ФРИКЦИОННАЯ ПЛАНЕТАРНАЯ ПЕРЕДАЧА

Название	ФРИКЦИОННАЯ ПЛАНЕТАРНАЯ ПЕРЕДАЧА
Разработчик (Авторы)	Волков Глеб Юрьевич, Курасов Дмитрий Алексеевич
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2499931
Дата регистрации	07.09.2011
Правообладатель	Волков Глеб Юрьевич, Курасов Дмитрий Алексеевич
Область применения (класс МПК)	F16H 13/06 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к машиностроению, а именно механическим передачам. Изобретение может найти применение в скважинном оборудовании и других областях, где необходимо минимизировать радиальный габаритный размер.

Известны многопоточные фрикционные планетарные передачи [US 1093922 (fig.2), DE 665767, GB 1311186, DE 665767, SU 528405 и др.], обладающие свойством самонатяжения фрикционных контактов в плоском контуре. Они содержат: эпициклический центральный каток с внутренней фрикционной поверхностью солнечный центральный каток с наружной фрикционной поверхностью; сателлиты, расположенные между двумя центральными катками в два слоя, причем сателлиты внутреннего слоя взаимодействуют с солнечным катком, а сателлиты внешнего слоя взаимодействуют с эпициклическим катком и сателлитами внутреннего слоя; водило, шарнирно связанное с сателлитами внутреннего или внешнего слоя. Основным недостатком данной схемы является малый допуск на изменение размеров тел качения, которое может иметь место в результате износа и упругой деформации. При самом незначительном уменьшении диаметров тел качения сателлиты внешнего слоя «провалятся» между сателлитами внутреннего слоя и эпициклическим катком. Таким образом, подобные передачи ненадежны. Кроме того, как и большинство фрикционных передач, эти передачи имеют сравнительно небольшую нагрузочную способность.

Существуют фрикционные передачи с самонатяжением [US 1093922 (fig.3), US 3380312, US 3848476, US 3945270, US 4481842, GB 1461104, WO 2004/029480 и др.], содержащие: эксцентричные эпициклический каток с внутренней цилиндрической фрикционной рабочей поверхностью и солнечный каток с внешней цилиндрической фрикционной рабочей поверхностью; три ролика-сателлита разного диаметра, взаимодействующие с солнечным и эпициклическим катками; рычажное звено - стойку или водило, несущее оси, на которых закреплены два ролика, и упор для третьего ролика. К износу тел качения такие передачи значительно менее чувствительны, чем предыдущие. Недостатком данной схемы остается сравнительно небольшая нагрузочная способность передачи.

Наиболее близкой предлагаемой по конструкции является фрикционная передача [US 3380312 (fig.6)] - (прототип), которая содержит: эпициклический каток с внутренней рабочей поверхностью, солнечный каток с внешней рабочей поверхностью, водило и тройку сателлитов, расположенных между эпициклическим и солнечным катками, два из которых шарнирно связаны с водилом, а третий, имеющий наибольший диаметр, является плавающим.

Недостаток этой схемы, как и предыдущих, состоит в невысокой нагрузочной способности передачи. Увеличение осевого размера сателлитов повышает нагрузочную способность, но лишь до определенного предела. Слишком длинными сателлиты быть не могут из-за перекосов, возникающих в результате упругой деформации скручивания водила, а также по условиям его прочности.

В основу изобретения поставлена задача расширения арсенала механических передач, а именно - создание технологичной конструкции фрикционной планетарной передачи, обладающей большой нагрузочной способностью при малых радиальных габаритах.

Достигаемый технический результат - повышение нагрузочной способности передачи без увеличения ее радиальных габаритов.

Предлагаемая фрикционная планетарная передача, содержит эпициклический каток с внутренней рабочей поверхностью, солнечный каток с внешней рабочей поверхностью, водило и тройку сателлитов, расположенных между эпициклическим и солнечным катками в пазах водила, причем, два из этих сателлитов шарнирно связаны с водилом, а третий, имеющий наибольший диаметр, является плавающим. От прототипа передача отличается тем, что содержит повторяющиеся тройки сателлитов, последовательно расположенные в отдельных пазах водила.

Наличие повторяющихся троек (т.е. рядов) сателлитов, работающих одновременно, обеспечивает многократное увеличение нагрузочной способности передачи.

Наиболее технологичной является конструкция, в которой водило представляет собой единую деталь, выполненную в виде стержня, имеющего главный продольный паз для солнечного катка, поперечные пазы для каждого плавающего сателлита и для каждых двух сателлитов, шарнирно связанных с водилом, а также два малых продольных паза для осей сателлитов, которые выходят в главный продольный паз.

В том случае, если передача реверсивная, ось плавающего сателлита каждой тройки сателлитов в своем исходном положении расположена на центральной оси сечения соответствующего поперечного паза, а два сателлита, шарнирно связанные с водилом, имеют одинаковые диаметры.

Если передача заведомо нереверсивная, ее долговечность может быть дополнительно увеличена за счет того, что ось плавающего сателлита каждой тройки сателлитов в своем исходном положении расположена со смещением относительно центральной оси сечения соответствующего поперечного паза, а два сателлита, шарнирно связанные с водилом, имеют разные диаметры.

Для размещения в скважине целесообразно применять конструктивный вариант передачи, в котором эпициклический каток остановлен, а к солнечному катку, совершающему планетарное движение, вращающий момент прикладывается с помощью внешнего устройства, компенсирующего несоосность валов, например, с помощью карданного вала. В других областях применения может оказаться целесообразным эксплуатировать передачу при остановленном водиле.

Для того чтобы лучше продемонстрировать отличительные особенности изобретения, в качестве примера, не имеющего какого-либо ограничительного характера, ниже описан предпочтительный вариант реализации изобретения. В примере описана передача, в которой водило представляет собой единую, цельную деталь, выполненную в виде стержня, имеющего пазы. Выполнение водила сборным также возможно, но менее предпочтительно.

Пример реализации иллюстрируется чертежами, на которых представлено: на Фиг.1 - продольный осевой разрез устройства, на Фиг.2 и 3 - его поперечные разрезы, на Фиг.4 - водило в поперечном разрезе. На Фиг.5 показан поперечный разрез конструктивного варианта передачи, предназначенной для нереверсивной работы.

На Фигурах обозначено: 1- корпус устройства, 2 - эпициклический каток, 3 - солнечный каток, 4 - водило, 5 - вал водила, 6 и 7 - малые сателлиты, 8 - наибольший (плавающий) сателлит, 9 - осевые выступы на плавающем сателлите, 10 - оси малых сателлитов, 11 - подшипники, 12 - карданный вал, 13 - упорный шарик; главный продольный паз водила, II - поперечный паз для двух малых сателлитов. III - поперечный паз для плавающего сателлита, IV, V - малые продольные пазы для осей сателлитов; е - эксцентриситет эпициклического и солнечного катков.

Фрикционная планетарная передача содержит корпус (стойку) 1, с которым жестко связан эпициклический каток 2, имеющий внутреннюю рабочую поверхность. Солнечный каток 3, имеющий внешнюю цилиндрическую рабочую поверхность, с корпусом не связан (даже вращательной кинематической парой) - он плавающий. Водило 4 выполнено в виде стержня, имеющего главный продольный паз I для солнечного катка 3, и другие пазы. Водило 4 жестко соединено с валом 5, который в данном примере связан с корпусом 1 вращательной кинематической парой. Между эпициклическим 2 и солнечным 3 катками в поперечных пазах II, III водила 4, рядами, по три в каждом ряду, расположены сателлиты 6, 7, 8. Два малых сателлита 6 и 7 в каждой тройке шарнирно связаны с водилом, а третий сателлит 8 тройки, имеющий наибольший диаметр, является плавающим. Для каждой тройки сателлитов в водиле 4 выполнены по два поперечных паза (окна): один (паз II) для плавающего сателлита 8, а другой (паз III) для двух малых сателлитов 6 и 7.

Плавающий сателлит 8 имеет осевые выступы 9 для уменьшения трения по торцу сателлита. Малые сателлиты 6 и 7 установлены на осях 10 с использованием подшипников 11 скольжения (как показано на чертежах) или качения. Водило 4 имеет два малых продольных паза IV, V, которые выходят в главный продольный паз I, для осей 10 сателлитов 6 и 7. На осях 10, в местах сопряжения с малыми пазами IV,V водила, выполнены вырезы (лыски), предотвращающие поворот и осевое смещение этих осей относительно водила. В примере, оси 10 выполнены длинными, общими для всех троек сателлитов, но возможно применение и более коротких осей, стыкующихся в местах их соединения с водилом. Плавающий солнечный каток 3 относительно эпициклического катка 2 и корпуса 1 расположен с эксцентриситетом е и совершает планетарное движение, поэтому вращающий момент к нему прикладывается с помощью внешнего устройства, компенсирующего несоосность валов, например, с помощью карданного вала 12. Для снижения трения между торцами солнечного катка 3 и вала 5, соединенного с водилом, в примере конструкции использован шарик 13.

Работа передачи в режиме редуктора происходит следующим образом. Движение через внешнее приводное устройство 12 подается на солнечный каток 3. Вращаясь, каток 3 за счет сил трения увлекает сателлиты 6, 7, 8, которые обкатываются по неподвижному эпициклическому катку 2. С малых сателлитов 6, 7 через оси 10 движение передается на водило 4. Большой, плавающий сателлит 8 за счет сил трения отклоняется (на Фиг.2 показано пунктиром) от начального положения, в котором его ось лежит в плоскости эксцентриситета е. При этом, сателлит 8 внедряется в клиновое пространство, образуемое катками 2, 3. Такое отклонение обеспечивает возникновение нормальных сил в контактах катков, необходимых для возникновения сил трения. Подобным же образом работает система самонатяжения прототипа и аналогов.

Особенностью предлагаемой передачи является наличие нескольких (многих) троек (т.е. рядов) сателлитов. В общем случае, до начала движения нагрузка между этими тройками распределена неравномерно. При возрастании момента сил сопротивления на валу 5 водила 4, отклонение сателлита 8 наиболее нагруженной тройки от положения равновесия, а соответственно и угол клина, увеличиваются. Это приводит к увеличению упругого скольжения (а в пределе и к возникновению проскальзывания) в данной тройке сателлитов. В работе начинают участвовать другие тройки сателлитов, которые, в силу своего углового положения, первоначально окружную нагрузку не воспринимали. В результате, общая нагрузочная способность передачи многократно возрастает.

Конструкция деталей редуктора, в первую очередь водила 4, позволяет сделать редуктор весьма длинным, например, содержащим десятки троек (рядов) сателлитов. Нагрузочная способность такого фрикционного редуктора будет превышать нагрузочную способность зубчатого планетарного редуктора с одним рядом сателлитов равных радиальных габаритов.

Когда передача нереверсивная (см. Фиг.5), ось плавающего сателлита 8 каждой тройки сателлитов в своем исходном положении расположена со смещением относительно центральной геометрической оси сечения соответствующего поперечного паза II. При этом для выравнивания площади сечения двух частей тела водила 4, два малых сателлита 6 и 7, шарнирно связанные с водилом, имеют разные диаметры. В такой конструкции допустимый окружной ход плавающего сателлита 8 увеличивается. Это увеличивает допуск на износ тел качения. В результате повышается долговечность редуктора.

Формула изобретения

1. Фрикционная планетарная передача, содержащая эпициклический каток с внутренней рабочей поверхностью, солнечный каток с внешней рабочей поверхностью, водило и тройку сателлитов, расположенных между эпициклическим и солнечным катками в пазах водила, причем два из этих сателлитов шарнирно связаны с водилом, а третий, имеющий наибольший диаметр, является плавающим, отличающаяся тем, что содержит повторяющиеся тройки сателлитов, последовательно расположенные в отдельных пазах водила.

2. Фрикционная планетарная передача по п.1, отличающаяся тем, что водило выполнено в виде стержня, имеющего главный продольный паз для солнечного катка, поперечные пазы для каждого плавающего сателлита и для каждых двух сателлитов, шарнирно связанных с водилом, а также два малых продольных паза для осей сателлитов, входящих в главный продольный паз.

3. Фрикционная планетарная передача по п.2, отличающаяся тем, что ось плавающего сателлита каждой тройки сателлитов в своем исходном положении расположена на центральной оси сечения соответствующего поперечного паза, а два сателлита, шарнирно связанные с водилом, имеют одинаковые диаметры.

4. Фрикционная планетарная передача по п.2, отличающаяся тем, что ось плавающего сателлита каждой тройки сателлитов в своем исходном положении расположена со смещением относительно центральной оси сечения соответствующего поперечного паза, а два сателлита, шарнирно связанные с водилом, имеют разные диаметры.

5. Фрикционная планетарная передача по пп.1-4, отличающаяся тем, что эпициклический каток остановлен, а к солнечному катку, совершающему планетарное движение, вращающий момент прикладывается с помощью внешнего устройства, компенсирующего несоосность валов, например, с помощью карданного вала.

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

Оформление наградных документов и заказ каталога