Патент на изобретение №2156900

(54) ПЛАНЕТАРНЫЙ РЕДУКТОР

(57) Реферат:

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к планетарным редукторам. Планетарный редуктор внутреннего зацепления колес с малой разницей чисел зубьев содержит корпус, состоящий из передней крышки, колеса с внутренними зубьями и задней крышки с ведомым валом. Ось вращения корпуса смещена относительно оси ведущего вала, установленного в корпусе на эксцентриковых втулках. Ведущий вал имеет три эксцентрика, расположенных друг относительно друга под углом 120^o. На ведущем валу установлены сателлиты, подшипниковые отверстия которых смещены относительно их геометрических центров. Эксцентриситеты обеспечивают постоянный контакт сателлитов с колесом. Технический результат – увеличение КПД и передаточного отношения при малых габаритах редуктора. 5 ил.

Функциональные аналоги данного изобретения описаны в следующей литературе:
1. Шанников В.М. “Планетарные редукторы с внецентроидным зацеплением”. Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, Москва, Ленинград, 1948 г., стр. 6-8, 26-27, 57-64, 78-87, 113-116.

2. Колчин Н.И. “Механика машин” часть 3, МАШГИЗ, Москва, Ленинград, 1952 г., стр. 176-178.

3. Кудрявцев В.Н. “Выбор типов передач”, МАШГИЗ, Москва, Ленинград, 1955 г., стр. 10, 11, 26-29, 35.

4. Кожевников С. Н., Есипенко Я.И., Раскин Я.М. “Механизмы”, Машиностроение, Москва, 1965 г., стр. 327-238.

5. Скворцова Н.А. “Внутреннее эвольвентное зацепление для случая, когда разность чисел зубьев равна единице”. Труды МВТУ, выпуск 11, 1950 г.

6. Кудрявцев В.Н. “Планетарные передачи”. Машиностроение, Москва, Ленинград, 1966 г., стр. 10-13, 260, 261, 272.

Во всех функциональных аналогах изобретения, как и в нем самом, для достижения большого передаточного отношения используется внутреннее зацепление с малой разницей чисел зубьев. Колесо с внешними зубьями обкатывается по колесу с внутренними зубьями, вращаясь на эксцентрике вала. При этом сложно-плоское движение ведущего зубчатого колеса преобразуется во вращательное движение ведомого с помощью механизма параллельных кривошипов или параллелограмма ([1] стр. 6, 7, [2] стр. 177, [3] стр. 28, [6] стр. 10-13, 260, 261), либо с помощью муфты Ольдгема ([1] стр. 7, [3] стр. 28). Эти механизмы значительно усложняют конструкцию редуктора ([1], [3], [4]), существенно увеличивают потери на трение и снижают коэффициент полезного действия.

Минимальная разница чисел зубьев колес внутреннего зацепления и потому большое передаточное отношение в одной ступени – 100 и выше в большинстве передач-аналогов ([1]-[4], [6] стр. 260, 261) достигается благодаря применению колес с зубьями специального циклоидального профиля. Недостатками таких передач являются необходимость разработки специального режущего инструмента и оснастки для их изготовления, жесткие требования к точности.

Этих недостатков лишены передачи с эвольвентным зацеплением [5], изготавливающиеся стандартным режущим инструментом. Однако и в них неизменным остается громоздкий, требующий высокой точности изготовления механизм параллельных кривошипов. Кроме того, этот механизм ограничивает несущую способность редуктора ([6] стр. 272), так как его применение затруднено при использовании более двух сателлитов, а также самой его конструкцией, испытывающей при работе значительные контактные и изгибные напряжения.

В основу настоящего изобретения поставлена техническая задача создания простого в изготовлении, надежного и дешевого редуктора с большим передаточным отношением, высоким коэффициентом полезного действия, способного передавать нагрузки, сравнимые с традиционными планетарными редукторами, при малых габаритах, характерных для редукторов с малой разницей чисел зубьев колес. Поставленная задача решается тем, что согласно фиг. 1 планетарный редуктор с внутренним зацеплением колес с малой разницей чисел зубьев отличается тем, что ось вращения корпуса, состоящего из передней крышки 1, колеса с внутренними зубьями 2 и задней крышки 3 с ведомым валом 4, смещена относительно оси ведущего вала 5, установленного в корпусе на эксцентриковых втулках 6, имеющего три эксцентрика 7, расположенных друг относительно друга под углом 120 градусов с установленными на них сателлитами 8, подшипниковые отверстия которых смещены относительно их геометрических центров, а эксцентриситеты ориентированы таким образом, чтобы обеспечивать постоянный контакт сателлитов с колесом.

В редукторе (фиг. 2, фиг. 3) величины эксцентриситетов ведущего вала, смещение расточек подшипников сателлитов относительно их геометрических осей и смещение оси ведомого вала относительно ведущего одинаковы и равны расчетному межцентровому расстоянию зубчатых колес . Такая система эксцентриситетов играет роль скрытого механизма параллелограмма, с помощью которого организуется мгновенно-поступательное движение сателлитов и сохраняется межцентровое расстояние зацепления. Угловыми точками скрытого механизма параллелограмма являются (фиг. 2, фиг. 3) неподвижные центры ведущего О_в и ведомого О_к валов и подвижные точки – геометрический центр сателлита O_г и его подшипника О_п, отверстие для которого смещено относительно геометрического центра сателлита на величину .

Для компенсации центробежных сил каждый из сателлитов должен быть сбалансирован относительно оси подшипникового отверстия, а вал в сборе – динамически относительно собственной оси.

Точка приложения радиальных составляющих сил в зацеплениях, действующих на сателлиты, – ось ведущего вала 5 О_в, на эпицикл, – ось ведомого вала 4 О_к (фиг. 4). При равномерном распределении нагрузки между сателлитами 8 радиальные составляющие сил в зацеплениях равны и взаимно компенсируются.

Таким образом, теоретически в редукторе нет некомпенсированных сил, отсутствует реактивный момент, и потому нет принципиальной необходимости в опорах редуктора, которые призваны гасить момент о фундаментные конструкции и воспринимать вес. Эксцентриковые втулки 6, являющиеся фиксатором взаимного положения валов и центром приложения сил, нагрузок не испытывают и неподвижны (фиг. 4). Соответственно, нет необходимости в неподвижном корпусе редуктора. Однако выполнение заявленного редуктора в неподвижном корпусе с опорами не представляет никакой технической сложности (фиг. 5).

В связи с отсутствием механизма параллельных кривошипов как механического узла редуктор имеет более высокий коэффициент полезного действия по сравнению с аналогами. По этой же причине применение в редукторе более двух сателлитов не вызывает никаких технических трудностей, что делает его несущую способность сравнимой с традиционными планетарными редукторами, но с более широкими кинематическими возможностями. При этом сохраняются преимущества функциональных аналогов – малые габариты, большое передаточное отношение, малые скорости в зацеплениях ([2], [5]). Применение колес с эвольвентным профилем зубьев позволяет сделать предалагаемый редуктор значительно проще в изготовлении и дешевле как традиционных планетарных, так и редукторов-аналогов.

Работает редуктор следующим образом. В начальный момент времени сателлит 8, колесо 2, ведущий 5 и ведомый 4 валы редуктора установлены таким образом, чтобы все эксцентриситеты, имеющие равные величины, располагались на одной прямой (фиг. 3а). При этом эксцентриситет сателлита 8 компенсирует смещение ведомого вала 4 относительно ведущего 5. На этой же прямой расположена точка контакта P центроид сателлита 8 и колеса 2. (Центроиды – это воображаемые окружности, по которым происходит обкатывание сопряженных зубчатых колес). В этом положении расстояние от оси ведущего вала до точки контакта P центроид минимально. Начальный момент одинаков для всех сателлитов – это положение деталей редуктора, реализуемое технологической последовательностью сборки.

Точка контакта центроид в любом планетарном редукторе движется с угловой скоростью и в направлении вращения оси сателлита относительно колеса. При повороте ведущего вала 5 (фиг. 2, фиг. 3) на некоторый угол радиус колеса 2, отслеживающий положение точки контакта P, повернется на тот же угол . Между центроидами отсутствует скольжение, что обусловлено зубчатым зацеплением. Стремление сателлита повернуться вокруг оси подшипника в сторону, противоположную вращению веющего вала, ведет к увеличению межцентрового расстояния колес, что физически невозможно. Возникает усилие в контакте, и эпицикл вынужден повернуться на необходимый угол в сторону вращения ведущего вала, обеспечивая постоянство межцентрового расстояния и трансформацию момента. Поэтому в любой момент времени точки контакта сателлита и колеса имеют одинаковую линейную скорость V, направленную перпендикулярно радиусу центроида колеса , проведенному в точку P. Следовательно, центроиды постоянно находятся в контакте, и геометрический центр сателлита О_г всегда лежит на радиусе .
Так как радиус параллелен эксцентриситету ведущего вала, то центр вращения сателлита О_п и точка контакта его центроиды вместе с множеством точек радиуса имеют равные угловые скорости ₁ относительно двух разных точек – центра ведущего вала О_в и центра колеса О_к соответственно. Это означает, что сателлит совершает мгновенно-поступательное движение, при котором в любой момент времени каждая его точка имеет равные и однонаправленные линейные скорости
V = ₁.
Такой вид движения организуется с помощью механизма параллелограмма. В данном случае угловыми точками такого скрытого механизма являются О_в, О_п, О_г, О_к.

Угловая скорость колеса или ведомого вала определяется как
₂= V/.
Передаточное отношение редуктора
I = ₁/₂= /.
Направления вращения ведущего и ведомого валов совпадают.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в силовых и кинематических приводах различного рода механизмов и машин, где при передаче любых мощностей требуются высокие передаточные отношения и малые габариты – в турбоприводах, приводах судовых энергетических установок, генераторов, насосов, в транспортных средствах, подъемном оборудовании, приводах транспортеров шнеков.

Формула изобретения

Планетарный редуктор с внутренним зацеплением колес с малой разницей чисел зубьев, отличающийся тем, что ось вращения корпуса, состоящего из передней крышки, колеса с внутренними зубьями и задней крышки с ведомым валом, смещена относительно оси ведущего вала, установленного в корпусе на эксцентриковых втулках, имеющего три эксцентрика, расположенных друг относительно друга под углом 120^o с установленными на них сателлитами, подшипниковые отверстия которых смещены относительно их геометрических центров, а эксцентриситеты ориентированы таким образом, чтобы обеспечивать постоянный контакт сателлитов с колесом.

РИСУНКИ