ПЛАНЕТАРНАЯ ПЕРЕДАЧА
PLANETARY GEAR

Изобретение относится к деталям машин, а именно к передачам с зубчатыми колесами, совершающими планетарное движение и имеющим средства, компенсирующие неточность изготовления деталей и деформации корпусов планетарной передачи в эксплуатации для повышения равномерности нагрузок на сателлиты. Изобретение может применяться, в частности, в конструкции редукторов вертолетов.
Применяющиеся в известных конструкциях средства для обеспечения равномерности нагружения подшипников сателлитов направлены на обеспечение повышенной точности изготовления шестерен, точности расточек гнезд под подшипники, увеличения жесткости и массы корпусов механизма, попытки введения несимметричности конструкции, учитывающей эксплуатационные деформации от внешних нагрузок и неравномерности температур, сложных расчетов и измерений реальных погрешностей изготовления шестерен, расточки гнезд под подшипники, разницы во внутренних зазорах в подшипниках, разницы посадок подшипников в гнезда корпусов механизмов.
Известны планетарные передачи (патенты RU №2017032, 1994 г, RU №2018744, 1994 г.), содержащие центральные зубчатые колеса и водило с размещенными на нем сателлитами. В устройстве по патенту №2017032 для обеспечения равномерности нагрузки на сателлиты за счет выравнивания начальных зазоров подвижное центральное колесо с внешними зубьями выполнено составным, из основного и двух дополнительных колес, с возможностью их регулировки для взаимодействия каждого колеса с соответствующим сателлитом. В устройстве планетарной передачи по патенту №2018744 с той же целью в опорах сателлита в водиле размещены эксцентриковые втулки, зафиксированные от проворота.
Известным недостатком планетарных передач является сложность равномерно распределить нагрузку по сателлитам при числе сателлитов больше трех. При числе сателлитов равным трем применяют упомянутые выше технические решения с плавающими центральными зубчатыми колесами, которые самоустанавливаются относительно трех сателлитов. Если число сателлитов будет больше трех, то плавающие центральные колеса будут стремиться самоустановиться относительно каких-либо трех сателлитов, что приводит к уменьшению нагрузки на недогруженных сателлитах и увеличению нагрузки на нагруженных трех сателлитах с соответствующим уменьшением расчетного ресурса нагруженных сателлитов и их подшипниковых опор.
Наиболее близким аналогом заявляемого устройства является техническое решение планетарной зубчатой передачи в соответствии с описанием к патенту (US №3635103, 1972 г), в котором для выравнивания нагрузок по сателлитам используют эксцентриковую втулку, установленную на шип водила, что позволяет решить вопрос о равномерности распределения нагрузок между сателлитами при любом числе сателлитов. Сателлит вместе с расположенной концентрично относительно него подшипниковой опорой установлен эксцентрично относительно оси шипа водила и имеет возможность качательного движения между внутренним и наружным центральными колесами, компенсируя в динамике погрешности изготовления шестерен, сателлитов и подшипниковых опор в корпусах.
Недостатком известного технического решения является то, что эксцентриковая втулка совершает относительно поверхности контакта с шипом, на который она установлена, только качающиеся движения, что приводит к неравномерности износа шипа по его окружности. Поверхность шипа, по которой происходит качание, будет изнашиваться, в то время как незадействованная поверхность шипа не будет изнашиваться. Неравномерная нагрузка и неравномерный износ шипа снизят ресурс передачи за счет снижения ресурса шипа.
Задачей изобретения является повышение ресурса планетарной передачи за счет исключения неравномерной нагрузки и неравномерного износа рабочих поверхностей элементов передачи.
Поставленная задача решена благодаря тому, что в планетарной передаче, содержащей центральные колеса, водило, сателлиты, установленные на шипах водила с помощью подшипников, причем сателлиты и шипы установлены с заданным эксцентриситетом, - в соответствии с заявляемым техническим решением, подшипники установлены концентрично с шипами водила, наружный диаметр подшипника меньше внутреннего диаметра сателлита на величину удвоенного эксцентриситета, а оси шипов смещены относительно сателлитов на величину эксцентриситета.
Предлагаемое изобретение лишено указанных недостатков устройства аналога (US №3635103), а именно неравномерности нагрузки и неравномерного износа шипа, за счет того, что в нем отсутствует неработающая зона. Сателлит, установленный с эксцентриситетом относительно подшипниковой опоры, совершает не только качательные движения относительно поверхности контакта с подшипниковой опорой, но и движение обката относительно всей поверхности подшипниковой опоры.
Качательное движение сателлита позволяет также как и в известном техническом решении компенсировать погрешности изготовления шестерен планетарной передачи, корпусов планетарной передачи, погрешностей расположения шипов (гнезд) подшипниковых опор, деформации корпусов планетарной передачи при неравномерном ее нагреве в условиях эксплуатации и при неравномерном нагружении корпусов внешними силами также в условиях эксплуатации.
Вращательное движение сателлита относительно подшипниковой опоры позволяет равномерно изнашивать поверхность, по которой обкатывается сателлит, увеличивая равномерность износа и, соответственно, ресурс планетарной передачи в целом.
На фиг.1 схематично показана планетарная передача, разрез; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1.
Планетарная передача состоит из внутреннего и наружного центральных колес 1 и 2, соответственно, сателлитов 3, водила 4 с шипами 5 по числу сателлитов 3, на которые последние установлены с помощью подшипников 6 с телами качения 7.
Подшипники 6 установлены концентрично с шипами 5 водила 4. При этом наружный диаметр подшипников 6 (наружного кольца подшипника) меньше внутреннего диаметра шестерни сателлита 3 на удвоенную величину заданного эксцентриситета «е». За счет этого зазора при взаимодействии шестерен передачи (при любом направлении вращения шестерен) шипы 5 вместе с подшипниками 6 оказываются установленными эксцентрично относительно сателлитов 3, то есть оси шипов 5 смещены относительно осей сателлитов 3 на величину заданного эксцентриситета «е».
Наличие разницы диаметра наружного кольца подшипника 6 и внутреннего диаметра сателлита 3 на величину эксцентриситета «е» позволяет при взаимодействии элементов планетарной передачи совершать сателлиту 3 как качательные движения относительно поверхности контакта с наружным кольцом подшипника 6, так и движение обката относительно всей поверхности подшипника 6. Благодаря вращательному движению сателлита 3 относительно подшипника 6 обеспечивается равномерность износа поверхности, по которой обкатывается сателлит, увеличивая равномерность износа и, таким образом, увеличивая ресурс планетарной передачи.
Мощность передается сначала на внутреннее центральное колесо 1 с направлением вращения против часовой стрелки, далее на сателлиты 3, заставляя их вращаться по часовой стрелке. От сателлитов 3 мощность передается на наружное центральное колесо 2, которое будет вращаться против часовой стрелки. При передаче мощности от внутреннего центрального колеса 1 к сателлитам 3 возникает окружная сила «В», действующая на сателлит 3. При передаче мощности от сателлита 3 к внешнему центральному колесу 2 возникает сила реакции «С», действующая в ту же сторону, что и сила «В». Силы «С» и «В» направлены в одну сторону (это известное свойство сателлитов как паразитных шестерен) и прижимают сателлит 3 к подшипниковой опоре (подшипнику) 6 в точке «D». Кроме окружных сил в местах контакта сателлита 3 с внутренним и наружным колесами 1 и 2, на сателлит 3 действуют также и радиальные силы, направленные к оси сателлита. Изменяющееся в процессе работы и в процессе деформации передачи соотношение между окружными силами «В», силами реакции «С» и радиальными силами, действующими на сателлит 3 планетарной передачи, изменяет положение оси сателлита 3 относительно точки контакта «D» с подшипниковой опорой (подшипником 6), за счет чего и достигается равномерность распределения нагрузок между сателлитами 3. В зависимости от назначения планетарной передачи внешнее и внутреннее центральные шестерни могут быть выполнены как фиксированными, так и плавающими.