УРАВНОВЕШЕННЫЙ САМОУСТАНАВЛИВАЮЩИЙСЯ ПЛАНЕТАРНЫЙ МЕХАНИЗМ
EQUALISED SELF SELF-ALIGNING PLANETARY TRAIN

Изобретение относится к машиностроению, а конкретнее, к зубчатым планетарным механизмам, в которых одно из центральных колес неподвижно, а сателлиты имеют подвижные геометрические оси.
Известен планетарный механизм с тремя сателлитами [1, стр.502, рис.24.3]. Три сателлита, устанавливаемые под равными углами относительно общей геометрической оси вращения, компенсируют инерционные силы друг друга и уравновешивают весь механизм. Кроме того, они позволяют разделить потоки мощности от ведущего колеса к водилу, что уменьшает усилия в соединениях ведущего колеса с каждым из сателлитов и каждого из сателлитов с водилом. При этом один из сателлитов является основным, а два других - дополнительными. Этот механизм примем за аналог.
5
4
Однако такому планетарному механизму с тремя сателлитами присущ серьезный недостаток. В этом механизме число подвижных звеньев n=5 (ведущее звено - 1, водило - 3 и три сателлита - 2, 5, 6), число одноподвижных вращательных кинематических пар р=5 (а именно, соединения ведущего колеса со стойкой, трижды сателлитов с водилом и водила со стойкой), число двухподвижных кинематических пар р=6 (по два соединения зубьев трех сателлитов соответственно с ведущим звеном и неподвижным колесом). По формуле Чебышева П.Л. [1, стр.38, формула (2.5)] подвижность такого планетарного механизма равна
5
4
W=3n-2p-p=15-10-6=-1.
Такой результат свидетельствует о неработоспособности трехсателлитного механизма. Такие системы относят к статически неопределимым [2, стр.269]. В теории машин такой результат объясняют наличием так называемых избыточных связей [3, стр.224]. О том что в планетарном механизме с тремя сателлитами имеются избыточные связи, указывается в [4, стр.408]. Если механизм с избыточными связями насильно принудить к движению, то это, во-первых, приводит к большим потерям на трение, а значит, к низкому коэффициенту полезного действия, а во-вторых, к неизбежному износу звеньев в местах лишних связей - контактов. В практике это ведет к быстрому износу зубьев сателлитов, к потери их контактов с ведущим звеном и к передаче мощности лишь через один - основной - сателлит, то есть два дополнительных сателлита начинают свободно вращаться, не передавая мощности.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является самоустанавливающийся планетарный механизм [5]. В нем избыточные связи устранены за счет свободной установки относительно водила двух из трех сателлитов трехсателлитного планетарного механизма через посредство дополнительных шатунов, связанных в шарниры как с водилом, так и с сателлитами.
Однако и этому механизму, принятому за прототип, присущ серьезный недостаток, заключающийся в том, что в зависимости от длин шатунов, связывающих оси, положения сателлитов могут оказаться неуравновешенными, и в механизме появятся дополнительные динамические нагрузки от сил инерции сателлитов. Динамические нагрузки, возникающие при движении механизма, являются источниками дополнительных сил трения в кинематических парах, вибраций, дополнительных напряжений в некоторых звеньях механизма, причиной шума и т.д. [1, стр.275].
Задачей изобретения является, в частности, уравновешивание сил инерции сателлитов планетарного механизма. Для этого необходимо максимальным образом приблизить центры вращения дополнительных сателлитов к центрам вращения связывающих их шатунов с водилом. Указанное расстояние не может быть нулевым, так как в этом случае рассматриваемый механизм вырождается в аналог.
Сущность изобретения заключается в том, что предлагается уравновешенный самоустанавливающийся планетарный механизм, включающий центральное подвижное колесо с внешним зацеплением, неподвижное колесо с внутренним зацеплением, водило, три установленных под равными углами относительно общей геометрической оси вращения сателлита, один из которых - основной - соединен с водилом в шарнир непосредственно, а два дополнительных сателлита соединены с водилом через посредство эксцентриковых осей с двумя опорными цилиндрическими поверхностями, взаимодействующими соответственно с водилом и сателлитом, при этом эксцентриситет эксцентриковых осей принимается не менее половины модуля зацепления колес планетарного механизма.
е
На чертежах показан предлагаемый уравновешенный самоустанавливающийся планетарный механизм: на фиг.1 - общий вид механизма и на фиг.2 - сечение механизма по линии А-А. Механизм включает в себя: 1 - центральное подвижное колесо с внешним зацеплением; 2 - неподвижное колесо с внутренним зацеплением; 3 - водило; 4, 5, 6 - три установленных под равными углами относительно общей геометрической оси вращения сателлита, один из которых 4 - основной - соединен с водилом 3 в шарнир непосредственно, а два дополнительных сателлита 5 и 6 соединяются с водилом 3 через посредство эксцентриковых осей 7 и 8, обеспечивающих величину эксцентриситета  не менее половины модуля зацепления.
Под осью в данном случае понимается деталь машины в строгом соответствии с определением оси как детали, приведенном в [6, стр.958]. Упомянутые оси входят во вращательные кинематические пары с водилом 3 и с дополнительными сателлитами 5 и 6. Отличие осей 7 и 8 от обычных осей заключается в том, что геометрические оси соединений с сателлитами и с водилом (под геометрическими осями понимаются оси симметрии в математическом смысле, как это объяснено в [6, стр.958] в статье, приведенной после статьи об оси как детали машины) выполнены с некоторым эксцентриситетом относительно друг друга. Этот эксцентриситет геометрических осей позволяет дополнительным сателлитам иметь возможность смещаться в радиальном направлении от неподвижных колес. При этом не должно происходить события, при котором сателлит мог бы выйти из зацепления с ведущим колесом и неподвижным. Этого не произойдет, если эксцентриситет геометрических осей деталей 7 и 8 будет ограничен по величине. Можно гарантировать, что сателлит не выйдет из зацепления, если принятый эксцентриситет осей будет более половины модуля зацепления, то есть половины высоты зуба.
е
Работает механизм следующим образом. При приведении в движение центрального подвижного колеса 1 за счет зацепления с ним приходят в движение все три сателлита 4, 5 и 6. Во время движения сателлиты 5 и 6 имеют возможность самоустанавливаться за счет эксцентриковых осей 7 и 8. Одна из эксцентриковых осей 7 опорной поверхностью 9 взаимодействует с сателлитом 5, а опорной поверхностью 10 с водилом 3. Эксцентриковая ось 7 позволяет сателлиту 5 на опоре 9 провернуться относительно водила 3, при этом произойдет смещение оси сателлита относительно оси водила на величину, лежащую в пределах величины эксцентриситета , которая назначается не менее половины модуля зацепления. Аналогичным образом происходит взаимодействие эксцентриковой оси 8 с сателлитом 6 и водилом 3.
В результате возможности самоустановления дополнительных сателлитов, а также максимального приближения центров вращения этих сателлитов и центров вращения связывающих их эксцентриковых осей с водилом происходит уравновешивание сил инерции предложенного планетарного механизма, который будет самоустанавливающимся и уравновешенным.
Источники информации
1. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин: Учеб. для втузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. - 640 с.
2. Строительная механика. Изд. 7-е, перераб. и доп. Под ред. А.В.Даркова. Учебник для вузов. - М.: Высш. школа, 1976. - 600 с., ил.
3. Крайнов А.Ф. Механика машин. Фундаментальный словарь. - М.: Машиностроение, 2000. - 904 с., ил.
4. Теория механизмов и машин: Учеб. для втузов / К.В. Фролов, С.А. Попов, А.К. Мусатов и др. Под ред. К.В. Фролова. - М.: Высш. шк., 1987. - 496 с., ил.
5. Патент RU 2342573 С1, МПК8 F16H 1/48, заявленный 11.07.2007.
6. Советский энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1981.