БЕЗВОДИЛЬНАЯ ПЛАНЕТАРНАЯ ПЕРЕДАЧА

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к механическим передачам. Она может найти применение в приводах, для которых необходимо минимизировать габариты редуктора, расположенного вокруг тяжелонагруженного выходного вала.
Известна 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 (или одинаковое) 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 ее сравнительно невысокая нагрузочная способность при заданных радиальных габаритах. Основные усилия действуют во внешних зацеплениях, расположенных на малом радиусе, а габариты определяются диаметром малонагруженного ведущего центрального колеса. Другой недостаток состоит в том, что движение на ведущее колесо необходимо подавать «внутрь» корпуса, с помощь дополнительной передачи.
Известна безводильная планетарная передача, например: [US 5078665 F16H 1/32 1992 или ЕР 1244880 F16H 1/28 2002], содержащая три центральных зубчатых колеса и взаимодействующие с ними сателлиты. Одно из центральных колес является ведущим, другое - ведомым, а третье опорным. Ведомое и опорное колеса выполнены с внутренними зубьями и смещены относительно друг друга вдоль главной оси редуктора.
Ведущее центральное колесо и сателлиты выполнены с наружными зубьями и имеют ширину, которая равна сумме ширин опорного и ведомого центральных колес.
Один из недостатков данной передачи, связан с тем, что ведущее центральное колесо нагружено перекашивающим моментом, приложенным со стороны силовых колес, это снижает нагрузочную способность и КПД передачи. Другой недостаток состоит в том, что пространство внутри редуктора занято ведущим колесом, и поэтому там не может находиться тяжелонагруженный ведомый вал.
Известны безводильные планетарные передачи, например [US 3633441 F16H 1/28 1970 и RU 2169867 F16H 1/46 1999] подобные описанной выше, но имеющие удлиненные центральную ведущую шестерню и сателлиты. В таких конструкциях неблагоприятное действие перекоса уменьшается, хотя и не исчезает полностью. Пространство внутри редуктора остается занятым.
Известны и такие безводильные планетарные передачи, которые снимают проблему упомянутого перекашивающего момента радикально, например [RU 1313076 F16H 1/46 1995]. В этой передаче опорное центральное колесо выполнено с двумя внутренними зубчатыми венцами, разнесенными на края редуктора. Однако при этом исчезает возможность снимать вращающий момент с выходного колеса в осевом направлении, т.е. например, с помощью муфты. Такая безводильная планетарная передача может работать только в сочетании с другой передачей: цепной, ременной или зубчатой, например [SU 1460474 F16H 1/48 1987], осуществляющей съем движения в радиальном направлении или служит для поворота ведомого центрального колеса на угол значительно меньший 360 градусов[US 3640150 F16H 1/32 1970]. Пространство внутри редуктора остается занятым, поэтому, в нем не может находиться тяжелонагруженный ведомый вал.
Наиболее близка по конструкции предлагаемой, 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, подобно предыдущей, может работать только в сочетании с другой передачей, обеспечивающей съем движения в радиальном направлении, или служить для осуществления неполного поворота ведомого центрального колеса.
- Пространство «внутри» центральных колес не используется и без изменения конструкции не может быть использовано для размещения тяжелонагруженного ведомого вала.
Для устранения указанных недостатков предлагается следующая безводильная планетарная передача. Она, подобно прототипу, содержит ведущее, ведомое и опорное центральные колеса с внутренними зубьями, плавающие сателлиты, которые находятся во внутреннем зацеплении с ведомым и опорным центральными колесами, а также плавающие кольца с гладкой наружной рабочей поверхностью, взаимодействующие с сателлитами. Новизна состоит в том, что передача содержит дополнительные плавающие шестерни с наружными зубьями, находящиеся в зацеплении с ведущим центральным колесом и сателлитами, причем каждая плавающая шестерня взаимодействует с двумя соседними 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.
В предлагаемой конструкции становится возможным расположить ведомый вал в центре, «внутри» передачи и снимать с него момент непосредственно, например, с помощью муфты. При этом рациональной является конструкция, в которой зубчатые венцы ведомого колеса выполнены на дисках, связанных с ведомым валом посредством шлицевого соединения.
Дополнительные плавающие шестерни не увеличивают «кольцевой габарит» передачи, так как расположены между сателлитами.
Наибольшие передаточное число и нагрузочную способность имеет передача, в которой плавающие сателлиты выполнены сборными - состоят из вала-шестерни и двух одинаковых зубчатых венцов, насаженных на конические хвостовики вала-шестерни. Фиксация относительного углового положения венцов таких сателлитов осуществляется в процессе монтажа передачи. Это позволяет задавать требуемую разность чисел зубьев на ведомом и опорном колесах независимо от количества сателлитов.
Более проста конструктивно и технологически передача, в которой каждый сателлит выполнен с единым зубчатым венцом, а число сателлитов равно разности чисел зубьев ведомого и опорного центральных колес.
Примеры реализации предлагаемой передачи иллюстрируются чертежами, где на фиг.1 показана конструкция безводильной планетарной передачи со сборными сателлитами, на фиг.2 - ее осевой разрез, на фиг. - 3 безводильная планетарная передача с одновенцовыми сателлитами, на фиг.4 - ее осевой разрез.
Безводильная планетарная передача, показанная на фиг.1 и 2, содержит ведущее 1, ведомое 2 и опорное 3 центральные колеса с внутренними зубьями. Опорное центральное колесо 3 жестко связанно с корпусом передачи. Сателлиты 4 находятся во внутреннем зацеплении с ведомым 2 и опорным 3 центральными колесами. Дополнительные плавающие шестерни 5 с наружными зубьями находятся в зацеплении с ведущим центральным колесом 1 и сателлитами 4. Причем каждая плавающая шестерня 5 взаимодействует с двумя соседними сателлитами 4. Соединенные между собой перемычкой плавающие кольца 6 с гладкой наружной рабочей поверхностью, взаимодействуют с сателлитами 4. Они служат для того, чтобы под действием радиальных сил, сателлиты 4 не выходили из зацепления с центральными колесами 2 и 3. Ведомое центральное колесо 2 выполнено состоящим их двух венцов, разнесенных друг относительно друга в осевом направлении, а зубчатые венцы опорного 3 и ведущего 1 центральных колес расположены между ними. Зубчатые венцы ведомого колеса 2 нарезаны или закреплены на дисках 7, которые связаны с ведомым валом 8 посредством шлицевого соединения 9. Диски 7 фиксированы от осевого смещения по валу 8 стопорными кольцами 10. Сателлиты 4 состоят из вала-шестерни 11 и двух одинаковых зубчатых венцов 12, насаженных на конические хвостовики 13 вала-шестерни 11. Венцы 12 стянуты на конусах винтами 14 с гайками 15. В дисках 7 выполнены окна 16 для затяжки винтов 14. Стопорное кольцо 17 служит для ограничения осевого положения дополнительных плавающих шестерен 5.
Передача работает следующим образом. Ведущее центральное колесо 1 вращает плавающие шестерни 5, которые передают вращение сателлитам 4. Сателлиты 4 обкатываются по неподвижному опорному центральному колесу 3 и вращают ведомое центральное колесо 2.
Передаточное число передачи вычисляется по следующей формуле:
1
2
3
где: z, z и z - числа зубьев ведущего 1, ведомого 2 и опорного 3 центральных колес, соответственно;
4a
4b
4c
z, z и z - числа зубьев венцов сателлита 4, взаимодействующих: «а» - с ведущим 1 (через плавающее колесо 5), «b» - с ведомым 2 и «с» - с опорным 3 центральными зубчатыми колесами, соответственно.
1
2
3
4
4a
4b
4c
5
На фиг.1 и 2 изображен пример безводильной передачи, имеющей числа зубьев центральных колес: z=95, z=88 и z=89; венцов сателлита: z=z=z=z=20; дополнительных шестерен z=16. Ее передаточное число:
Фиксация относительного окружного положения зубчатых венцов 11 и 12 сателлитов 4 осуществляется за счет сил трения. В процессе работы, наиболее нагруженные венцы имеют возможность провернуться. Поэтому нагрузка распределена между сателлитами равномерно.
1
2
3
4
5
В безводильной передаче, показанной на фиг.3 и 4, каждый сателлит 4 выполнен с единым зубчатым венцом, а число сателлитов равно разности чисел зубьев ведомого 2 и опорного 3 центральных колес: z=66, z=60, z=64, z=20, z=16. Ее передаточное число:
В этой передаче плавающие опорные кольца 6 взаимодействуют с цапфами 18, которые расположены на краях сателлита 4. Правильное положение венцов ведомого колеса 2 в процессе сборки обеспечивается затяжкой «по месту» болтов 19.
Использование предлагаемой безводильной планетарной передачи позволит уменьшить габариты, увеличить нагрузочную способность и повысить технологичность тяжело-нагруженных приводов различных машин (подъемников, толкателей, запорной арматуры и др.), рассчитанных на кратковременную работу.