Патент на изобретение №2169867

(54) БЕЗВОДИЛЬНАЯ ПЛАНЕТАРНАЯ ПЕРЕДАЧА

(57) Реферат:

Изобретение относится к машиностроению. Безводильная планетарная передача содержит приводную двухвенцовую солнечную шестерню, подвижную и неподвижную коронные шестерни, упругие плавающие кольца, опорные плавающие кольца и сателлитные блоки. Сателлитные блоки имеют внутренние шлицы и установлены на шлицевых осях. Шлицевые оси охвачены упругим плавающим кольцом и лежат на опорном плавающем кольце. Опорное и упругое плавающие кольца установлены концентрично приводной солнечной шестерне. Средние венцы сателлитных блоков входят в зацепление с неподвижной коронной шестерней и имеют такое же количество однотипных зубьев, как и крайние венцы, но с фазовым смещением по своей начальной окружности относительно них на величину, кратную отношению произведения шага зубьев на разницу количества зубьев коронных шестерен к числу сателлитных блоков. Повышено КПД, упрощена конструкция планетарной передачи, которая обеспечивает большое передаточное отношение. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к конструкции безводильных планетарных редукторов с зубчатым зацеплением, и может быть использовано в силовых приводах машин и механизмов для обеспечения больших передаточных чисел при высоком КПД и надежности.

Известен безводильный планетарный редуктор, содержащий солнечную шестерню ведущего вала, расположенную в центре неподвижного и подвижного коронного зубчатого колеса, связанного с ведомым валом. Подвижное и неподвижное коронное колесо имеют одинаковый диаметр делительной окружности, но количество их зубьев различается, по меньшей мере, на единицу. Между солнечной шестерней и коронными колесами размещена, по меньшей мере, одна свободная планетарная шестерня с двумя диаметрально расположенными опорными сателлитами, которые компенсируют радиальную компоненту нагрузки зубчатого зацепления (1).

Однако такой редуктор при большом передаточном отношении имеет малую передаваемую мощность и мелкий модуль зубьев, т.к. число свободных планетарных шестерен, передающих эту мощность и входящих в зацепление с обоими коронными колесами, должно равняться разнице числа их зубьев, что снижает КПД, быстроходность и долговечность зубчатого зацепления, воспринимающего кроме полезной тангенциальной компоненты вращающего момента еще и паразитную радиальную компоненту, которая обуславливает его дополнительный износ.

Наиболее близким по технической сущности заявленному решению является безводильная планетарная передача с двухвенцовой солнечной шестерней ведущего вала, взаимодействующей с крайними шестернями сателлитных блоков, у которых оси контактируют со свободно плавающими опорными кольцами, а рабочие венцы – с неподвижной и подвижной коронной шестерней ведомого вала (2).

Существенными недостатками такой передачи являются сложная конструкция сателлитных блоков с четырьмя зубчатыми венцами и парой опорных колец, а также ограниченная величина передаточного отношения, обусловленная разным количеством зубьев у рабочих венцов сателлитных блоков, входящих в зацепление с коронными шестернями.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков и противоречий, т.е. упрощение конструкции планетарной передачи и обеспечение большого передаточного отношения, модуля зубьев и КПД.

Для решения поставленной задачи предлагается безводильная планетарная передача с произвольной разницей зубьев между двумя коронными шестернями и трехвенцовыми сателлитными блоками, у которых крайние венцы взаимодействуют с двухвенцовой солнечной шестерней, а средние венцы, входящие в зацепление только с неподвижной коронной шестерней, имеют такое же количество однотипных зубьев, как и крайние венцы, но смещены по своей начальной окружности относительно них на величину, кратную отношению произведения шага зубьев на разницу количества зубьев коронных шестерен к числу сателлитных блоков, снабженных внутренними шлицами и установленных на шлицевых осях с плавающими опорным и упругим кольцами.

На чертеже показан продольный разрез планетарной передачи.

Предлагаемая передача содержит расположенные в двух параллельных плоскостях подвижную 1 и неподвижную 2 коронные шестерни с различным количеством зубьев Z₁ и Z₂, откорригированных до одинаковых начальных окружностей D и входящие в зацепление с соответствующими венцами сателлитных блоков 3, которые контактируют с плавающими опорным 4 и упругим 5 кольцами, и установленным концентрично с приводной двухвенцовой Z₀ солнечной шестерней 6, взаимодействующей с крайними венцами сателлитных блоков 3, содержащими по Z₃ зубьев.

При этом один из крайних венцов каждого сателлитного блока входит в зацепление и с подвижной коронной шестерней 1, а их средние венцы, входящие в зацепление только с неподвижной коронной шестерней 2, имеют такое же количество однотипных зубьев Z₃, как и крайние венцы, но смещены каждый по своей начальной окружности относительно них на величину, кратную отношению произведения шага зубьев t на разницу количества зубьев коронных шестерен к числу N сателлитных блоков 3.

Все венцы сателлитных блоков 3 снабжены внутренними шлицами и установлены на сопряженных шлицевых осях 7, содержащих Z наружных шлицов, в которых выполнены кольцевые проточки до основания шлицов в местах контактирования опорного 4 и упругого 5 колец (проточки на чертеже не показаны). Осевое смещение шлицевых осей 7 блокируется торцевыми крышками 8, 9 коронных шестерен 1 и 2, снабженных крепежными отверстиями 10, болтами 11. Для облегчения вращения наиболее ответственных деталей планетарной передачи в ней могут быть установлены подшипники качения 12, два из которых размещены на приводном валу солнечной шестерни 6 и контактируют с ее венцами через дистанционные шайбы 13.

За счет относительного подбора толщины этих шайб 13 задается осевое положение венцов солнечной шестерни 6, один из которых, расположенный со стороны упругого кольца 5, выполнен в виде конической шестерни малой конусности (1: 10 … 1:100). При этом упругие кольца 5 могут быть выполнены в виде 2-3 витков цилиндрической пружины из сталистой проволоки круглого сечения со шлифованными торцами. Тогда как опорное плавающее кольцо 4, расположенное внутри проточки шлицов осей 7 сателлитных блоков между венцами, входящими в зацепление с коронными шестернями, изготовлено из материала с максимальной жесткостью и твердостью.

Работает предлагаемая передача следующим образом. Вращающий момент высокооборотного привода, например, электродвигателя, передается через приводной вал двум венцам солнечной шестерни 6, которые вращают крайние венцы сателлитных блоков 3, что обуславливает обкат верхних сателлитных венцов по внутреннему зубчатому зацеплению подвижной коронной шестерни 1 и синхронное обкатывание средних венцов по неподвижной коронной шестерне 2. Поскольку коронные шестерни имеют различное количество зубьев Z₁ и Z₂, а все венцы сателлитов одинаковое – Z₃, то для синхронного обкатывания средние венцы сателлитов должны иметь фазовое смещение S по своей начальной окружности относительно зубьев крайних сателлитов.

здесь i=1 … N – порядковый номер сателлитного блока;
N – число сателлитных блоков;
t = m – шаг зубьев;
m – модуль зубчатого зацепления.

Соосное расположение сателлитных блоков 3 обеспечивается синхронным обкатыванием их крайних венцов по венцам солнечной шестерни, содержащей Z₀ однотипных зубьев.

Это позволяет добиться того, что тангенциальные усилия в зацеплениях не приводят к перекосу осей 7 сателлитных блоков, чем достигается снижение концентрации нагрузки по ширине зубчатых венцов. При этом радиальная компонента нагрузки воспринимается опорным кольцом 4, к которому прижимаются оси 7 упругими кольцами 5 даже в отсутствие нагрузки, что обеспечивает плавное вращение всей передачи с минимальным зазорами, величина которых регулируется подбором относительной толщины дистанционных шайб 13. Для получения заданной величины фазового смещения S_i каждого среднего венца сателлитных блоков 3, он в процессе изготовления зубьев должен находиться на шлицевой оси 7, содержащей Z шлицов, а при сборке развернут на определенное число шлицов, что возможно только при выборе целого числа шлицов из следующего ряда:

где n = 0; 1; 2; … – параметр ряда;
K = 1; 2; 3; … – кратность ряда.

Тогда передаточное отношение P всего устройства будет равно довольно большой величине

которая не зависит от количества зубьев сателлитных блоков ₃, но очень чувствительна к разнице количества зубьев коронных шестерен Z₁-Z₂.

Однако от числа сателлитов напрямую зависит выходной момент силовой нагрузки всей передачи, который ограничивается известным условием соосности и сборки планетарных передач, требующим, чтобы сумма и разность зубьев коронных шестерен передачи были кратны числу сателлитов N. В частности, при четырех сателлитах классический метод проектирования планетарных передач требует, чтобы разница количества зубьев коронных шестерен была не менее четырех.

Тогда как в предлагаемой передаче даже при Z₁-Z₂= 1 число сателлитов N может быть любым и ограничивается лишь условием соседства сателлитов, что значительно расширяет возможности проектирования и применения планетарных передач такого типа.

Высокие технико-экономические показатели предлагаемой передачи подтверждаются испытаниями опытного образца, изготовленного с посадочными размерами и габаритами планетарного редуктора RG 350 L, немецкой фирмы ZF Friedrichshafen AG, который по сравнению с этим базовым вариантом, имел в несколько раз более высокую редукцию и модуль зуба, не говоря уже об отсутствии водила, что, безусловно, позволит использовать такую передачу в машиностроении и освоить ее выпуск на стандартном зуборезном оборудовании.

Источники информации
1. Патент ЕР N 0338369, A2 (PORTE AUTOMATECHE S.P.A.), F 16 H 1/28, 25.10.89 г.

2. Патент СССР N 712043, F 16 H 1/48, 25.01.80 г., БИ 3.

Формула изобретения

1. Безводильная планетарная передача, содержащая расположенные в двух параллельных плоскостях подвижную и неподвижную коронные шестерни с различным количеством внутренних зубьев, откорригированных до одинаковых начальных окружностей и входящих в зацепление с венцами сателлитных блоков, контактирующих с плавающими кольцами, установленными концентрично с приводной двухвенцовой солнечной шестерней, взаимодействующей с крайними венцами сателлитных блоков, отличающаяся тем, что средние венцы сателлитных блоков, входящие в зацепление с неподвижной коронной шестерней, имеют такое же количество однотипных зубьев, как и крайние венцы, но с фазовым смещением по своей начальной окружности относительно них на величину, кратную отношению произведения шага зубьев на разницу количества зубьев коронных шестерен к числу сателлитных блоков, у которых венцы снабжены внутренними шлицами и установлены на шлицевых осях, охваченных упругими плавающими кольцами и лежащих на опорном плавающем кольце, между торцевыми крышками коронных шестерен.

2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что произведение числа шлицев осей сателлитных блоков на нечетное число кратно целочисленному отношению суммарного количества зубьев венцов сателлитных блоков, контактирующих с одним из венцов солнечной шестерни, к разнице количества зубьев коронных шестерен.

3. Передача по п.1, отличающаяся тем, что на приводном валу солнечных венцов установлены дистанционные шайбы у наружных торцов этих венцов, один из которых выполнен коническим с малой конусностью.

4. Передача по п.1, отличающаяся тем, что упругие плавающие кольца, охватывающие оси сателлитных блоков, выполнены в виде витков цилиндрической пружины.

5. Передача по п.1, отличающаяся тем, что опорное плавающее кольцо размещено внутри осей сателлитных блоков между его венцами, входящими в зацепление с коронными шестернями.

РИСУНКИ