БЕЗВОДИЛЬНАЯ ПЛАНЕТАРНАЯ ПЕРЕДАЧА
PLANETARY SPIDERLESS GEAR

Изобретение относится к машиностроению, а именно к механическим передачам. Оно 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 относительно друг 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.
Наиболее близка предлагаемой по конструкции безводильная планетарная передача [WO 92/05372, F16H 1/28, 1/46 (или ЕР 91/01825)] - прототип, 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.
Для устранения указанных недостатков предлагается следующая безводильная планетарная передача. Она, подобно прототипу, содержит ведущее центральное колесо с внутренними зубьями, опорное центральное колесо с наружными зубьями, выполненное с двумя венцами, разнесенными относительно друг друга в осевом направлении, ведомое центральное колесо с наружными зубьями, расположенное между этими венцами, а также взаимодействующие с центральными колесами плавающие сателлиты, состоящие из вала-шестерни и двух одинаковых боковых шестерен, надетых на хвостовики вала-шестерни. Отличие состоит в том, что боковые шестерни сателлитов способны свободно вращаться на хвостовиках, а ведущее центральное колесо выполнено с тремя зубчатыми венцами, предназначенными для взаимодействия с соответствующими шестернями сателлитов.
В такой конструкции венцы сателлита связаны между собой не непосредственно, а через ведущее центральное колесо с внутренними зубьями. Отпадает необходимость отдельной фиксации каждой боковой шестерни на хвостовике сателлита, благодаря чему процесс сборки передачи существенно упрощается.
Передача предназначена для больших передаточных чисел, потому 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 ведущего 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 ведущего колеса на столько же зубьев меньше, чем у его венца, расположенного по центру. Соблюдение отмеченных равенств необходимо для выполнения условия сборки передачи.
Наиболее технологичным является ведущее колесо, состоящее из двух одинаковых половин, на каждой из которых выполнено по два венца с внутренними 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 опорного колеса, например, совместной запрессовкой в корпус с использованием кондуктора.
Примеры реализации предлагаемой передачи иллюстрируются чертежами, где на фиг.1 показана конструкция безводильной планетарной передачи в осевом разрезе, на фиг.2 - в разрезе, перпендикулярном главной оси.
2
3
5
6
1
1
b
a
Безводильная планетарная передача, показанная на фиг.1 и 2, содержит ведущее центральное колесо 1 с внутренними зубьями, неподвижное опорное центральное колесо 2 с наружными зубьями (число зубьев Z), выполненное с двумя венцами, разнесенными относительно друг друга в осевом направлении, ведомое центральное колесо 3 с наружными зубьями (Z), расположенное между этими венцами, соединенное с ведомым валом 4. Плавающие сателлиты состоят из вала-шестерни 5 (Z) и двух одинаковых боковых шестерен 6 (Z), надетых на хвостовики 7 вала-шестерни. Боковые шестерни 6 сателлитов способны свободно вращаться на хвостовиках 7. Ведущее центральное колесо 1 состоит из двух одинаковых половин, на каждой из которых выполнено по два венца с внутренними зубьями, один из них (Z ) предназначен для взаимодействия с боковой шестерней 6 сателлита, а другой (Z ) - с зубчатым венцом вала-шестерни 5 сателлита. На внешней цилиндрической поверхности ведущего центрального колеса 1 выполнены ручьи 8 для клиновых ремней (ремни на рисунках не показаны), приводящих это колесо в движение.
Передача работает следующим образом. Ведущее центральное колесо 1 вращает плавающие боковые шестерни 6, которые обкатываются по венцам опорного центрального колеса 2. В результате оси сателлитов (мнимое водило) совершают вращательное движение вокруг главной оси передачи. Через цилиндрические хвостовики 7 это движение передается шестерням 5 сателлитов, которые опираются на ведущее колесо 1 и передают движение на ведомое колесо 3.
2
13
Передаточное отношение i  от центрального подвижного колеса 1 к ведомому 3 вычисляется по формуле
2
b
a
a
b
13
2
1
3
1
3
1
2
1
i =[(1+Z/Z )Z\Z ]/(Z/Z -Z/Z ).
Благоприятный диапазон передаточных чисел данной передачи: 20…100.
1
1
2
3
5
6
a
b
На фиг.1 и 2 изображен пример безводильной передачи, имеющей числа зубьев центральных колес: Z =100, Z =101, Z=59, Z=60; и венцов сателлита: Z=20, Z=22. Ее передаточное отношение
2
13
i =[(1+59/101)60/100]/(60/100-59/101)=60.
Использование предлагаемой безводильной планетарной передачи позволит уменьшить габариты, увеличить нагрузочную способность и повысить технологичность тяжелонагруженных приводов различных машин (подъемников, толкателей, запорно-регулирующей арматуры и др.), рассчитанных на кратковременную работу.