологию изготовления деталей передачи, и сильно удорожает конструкцию в целом. Кроме того, расположение трёх эксцентриковых валов, разнесённых на 120 градусов по окружности, увеличивает габаритные размеры редуктора в поперечном направлении.

Техническим результатом изобретения является снижение требований к точности изготовления деталей, что удешевляет редуктор, а также уменьшение одного из поперечных размеров редуктора.

Для достижения этих результатов планетарный редуктор, как и прототип содержит три последовательно расположенных планетарных колеса внутреннего зацепления. Каждое колесо посажено на эксцентрики быстроходных валов. Эксцентрики на каждом валу смещены по фазе друг относительно друга на равные углы в 120 градусов. Все три колеса внутреннего зацепления находятся в зацеплении с одной и той же шестерней внешнего зацепления.

В отличие от прототипа все три колеса внутреннего зацепления посажены на эксцентрики двух диаметрально противоположно расположенных валов. Это позволяет уменьшить поперечные размеры редуктора, т.е. планетарные колеса внутреннего зацепления выполнены в виде пластин, вытянутых в продольном направлении и с уменьшенным размером в поперечном. Причём число зубьев каждого планетарного колеса на три зуба больше, чем число зубьев шестерни внешнего зацепления.

Для уменьшения проскальзывания целесообразно рабочие участки профиля зубьев шестерни внешнего зацепления выполнить в виде дуг окружностей, эксцентрично смещённых от центра шестерни, а внутренние зубья планетарных колёс выполнить в виде эквидистанты гипоциклоиды. Как показали наши исследования, именно при таких профилях внутреннего зацепления силовой контакт зубьев происходит в полюсе зацепления, что значительно увеличивает КПД редуктора.

Изобретение иллюстрируется графическими материалами, где на фиг. 1 показан редуктор в осевом разрезе, на фиг. 2 представлена объёмная модель одного из быстроходных валов, на фиг. 3-5 даны поперечные сечения редуктора по каждому из планетарных колёс. На фиг. 6 показаны профили зубьев в виде дуг окружностей, находящихся в зацеплении с эквидистантой гипоциклоиды.

Редуктор содержит вытянутый вдоль оси ОО1 корпус 1, состоящий из 2-х полукорпусов (см. фиг 1, 3-5). В корпусе 1, диаметрально противоположно друг другу на подшипниках 2 и 3 установлены два эксцентриковых вала 4 и 5. Вал 4 является входным валом, вал 5 - опорным. На обоих валах выполнены по три одинаковых эксцентрика 6,7,8, ориентированных под углом 120 градусов друг относительно друга (см. фиг. 2). На эксцентрики 6 с помощью подшипников 9 посажено первое планетарное колесо 10. Соответственно на эксцентриках 7 также с помощью подшипников посажено второе планетарное колесо 11, и на эксцентриках 8 аналогично посажено третье планетарное колесо 12. Все три планетарных колеса 10.11.12 выполнены одинаковыми и с одинаковыми зубьями внутреннего зацепления 13, так как это упрощает изготовление колёс и их сборку. Каждое из планетарных колёс 10, 11 и 12 находится в зацеплении с одним и тем же колесом 14 внешнего зацепления, причём зоны зацепления колёс 10, 11 и 12 должны находиться под углом 120 градусов друг относительно друга. На фиг. 3, 4 и 5 эти зоны обозначены буквами Г, Д, Е. Для обеспечения этого условия числа зубьев колеса 14 и каждого из планетарных колёс должны быть кратны 3. Причём для получения максимального передаточного отношения в этом случае разница между числами зубьев должна быть минимальной. А это условие обеспечивается при разнице в числах зубьев колеса внешнего зацепления 14 и числах внутренних зубьев планетарных колёс 10, 11, и 12 равной трём. Т.е. Z₁₀ = Z₁₁ =Z₁₂ = Z₁₄ +3. При соблюдении этого условия мы можем добиться при максимальном передаточном отношении расположения зон зацепления колёс 10, 11 и 12 с колесом 14 под углом 120 градусов друг к другу. В примере на фиг. 3-5 Z₁₀ = Z₁₁ =Z₁₂ = 63, а Z₁₄ = 60. Т.е. в отличие от прототипа, где требуемое расположение зон зацепления обеспечивается посадкой на три вала, в нашем случае обеспечивается соотношением чисел зубьев. В то же время посадкой трех планетарных колёс на два вала вместо трёх, требование к точности взаимного расположения двух посадочных отверстий обеспечить технологически проще.

При разнице чисел зубьев, равной 3 для внутреннего зацепления профиль зубьев может быть любой из известных. Однако наиболее эффективным с точки зрения КПД будет зацепление, представленное на фиг. 6 в увеличенном виде. Рабочий участок профиля зуба колеса внешнего зацепления 14 образован дугой окружности 15, а рабочий участок профиля зуба планетарного колеса 11 образован эквидистантой гипоциклоиды 16. Подбором диаметра окружности 15, эксцентриситета эксцентрика 7, на котором сидит планетарное колесо 11, а также выбором расположения центра окружности 15 добиваемся расположения точки контакта поверхностей 15 и 16 в полюсе зацепления Р. При этом взаимодействующие зубья будут испытывать минимальное проскальзывание друг относительно друга.

Здесь следует отметить, что есть классы машин, для которых обязательно наличие резервного привода. Для таких машин идеально подходит предлагаемый редуктор, у которого можно поставить ещё один двигатель на второй быстроходный вал. Установка двух двигателей целесообразна и в тех случаях, когда необходимо минимизировать габариты устройства. Два двигателя, имеют меньшие габариты, чем один на ту же мощность.

Работает редуктор следующим образом. Вращение входного вала вызывает плоскопараллельное движение планетарных колёс 11, 12 и 13 посаженных на эксцентрики 6, 7, 8, причём это движение будет с разностью фаз в 120 градусов. Вращению планетарных колёс препятствует их посадка на второй вал 5, являющийся в данном случае опорным. Поскольку все три планетарных колеса находятся в зацеплении с одним колесом внешнего зацепления 14, оно начинает вращаться, вращая выходной вал. Передаточное отношение данного редуктора определяется как , и равно 20

По данной схеме был выполнен опытный образец редуктора для станка качалки с передаточным отношением 37 и массой 2500 кг. По сравнению со штатным двухступенчатым редуктором Ц2НШ-750Б его масса была снижена на 1200 кг. Его испытания показали низкий шум и высокий КПД, который определили по отсутствию нагрева редуктора. Температура корпуса редуктора и температура масла была равна температуре окружающей среды (+16 градусов цельсия).

Изобретение относится к области машиностроения. Планетарный редуктор с внутренним зацеплением содержит три последовательно расположенных планетарных колеса внутреннего зацепления, каждое из которых посажено на эксцентрики быстроходных валов, эксцентрики на каждом валу смещены по фазе друг относительно друга на равные углы в 120 градусов и все три колеса внутреннего зацепления находятся в зацеплении с одной и той же шестерней внешнего зацепления. Все три колеса внутреннего зацепления посажены на эксцентрики двух диаметрально противоположно расположенных валов. Число зубьев каждого планетарного колеса на три зуба больше, чем число зубьев шестерни внешнего зацепления. Обеспечивается снижение требований к точности изготовления деталей и уменьшение одного из поперечных размеров. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Планетарный редуктор с внутренним зацеплением, содержащий три последовательно расположенных планетарных колеса внутреннего зацепления, каждое из которых посажено на эксцентрики быстроходных валов, эксцентрики на каждом валу смещены по фазе друг относительно друга на равные углы в 120 градусов и все три колеса внутреннего зацепления находятся в зацеплении с одной и той же шестерней внешнего зацепления, отличающийся тем, что все три колеса внутреннего зацепления посажены на эксцентрики двух диаметрально противоположно расположенных валов, причём число зубьев каждого планетарного колеса на три зуба больше, чем число зубьев шестерни внешнего зацепления.

2. Планетарный редуктор по п.1, отличающийся тем, что рабочие участки профиля зубьев шестерни внешнего зацепления выполнены в виде дуг окружностей, эксцентрично смещённых от центра шестерни, а внутренние зубья планетарных колёс выполнены в виде эквидистанты гипоциклоиды.