L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий

БЕЗВОДИЛЬНАЯ ПЛАНЕТАРНАЯ ПЕРЕДАЧА

НазваниеБЕЗВОДИЛЬНАЯ ПЛАНЕТАРНАЯ ПЕРЕДАЧА
Разработчик (Авторы)Волков Глеб Юрьевич, Курасов Дмитрий Алексеевич, Колмаков Станислав Витальевич
Вид объекта патентного праваПолезная модель
Регистрационный номер 108525
Дата регистрации24.05.2011
ПравообладательГосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курганский государственный университет"
Область применения (класс МПК)F16H 1/36 (2006.01)

Описание изобретения

1. Безводильная планетарная передача, содержащая ведущее, ведомое и опорное центральные колеса с внутренними зубьями, взаимодействующие с ведомым и опорным центральными колесами, основные сателлиты, состоящие из вала-шестерни и двух одинаковых боковых шестерен, надетых на хвостовики вала-шестерни, а также плавающее центральное колесо с наружной рабочей поверхностью, поддерживающее сателлиты, отличающаяся тем, что содержит дополнительные сателлиты с наружными зубьями, находящиеся в зацеплении с ведущим центральным колесом и основными сателлитами, причем каждый дополнительный сателлит взаимодействует с двумя соседними основными сателлитами, ведомое центральное колесо выполнено с двумя венцами, разнесенными относительно друг друга в осевом направлении, а зубчатые венцы опорного и ведущего центральных колес расположены между ними, боковые шестерни сателлитов способны свободно вращаться на хвостовиках, а плавающее центральное колесо выполнено с внешними зубчатыми венцами, предназначенными для взаимодействия с соответствующими шестернями сателлитов.

2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что плавающее колесо состоит из двух одинаковых половин, на каждой из которых выполнено по два венца с внутренними зубьями, один из которых предназначен для взаимодействия с боковой шестерней сателлита, а другой - с зубчатым венцом вала-шестерни сателлита.

3. Передача по п.1, отличающаяся тем, что дополнительные сателлиты находятся в зацеплении с венцом сателлита, принадлежащем валу-шестерне.

4. Передача по п.1, отличающаяся тем, что все зубья имеют одинаковый модуль, число зубьев венца опорного колеса на 1, 2 или 3 зуба меньше, чем ведомого колеса, а число зубьев боковых венцов плавающего центрального колеса на столько же зубьев больше, чем у его венца, расположенного по центру.

5. Передача по п.1, отличающаяся тем, что все зубья имеют одинаковый модуль, число зубьев венца опорного колеса на 1, 2 или 3 зуба больше, чем ведомого колеса, а число зубьев боковых венцов плавающего центрального колеса на столько же зубьев меньше, чем у его венца, расположенного по центру.

6. Передача по п.1, отличающаяся тем, что опорное и ведомое центральные зубчатые колеса выполнены с разным модулем.

7. Передача по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что зубчатые венцы ведомого центрального колеса закреплены с возможностью регулирования углового положения на промежуточных дисках, имеющих шлицевое соединение с ведомым валом.

 

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к механическим передачам. Она может найти применение в приводах, для которых необходимо минимизировать «кольцевые» габариты редуктора, расположенного вокруг тяжелонагруженного выходного вала.

В машиностроении широко применяется планетарная передача Джемса [например Д.Н.Решетов. Детали машин. Учебник для ВУЗов, издание 3-е. М.; «Машиностроение» 1975. Рис.164 на с.391], содержащая два центральных зубчатых колеса, взаимодействующие с ними сателлиты и водило. Недостатком такой передачи применительно к редуктору, расположенному вокруг тяжелонагруженного вала, является наличие водила, которое требует использования подшипников, расположенных внутри сателлитов. В этих условиях диаметры сателлитов не могут быть уменьшены до желаемых размеров, поэтому возможности снижения «кольцевых» габаритов передачи ограниченны. Кроме того, водило, являющееся достаточно сложной в изготовлении деталью, и наличие большого количества подшипников существенно удорожает редуктор.

Известна [GB 1418284 F16H 1/36 1975 Фиг 1 и 3] планетарная безводильная передача, содержащая три центральных колеса с наружными зубьями, взаимодействующие с ними сателлиты и опорные кольца с гладкой внутренней рабочей поверхностью. Опорное центральное кольцо выполнено с двумя венцами, максимально разнесенными друг относительно друга в осевом направлении, а сателлит имеет венцы с тремя различными числами зубьев. Сателлит выполнен сборным, он состоит из вала-шестерни с коническими хвостовиками и боковых шестерен, насаженных на эти хвостовики. По условиям компоновки данная передача не пригодна для редуктора, расположенного вокруг тяжелонагруженного вала.

Существует безводильная планетарная передача [WO 92/05372 F16H 1/28, 1/46 (или ЕР 91/01825)], содержащая три центральных зубчатых колеса и взаимодействующие с ними сателлиты. Одно из центральных колес является ведущим, другое - ведомым, а третье - опорным, т.е. связано с корпусом передачи. Ведомое и опорное колеса выполнены с наружными зубьями, причем, ведомое колесо расположено между двух венцов опорного колеса. Сателлиты выполнены с наружными зубьями и имеют ширину, которая равна сумме ширин опорного и ведомого центральных колес. Зубчатые венцы сателлитов, предназначенные для взаимодействия с ведомым и опорным колесами, имеют разное число зубьев. Ведущее центральное колесо имеет внутренние зубья, которые находятся в зацеплении с центральной частью зубчатых венцов (или центральными венцами) сателлитов, а также внешние зубья, взаимодействующие с зубчатым ремнем, входящем в окна, выполненные в корпусе.

Недостатком такой передачи является сложность изготовления сателлитов. В принципе, зубчатые венцы могут быть нарезаны, а точнее выдолблены, на монолитном сателлите. Однако это весьма сложно, так как угловое смещение боковых венцов относительно центрального разное для каждого сателлита. Более технологична сборная конструкция сателлита, например такая, в которой его боковые венцы крепятся на конических хвостовиках. Но и это техническое решение достаточно трудоемко в реализации. Каждый боковой венец сателлита необходимо зафиксировать в нужном положении в процессе сборки редуктора. Кроме того, крепежные элементы увеличивают осевой габарит сателлита.

Наиболее близка предлагаемой по конструкции, безводильная планетарная передача [SU 1744336 F16H 1/48 1990] - прототип, содержащая три центральных колеса с внутренними зубьями, зацепляющиеся с ними сателлиты, а также плавающие кольца с гладкой наружной рабочей поверхностью, взаимодействующие с сателлитами. Опорное центральное колесо выполнено с двумя венцами, разнесенными друг относительно друга в осевом направлении. Ведомое центральное колесо расположено между ними и, поэтому, предназначено только для съема движения в радиальном направлении. Ведущее центральное колесо взаимодействует с венцом сателлита, расположенным вблизи одного из его торцов. Венцы сателлитов, предназначенные для взаимодействия с каждым из центральных колес, имеют различные числа зубьев. Нужно заметить, что для обеспечения работоспособности такой конструкции, венец сателлита, взаимодействующий с ведущим центральным колесом, должен иметь существенно иной (в данном случае меньший) начальный диаметр, чем венцы, взаимодействующие с ведомым и опорным центральными колесами. В противном случае вращение сателлита будет проходить при очень неблагоприятных условиях передачи сил.

Недостатки данной конструкции:

- Отсутствует возможность снимать вращающий момент с выходного колеса в осевом направлении, т.е. например, с помощью муфты. Такая передача может работать только в сочетании с другой передачей, обеспечивающей съем движения в радиальном направлении, или служить для осуществления неполного поворота ведомого центрального колеса.

- Сателлиты с несколькими зубчатыми венцами сложны в изготовлении.

- Пространство «внутри» центральных колес не используется и без изменения конструкции не может быть использовано для размещения тяжелонагруженного ведомого вала.

В основу предлагаемой полезной модели поставлена задача расширения арсенала средств редуцирования скорости вращения, а именно создания новой компактной и технологичной безводильной планетарной передачи.

Достигаемый технический результат - уменьшение «кольцевых» габаритов, повышение нагрузочной способности устройства и повышение технологичности его изготовления.

Безводильная планетарная передача содержит ведущее, ведомое и опорное центральные колеса с внутренними зубьями, взаимодействующие с ведомым и опорным центральными колесами, основные сателлиты, состоящие из вала-шестерни и двух одинаковых боковых шестерен, надетых на хвостовики вала-шестерни, а также плавающее центральное колесо с наружной рабочей поверхностью, поддерживающее сателлиты. Новым является то, что передача содержит дополнительные сателлиты с наружными зубьями, находящиеся в зацеплении с ведущим центральным колесом и основными сателлитами, причем каждый дополнительный сателлит взаимодействует с двумя соседними основными сателлитами. Ведомое центральное колесо выполнено с двумя венцами, разнесенными друг относительно друга в осевом направлении, а зубчатые венцы опорного и ведущего центральных колес расположены между ними. Боковые шестерни сателлитов способны свободно вращаться на хвостовиках, а плавающее центральное колесо выполнено с внешними зубчатыми венцами, предназначенными для взаимодействия с соответствующими шестернями сателлитов,

В предлагаемой конструкции становится возможным расположить ведомый вал в центре, «внутри» передачи и снимать с него момент непосредственно, например, с помощью муфты. Дополнительные плавающие шестерни не увеличивают «кольцевой габарит» передачи, так как расположены между сателлитами. Венцы сателлитов связаны между собой не непосредственно, а через плавающее центральное колесо с наружными зубьями. Благодаря этому отпадает необходимость отдельной фиксации каждой боковой шестерни на хвостовике сателлита и процесс сборки передачи существенно упрощается.

Рационален вариант конструкции, при котором дополнительные сателлиты находятся в зацеплении с венцом сателлита, принадлежащем валу-шестерне. Работоспособной конструкция является и в том случае, если дополнительные сателлиты находятся в зацеплении с одной из боковых шестерен сателлита.

Наиболее технологичным является плавающее центральное колесо, состоящее из двух одинаковых половин, на каждой из которых выполнено по два венца с наружными зубьями. Один из венцов предназначен для взаимодействия с боковой шестерней сателлита, а другой - с зубчатым венцом вала-шестерни сателлита. Благодаря большому числу зубьев на венцах и малой их разнице, в процессе изготовления таких двухвенцовых блоков относительное угловое положение венцов можно не контролировать. Для получения необходимой точности достаточно маркировать готовые блоки «по факту». Однако в процессе сборки необходимо технологически обеспечить отсутствие углового смещения венцов ведомого колеса, например, за счет установочного поворота. Для этого зубчатые венцы ведомого центрального колеса закреплены с возможностью регулирования углового положения на промежуточных дисках, имеющих шлицевое соединение с ведомым валом.

Передача предназначена для больших передаточных чисел, потому, если зубья всех зубчатых колес имеют одинаковый модуль, разность чисел зубьев на опорном и ведомом колесах должна быть минимальной, т.е. один зуб (а в отдельных случаях 2 или 3 зуба). Таким образом, число зубьев венцов опорного колеса на 1, 2 или 3 зуба меньше, чем ведомого колеса, а число зубьев боковых венцов плавающего центрального колеса на столько же зубьев больше, чем у его венца, расположенного по центру. Или число зубьев венцов опорного колеса на 1, 2 или 3 зуба больше, чем ведомого колеса, а число зубьев боковых венцов плавающего центрального колеса на столько же зубьев меньше, чем у его венца, расположенного по центру. Соблюдение отмеченных равенств необходимо для выполнения условия сборки передачи.

Для расширения кинематических возможностей передачи, опорное и ведомое центральные зубчатые колеса выполнены с разным модулем. Соответственные модули имеют также взаимодействующие с ними венцы сателлитов и венцы плавающего центрального колеса. Использование двух разных модулей позволяет обеспечить условие сборки для неограниченно больших передаточных чисел редуктора.

Пример реализации предлагаемой передачи иллюстрируются чертежами, где на фиг.1 показана конструкция безводильной планетарной передачи в осевом разрезе, на фиг.2 - в разрезе, перпендикулярном ее главной оси.

Безводильная планетарная передача, показанная на фиг.1 и 2, содержит ведущее 1 (число зубьев Z1), ведомое 2 (Z2) и опорное 3 (Z3) центральные колеса с внутренними зубьями, взаимодействующие с ведомым и опорным центральными колесами, основные сателлиты, состоящие из вала-шестерни 4 (Z4) и двух одинаковых боковых шестерен 5 (Z5), надетых на хвостовики вала-шестерни, а также плавающее центральное колесо 6 с внешними зубчатыми венцами  и , предназначенными для взаимодействия с шестернями Z4 и Z5 сателлитов, соответственно. Передача также содержит дополнительные сателлиты 7 (Z7) с наружными зубьями, находящиеся в зацеплении с ведущим центральным колесом 1 (Z1) и венцом (Z4) вала-шестерни 4 основных сателлитов, причем каждый дополнительный сателлит взаимодействует с двумя соседними основными сателлитами. Ведомое центральное колесо 2 выполнено с двумя венцами (Z2), разнесенными друг относительно друга в осевом направлении, а зубчатые венцы опорного 3 (Z3) и ведущего 1 (Z1) центральных колес расположены между ними. Боковые шестерни 5 сателлитов способны свободно вращаться на хвостовиках вала-шестерни 4. Плавающее колесо состоит из двух одинаковых половин, на каждой из которых выполнено по два венца с внутренними зубьями, один из которых , предназначен для взаимодействия с боковой шестерней 5 сателлита, а другой  - с зубчатым венцом вала-шестерни 4 сателлита. Зубчатые венцы ведомого центрального колеса 2 закреплены с возможностью регулирования углового положения болтами 8 на промежуточных дисках 9, имеющих шлицевое соединение с ведомым валом 10.

Передача работает следующим образом. Ведущее центральное колесо 1 вращает дополнительные сателлиты 7, которые передают движение валам-шестерням 4 основных сателлитов. Валы-шестерни 4 обкатываются по венцу опорного центрального колеса 3. В результате, оси сателлитов (мнимое водило) совершают вращательное движение вокруг главной оси передачи. Через цилиндрические хвостовики это движение передается боковым шестерням 5 сателлитов, которые опираются на плавающее центральное колесо 6 и передают движение на ведомое колесо 2. С венцов колеса 2, через диска 9 и шлицы, движение попадает на ведомый вал 10.

Передаточное отношение  от центрального ведущего колеса 1 к ведомому 2 вычисляется по формуле:

Все зубчатые колеса передачи, изображенной на фиг.1 и 2 могут быть выполнены одинакового модуля, например, с числами зубьев центральных колес: Z1=105,  , Z2=101, Z3=100. Условия сборки, при этом, выполняются одновременно для двух планетарных систем:

 

(60+100)/10=16; (59+101)/10=16,

где К - число сателлитов (приняли К=10), Ц - целое число.

Передаточное отношение такого механизма:

Планетарные системы механизма можно выполнить с двумя разными модулями, например: m=2 и m=2,5; Z1=105, Z2=119, Z3=100,  .

Условия сборки выполняются:

(60+100)/10=16; (71+119)/10=19.

Передаточное отношение:

Очевидно, что столь высокое передаточное число достигается за счет снижения КПД механизма.

Использование предлагаемой безводильной планетарной передачи позволит уменьшить габариты, увеличить нагрузочную способность и повысить технологичность тяжело-нагруженных приводов различных машин (подъемников, толкателей, запорно-регулирующей арматуры и др.), рассчитанных на кратковременную работу.

Формула полезной модели

1. Безводильная планетарная передача, содержащая ведущее, ведомое и опорное центральные колеса с внутренними зубьями, взаимодействующие с ведомым и опорным центральными колесами, основные сателлиты, состоящие из вала-шестерни и двух одинаковых боковых шестерен, надетых на хвостовики вала-шестерни, а также плавающее центральное колесо с наружной рабочей поверхностью, поддерживающее сателлиты, отличающаяся тем, что содержит дополнительные сателлиты с наружными зубьями, находящиеся в зацеплении с ведущим центральным колесом и основными сателлитами, причем каждый дополнительный сателлит взаимодействует с двумя соседними основными сателлитами, ведомое центральное колесо выполнено с двумя венцами, разнесенными относительно друг друга в осевом направлении, а зубчатые венцы опорного и ведущего центральных колес расположены между ними, боковые шестерни сателлитов способны свободно вращаться на хвостовиках, а плавающее центральное колесо выполнено с внешними зубчатыми венцами, предназначенными для взаимодействия с соответствующими шестернями сателлитов.

2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что плавающее колесо состоит из двух одинаковых половин, на каждой из которых выполнено по два венца с внутренними зубьями, один из которых предназначен для взаимодействия с боковой шестерней сателлита, а другой - с зубчатым венцом вала-шестерни сателлита.

3. Передача по п.1, отличающаяся тем, что дополнительные сателлиты находятся в зацеплении с венцом сателлита, принадлежащем валу-шестерне.

4. Передача по п.1, отличающаяся тем, что все зубья имеют одинаковый модуль, число зубьев венца опорного колеса на 1, 2 или 3 зуба меньше, чем ведомого колеса, а число зубьев боковых венцов плавающего центрального колеса на столько же зубьев больше, чем у его венца, расположенного по центру.

5. Передача по п.1, отличающаяся тем, что все зубья имеют одинаковый модуль, число зубьев венца опорного колеса на 1, 2 или 3 зуба больше, чем ведомого колеса, а число зубьев боковых венцов плавающего центрального колеса на столько же зубьев меньше, чем у его венца, расположенного по центру.

6. Передача по п.1, отличающаяся тем, что опорное и ведомое центральные зубчатые колеса выполнены с разным модулем.

7. Передача по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что зубчатые венцы ведомого центрального колеса закреплены с возможностью регулирования углового положения на промежуточных дисках, имеющих шлицевое соединение с ведомым валом.

Изобретение "БЕЗВОДИЛЬНАЯ ПЛАНЕТАРНАЯ ПЕРЕДАЧА" (Волков Глеб Юрьевич, Курасов Дмитрий Алексеевич, Колмаков Станислав Витальевич) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля