РЕДУКТОР ОРБИТАЛЬНЫЙ (ВАРИАНТЫ)
REDUCTION GEAR (VERSIONS)

Изобретение относится к машиностроению, в частности к редуктору орбитальному с соосными быстроходным и тихоходным валами, и может быть использовано для замены применяемых в промышленности большого количества разных типов редукторов с передаточными отношениями от 3,5:1 до 1000:1.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является редуктор, содержащий входной вал с соосным ведущим кривошипом, установленным в корпусе с возможностью вращения и выполненным в виде стакана с внутренним отверстием, палец, установленный во внутреннем отверстии кривошипа и связанный с невращающимся ведущим колесом, которое находится в зацеплении с ведомым колесом, соосно соединенным с выходным валом, при этом ведущее колесо имеет возможность орбитального движения вокруг оси, совпадающей с осью ведущего и ведомого валов; ось кривошипа не пересекается с осью внутреннего отверстия кривошипа, а ведущее колесо снабжено штифтами, каждый из которых своим вторым концом входит в отверстие, выполненное с эксцентриситетом в соответствующей шайбе, установленной с возможностью вращения в корпусе, причем величина эксцентриситета равна расстоянию между центрами ведущего и ведомого колес (RU 2229046 C1, F16H 13/02, 21/48).
Вторым близким к изобретению по технической сущности является редуктор, в котором ведомое колесо с внутренними зубьями выполнено из роликов, установленных параллельно зубьям ведущего колеса в соосных отверстиях венца и диска, равномерно расположенных по окружности, совпадающей с осями отверстий, заявка №2005107155 (008641) «Редуктор орбитальный», фиг.5, 14.03.2005 г.
К недостаткам редукторов, указанных выше, относятся: Зависимость наружного диаметра редуктора от передаваемой мощности (от модуля зацепления) в особенности при использовании на ведомом колесе роликов вместо зубьев и выбранном передаточном отношении от быстроходного вала к тихоходному;
неравномерность угловой скорости вращения ведомого колеса в промежутке между выходом из зацепления одной пары зубьев на ведущем и ведомом колесе и входом в зацепление следующей пары зубьев. Амплитуда неравномерности связана с количеством зубьев у ведущего колеса;
недостаточная надежность (жесткость) крепления венца к диску ведомого колеса при использовании роликов вместо зубьев. Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков или уменьшение их влияния.
Поставленная задача решается тем, что редуктор орбитальный, содержащий соосно установленные в корпусе быстроходный и тихоходный валы, диск и венец, связанные между собой или выполненные как одно целое и соосно скрепленные с тихоходным валом, эксцентрик на быстроходном вале, ось которого параллельно смещена относительно оси последнего, невращающееся ведущее колесо, установленное на эксцентрике и зацепленное с ведомым колесом, зубья которого выполнены из роликов, каждый из которых установлен в соосных отверстиях венца и диска, при этом ведущее колесо имеет возможность орбитального движения вокруг оси валов и снабжено штифтами, каждый из которых своим вторым концом входит в отверстие, выполненное с эксцентриситетом в соответствующей шайбе, установленной с возможностью вращения в корпусе, причем величина эксцентриситета равна расстоянию между центрами ведущего и ведомого колес, согласно изобретению снабжен дополнительным колесом, скрепленным соосно с ведущим колесом и зацепленным с выступающими концами удлиненных роликов ведомого колеса.
Поставленная задача решается также тем, что ширина дополнительного колеса выполнена равной или меньше ширины ведущего колеса.
Поставленная задача решается также тем, что на тихоходном вале неразборные, выполненные как одно целое, венец и диск имеют у венца отверстия для роликов открытыми изнутри к центру.
Поставленная задача решается также тем, что редуктор орбитальный, содержащий соосно установленные в корпусе быстроходный и тихоходный валы, диск и венец, связанные между собой и соосно скрепленные с тихоходным валом, эксцентрик на быстроходном вале, ось которого параллельно смещена относительно оси последнего, невращающееся ведущее колесо, установленное на эксцентрике и зацепленное с ведомым колесом, зубья которого выполнены из роликов, каждый из которых установлен в соосных отверстиях венца и диска, дополнительное ведущее колесо, скрепленное соосно с ведущим колесом, при этом ведущие колеса имеют возможность орбитального движения вокруг оси валов и снабжены штифтами, каждый из которых своим вторым концом входит в отверстие, выполненное с эксцентриситетом в соответствующей шайбе, установленной с возможностью вращения в корпусе, причем величина эксцентриситета равна расстоянию между центрами ведущего и ведомого колес, согласно изобретению в венце выполнены дополнительные отверстия, размещенные между соосными отверстиями венца и диска, при этом оси всех отверстий расположены на одной окружности, а в дополнительные отверстия венца вставлены дополнительные ролики, которые зацеплены с дополнительным ведущим колесом.
Поставленная задача решается также тем, что ролики, размещенные в венце и диске, выполнены двухступенчатыми и вставлены в отверстия венца ступенями меньшего диаметра.
Поставленная задача решается также тем, что в венце выполнен дополнительный буртик с отверстиями, в каждом из которых установлен вторым концом удлиненный дополнительный ролик, при этом на ведущих колесах соосно с ними закреплено третье ведущее колесо, зацепленное с выступающими концами удлиненных дополнительных роликов.
Поставленная задача решается также тем, что редуктор орбитальный, содержащий соосно установленные в корпусе быстроходный и тихоходный валы, два зубчатых колеса с внутренним зацеплением, одно из которых ведомое соосно связано с тихоходным валом, а другое ведущее установлено на эксцентрике быстроходного вала и имеет возможность орбитального движения вокруг оси валов, колесо-сателлит, соосно скрепленное с ведущим колесом и зацепленное с неподвижным колесом, закрепленным на корпусе, согласно изобретению снабжен дополнительными колесами, зацепленными с соответствующими колесами, одно из них соосно закреплено на ведущем колесе, а другое закреплено соосно на ведомом колесе, при этом в каждой скрепленной паре колес диаметры делительных окружностей зубьев равны между собой.
Поставленная задача решается также тем, что в каждой скрепленной паре колеса имеют по равному количеству зубьев, при этом зубья ведущего колеса и дополнительного к нему повернуты относительно друг друга на угол, равный половине углового шага между двумя рядом стоящими зубьями или меньший этой половины.
Поставленная задача решается также тем, что редуктор орбитальный, содержащий соосно установленные в корпусе быстроходный и тихоходный валы, два зубчатых колеса с внутренним зацеплением, одно из которых ведомое соосно связано с тихоходным валом, а другое ведущее с наружными зубьями установлено на шейке эксцентрика быстроходного вала с возможностью орбитального движения вокруг оси валов, колесо-сателлит, соосно связанное с ведущим колесом и зацепленное с неподвижным колесом, закрепленным на корпусе, согласно изобретению имеет связь между ведущим колесом и колесом-сателлитом, выполненную в виде шлицевого соединения, при котором зубья ведущего колеса вставлены без зазора в соответствующие шлицы, выполненные в колесе-сателлите.
Поставленная задача решается также тем, что редуктор содержит установленные последовательно и соосно валам корпус, зубчатое колесо с внутренними зубьями, кольцо подшипника и крышку, стянутые вдоль общей оси крепежными деталями, каждая из которых входит в соосные отверстия, выполненные в корпусе, в зубчатом колесе, кольце подшипника и крышке и расположенные по окружности с центром на общей оси валов и редуктора.
Поставленная задача решается также тем, что редуктор орбитальный, содержащий соосно установленные в корпусе быстроходный и тихоходный валы, два зубчатых колеса с внутренним зацеплением, одно из которых ведомое соосно связано с тихоходным валом, а другое невращающееся ведущее с наружными зубьями установлено на шейке эксцентрика быстроходного вала с возможностью орбитального движения вокруг оси валов, согласно изобретению снабжен диском, соосно скрепленным с ведущим колесом и имеющим штифты, каждый из которых своим вторым концом входит в отверстие, выполненное с эксцентриситетом в соответствующей шайбе, установленной с возможностью вращения в корпусе, причем величина эксцентриситета равна расстоянию между центрами ведущего и ведомого колес.
Поставленная задача решается также тем, что редуктор содержит установленные последовательно и соосно валам корпус, прокладку, выполненную в виде кольца, кольцо подшипника и крышку, стянутые вдоль общей оси крепежными деталями, каждая из которых входит в соосные отверстия, выполненные в корпусе, прокладке, кольце подшипника и крышке и расположенные по окружности с центром на общей оси валов и редуктора.
Поставленная задача решается также тем, что связь между тихоходным валом и ведомым колесом в редукторе выполнена в виде шлицевого соединения, при котором зубья ведомого колеса сопряжены без радиального и углового зазора со шлицами, выполненными на тихоходном вале.
Поставленная задача решается также тем, что редуктор орбитальный, содержащий соосно установленные в корпусе быстроходный и тихоходный валы, два зубчатых колеса с внутренним зацеплением, одно из которых ведомое соосно связано с тихоходным валом, а другое ведущее установлено на шейке эксцентрика быстроходного вала и имеет возможность орбитального движения вокруг оси валов, колесо-сателлит, соосно закрепленное на ведущем колесе и зацепленное с неподвижным колесом, выполненным из роликов, установленных в отверстиях корпуса, согласно изобретению редуктор содержит установленные последовательно и соосно валам корпус, прокладку в виде кольца, наружное кольцо подшипника и крышку, или корпус, наружное кольцо подшипника и крышку, стянутые вдоль общей оси крепежными деталями, каждая из которых входит в соосные отверстия, выполненные в корпусе в прокладке, наружном кольце подшипника и крышке, или в корпусе, наружном кольце подшипника и крышке, и расположенные по окружности с центром на общей оси валов и редуктора, при этом ролики неподвижного колеса вторыми своими концами установлены в отверстиях, выполненных в наружном кольце подшипника.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 показан редуктор орбитальный в разрезе.
На фиг.2 показан разрез венца по ролику.
На фиг.3 показан вид с торца на венец и диск.
На фиг.4 показан разрез А-А на фиг.3
На фиг.5, 6, 7 показаны варианты выполнения редуктора орбитального.
На фиг.8 показан разрез Б-Б на фиг.7
На фиг.9 и 10 показаны варианты выполнения редуктора орбитального
Фиг.11 вычерчена для реферата.
На фиг.12, 13, 14 изображены варианты выполнения редуктора орбитального.
Редуктор орбитальный содержит корпус 1, наружное кольцо 2 подшипника, крышку 3, быстроходный вал 4 и установленный соосно валу 4 тихоходный вал 5. Кольцо 2 и крышка 3 относятся к корпусным деталям. В вале 4 выполнено отверстие, ось 6 которого параллельно смещена на величину е относительно оси 7, являющейся общей осью валов 4 и 5, корпуса 1, кольца 2 роликоподшипника и крышки 3. В указанное отверстие вала 4 вставлен эксцентрик (палец) 8, ось которого совпадает с осью 6, а в его отверстие 9 вставлен цилиндрический выступ 10 вала 5. Внутри редуктора установлен диск 11, имеющий венец 12. Диск и венец сделаны как одно целое (слитно). В них выполнены отверстия, расположенные по окружности с центром на оси 7, в которых установлены ролики 13, имеющие выступающие из венца 12 концы 14. Между кольцом 2 и венцом 12 установлены игольчатые ролики 15, которые применяют для роликоподшипников. На пальце 8 установлен диск 16, а на нем посредством штифтов 17 закреплены невращающиеся зубчатые колеса 18 и 19, зацепленные с роликами 13. Каждый штифт 17 вторым своим концом входит в отверстие, выполненное с эксцентриситетом е в шайбе 20, установленной с возможностью вращения на подшипнике 21 в корпусе 1. Противовес 22 установлен на пальце 8 и закреплен на быстроходном вале 4.
1
2
Поскольку расстояние от центра тяжести противовеса 22 до оси 7 больше эксцентриситета е, то удается либо частично уравновесить редуктор от действия орбитально движущихся масс, либо полностью. Палец 8 и подшипник скольжения 23 должны быть изготовлены из антифрикционных сплавов. Диск 11 закреплен на вале 5 шпонкой 24 и винтом 25. Быстроходный вал 4 имеет отверстие 26 и шпоночный паз 27 для установки в них вала электродвигателя (не показан). Выполненные как одно целое (из одного куска металла) диск 11 венец 12 с буртиком 28 представляют достаточно жесткую конструкцию ведомого колеса. Как показали исследования, для зацепляемой пары колес, у которой разность зубьев Z и Z равна 3 единицам, буртик 29 (см. фиг.2, 3, 4) должен быть подрезан изнутри на величину α, иначе отверстия 30 в нем должны быть открытыми со стороны центра.
Невращающееся ведущее зубчатое колесо 18, закрепленное на диске 16 и имеющее возможность орбитального движения, скреплено соосно с дополнительным зубчатым колесом 19, которое зацеплено с выступающими из венца 12 концами 14 удлиненных роликов 13.
Редуктор орбитальный на фиг.5 содержит корпус 31, наружное кольцо 32 подшипника, крышку 33, быстроходный вал 34 и установленный соосно валу 34 тихоходный вал 35. На пальце 36 вала 34 установлен диск 37, на котором закреплены посредством штифтов 38 ведущее колесо 39 и дополнительное ведущее колесо 40. Ведомое колесо состоит из диска 41, венца 42, двухступенчатых, роликов 43 и дополнительных роликов 44, которые могут быть выполнены двухступенчатыми. Указанные ролики вставлены без зазора ступенями меньшего диаметра в отверстия, выполненные в буртике 45 венца 42. Эти отверстия 46 и 47 расположены равномерно на одной делительной окружности с центром на оси 7.
В отверстия 46 запрессованы ступени 48 роликов 43. Между кольцом 32 и венцом 42 установлены игольчатые ролики 49.
Каждый штифт 38 вторым своим концом входит в отверстие, выполненное с эксцентриситетом в шайбе 50, установленной с возможностью вращения на подшипнике 51 в корпусе 31, причем величина эксцентриситета равна расстоянию между осями 6 и 7. На фиг.6 редуктор имеет увеличенную ширину за счет увеличения ширины кольца 52 и венца 53. Соответственно, увеличена длина игольчатого ролика 54. Венец 53 снабжен дополнительным буртиком 55, в котором выполнены отверстия для установки в них роликов 56. Они и ролики 43 расположены равномерно на делительных окружностях одного диаметра. Ролики 56 являются дополнительными, вторым своим концом каждый дополнительный ролик установлен в отверстии буртика 55, при этом конец 57 ролика 56 выступает заграницу буртика. Зубчатое колесо 58 зацеплено с роликами 43, второе зубчатое колесо 59 зацеплено с роликами 56, а третье дополнительное зубчатое колесо 60 зацеплено с выступающими концами 57 роликов 56. Ролики 56 сдвинуты вдоль делительной окружности относительно роликов 43 на угол, либо равный половине углового шага между двумя рядом стоящими зубьями колеса, либо меньший этой половины.
Между колесами 58, 59 и 60 установлены шайбы 61. Противовес 62 уравновешивает силы инерции орбитально движущихся масс. В центральное отверстие 63 вала 34 может быть установлен вал электродвигателя. Электродвигатель (не показан) закрепляют на фланце 64. Шпонку вала электродвигателя устанавливают в шпоночном пазу 65.
На фиг.7 показан редуктор орбитальный, у которого последовательно установлены корпус 66, зубчатое колесо 67 с внутренними зубьями, кольцо 68 роликоподшипника и крышка 69. В указанных деталях выполнены отверстия, соосные и расположенные по окружности, центр которой лежит на оси 7 редуктора. Крепежные детали 70 вставлены в эти отверстия и стягивают детали 66, 67, 68, 69 вдоль оси 7 редуктора. Валы 71 и 72 установлены соосно редуктору (имеют общую с ним ось). Вал 71 содержит эксцентрик с двумя коренными шейками и шейкой 73, ось которой параллельно смещена относительно оси 7 на величину е. На шейку эксцентрика 73 надеты ведущие зубчатые колеса 74 и 75, которые относительно друг друга повернуты и скреплены между собой шпонками 76. Для этого в каждом колесе выполнены соответствующие шпоночные пазы. Зубчатое колесо 74 своими зубьями вставлено без радиального и углового зазора в шлицы, выполненные в зубчатом колесе-сателлите 77. Последнее зацеплено с неподвижным колесом 67. Ведомые зубчатые колеса 78 и 79 зацеплены соответственно с ведущими зубчатыми колесами 74 и 75 и скреплены между собой штифтами 80. Между колесом 79 и кольцом 68 установлены игольчатые ролики 81. Колесо 79 своими зубьями надето без радиального и углового зазора на шлицы, выполненные на фланце 82 тихоходного вала 72.
На фиг.9 показан редуктор орбитальный, в котором последовательно установлены корпус 83, прокладка 84, наружное кольцо 85 роликоподшипника и крышка 86. В указанных деталях выполнены отверстия 87, расположенные по окружности с центром на общей оси 7 редуктора и его валов 88 и 89. В отверстия 87 вставлены крепежные детали 90, стягивающие редуктор вдоль его оси 7. На шейку эксцентрика 91 вала 88 надеты ведущие колеса 92 и 93, которые повернуты относительно друг друга и скреплены шпонками (см. фиг.8). Зубья колеса 92 вставлены без зазора (углового и радиального) в шлицы, выполненные в диске 94. Ведомые колеса 95 и 96 зацеплены соответственно с колесами 92 и 93 и закреплены посредством штифтов 97 на фланце (диске) 98 тихоходного вала 89. Диск 94 снабжен штифтами 99, каждый из которых своим вторым концом входит в отверстие, выполненное с эксцентриситетом е в шайбе 100, установленной с возможностью вращения в корпусе 83, причем величина эксцентриситета равна расстоянию между центрами ведущего и ведомого колес. Корпус 83 имеет выступ 101, в котором выполнены резьбовые отверстия 102 для крепления фланца электродвигателя.
На фиг.10 показан редуктор, у которого быстроходный вал 103 и тихоходный вал 104 охватывает сальники 105, при этом они поджаты с торцов крышками 106 и болтами 107.
На чертеже фиг.12 изображен редуктор орбитальный, содержащий установленные на оси 108 (соосно) быстроходный вал 109 и тихоходный вал 110, последовательно установленные корпус 111, прокладку 112, выполненную в виде кольца, наружное кольцо подшипника 113 и торцевую крышку 114. Прокладка 112 и корпус 111 могут быть выполнены из одного куска металла как одно целое.
Указанные детали стянуты вдоль общей оси 108 крепежными деталями 115, каждая из которых входит в соосные отверстия 116, выполненные в корпусе, в прокладке, наружном кольце подшипника и торцевой крышке и расположенные по окружности с центром на оси 108.
Редуктор содержит ролики 117, установленные своими концами в отверстиях корпуса 111 и наружном кольце подшипника 113. С роликами 117 зацеплено зубчатое колесо-сателлит 118, которое жестко закреплено на ведущем колесе 119. Указанные колеса установлены на эксцентрике 120. Между наружным кольцом подшипника 113 и ведомым колесом 121 установлены игольчатые ролики 122.
Редуктор, изображенный на фиг.13, имеет кольцевую прокладку, выполненную как одно целое (слитно) с корпусом 123. На чертеже фиг.14 та же прокладка выполнена как одно целое (слитно) с кольцом подшипника 124. Игольчатые ролики 117 вторыми концами установлены в отверстиях наружных колец 113 и 124 подшипников. Крепежные детали 115 установлены в отверстиях деталей 123, 113, 114 (фиг.13) и в отверстиях деталей 111, 124, 114 (фиг.14).
Работа редукторов
Фиг.1. Если вращать вал 4 электродвигателем, то невращающийся диск 16 вместе с зубчатыми колесами 18 и 19 совершают орбитальное движение вокруг оси 7, воздействуя на ролики 13. Зубчатые колеса 18 и 19 заставляют вращаться ведомое колесо 11 и вал 5. Передаточное отношение от быстроходного вала к тихоходному подсчитывают по формуле
; где:
1
Z - количество роликов у ведомого колеса;
2
Z - количество зубьев у ведущего колеса.
Фиг.7. При вращении вала 71 по часовой стрелке колесо-сателлит 77, обкатываясь по колесу 67, вращается против часовой стрелки.
Колеса 74 и 75, взаимодействуя с колесами 78 и 79, вращают их по часовой стрелке. Против часовой стрелки колеса 78 и 79 будут вращаться, если их диаметр делительной окружности будет больше диметра делительной окружности колеса 67. Передаточное отношение от вала 71 к валу 72 подсчитывают по формуле
; где:
1
Z - количество зубьев у ведомого колеса;
2
Z - количество зубьев у неподвижного колеса;
ΔZ - разность зубьев у ведомого и ведущего колеса (она равна разности зубьев у неподвижного колеса и колеса-сателлита).
Технический результат заключается в увеличении передаваемой мощности редуктором без увеличения его наружного диаметра, в более плавной (без вибрации), бесшумной и надежной его работе.
Для овладения методиками проектирования и расчетов разных типов орбитальных редукторов необходимо длительное время заниматься их исследованием.
Чтобы накопить опыт, позволяющий быстро и качественно спроектировать любой из 5000…7000 теоретически существующих орбитальных редукторов, потребуется 2…3 года напряженного труда.
У автора имеется 12-летний опыт исследовательской работы данных редукторов.