Двухступенчатый редуктор

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к механическим передачам с вращательным действием выходного звена. Полезная модель может быть использована для передачи механической энергии от входного к выходному звену с обеспечением существенного изменения угловой скорости и крутящего момента на выходном звене.
Известен передаточный механизм для привода по патенту РФ 2564157 (опубл.27.09.2015). Передаточный механизм содержит корпус, входной вал, связанный с электродвигателем, редукторы первой и второй ступеней с вращательным действием выходного звена.
Для обеспечения большой нагрузочной способности редукторы первой и второй ступеней выполнены в виде планетарно-цевочных передач. Каждая из передач содержит два диска с зубьями циклоидального профиля (см. фиг. 1 патента РФ 2564157), последовательно установленные на эксцентриковых входных валах, неподвижные колеса внутреннего зацепления и выходные валы. Выходной вал редуктора первой ступени соединен со входным валом редуктора второй ступени через крестовую муфту.
Недостатком передаточного механизма является большой осевой размер ввиду последовательно установленных на валу редуктора первой ступени двух циклоидальных дисков, и на валу редуктора второй ступени двух циклоидальных дисков. Кроме того, крестовая муфта, установленная между двумя редукторами, дополнительно увеличивает осевой размер передаточного механизма, снижает КПД и усложняет его конструкцию.
Из патента РФ № 2535370 (опубл. 10.12.2014), выбранного за ближайший аналог, известен двухступенчатый редуктор, содержащий входной вал, кинематически связанные входную и выходную ступени, выполненные в виде планетарно-цевочных передач, каждая из которых содержит два сателлита с зубьями циклоидального профиля и механизм параллельных кривошипов, а также выходной вал. С обеих сторон входной и выходной ступеней расположены фланцы. Фланцы выходной ступени объединены в единый выходной поворотный узел перемычками, проходящими через окна двух сателлитов выходной ступени.
Недостатком двухступенчатого редуктора является большой осевой размер ввиду последовательно установленных на валу редуктора первой ступени двух сателлитов и двух фланцев, и на валу редуктора второй ступени двух сателлитов. В результате, это сужает область применения двухступенчатого редуктора, а именно, его применение в приводах, к которым предъявляется требование компактности, т.е. размещения в сравнительно небольшом объеме.
Полезная модель решает техническую задачу разработки компактного двухступенчатого редуктора, обеспечивающего высокую нагрузочную способность.
Технический результат полезной модели заключается в обеспечении большей, по сравнению с ближайшим аналогом, компактности двухступенчатого редуктора за счет уменьшения его осевого размера, при сохранении большой нагрузочной способности.
Техническая задача решается и технический результат достигается тем, что двухступенчатый редуктор, как и ближайший аналог, содержит редуктор первой ступени и редуктор второй ступени, выполненный в виде планетарно-цевочной передачи с механизмом параллельных кривошипов, и выходной вал.
В отличие от ближайшего аналога, редуктор первой ступени выполнен в виде передачи с промежуточными телами качения, включающей эксцентриковую втулку, неподвижный зубчатый венец и промежуточные тела качения, размещенные в гнездах сепаратора, а планетарно-цевочная передача выполнена с одним сателлитом.
При этом выходной вал снабжен выемкой, и корпус редуктора снабжен ограничителем, выступающим в указанную выемку и обеспечивающим ограничение движения выходного вала в пределах указанной выемки.
Сущность полезной модели поясняют чертежи: фиг. 1 – двухступенчатый редуктор в продольном разрезе; фиг. 2 – редуктор второй ступени в поперечном разрезе.
Нижеуказанными позициями на чертежах обозначены следующие элементы:
1 - корпус; 2 - эксцентриковая втулка; 3 - зубчатый венец; 4 - промежуточные тела качения; 5 - сепаратор; 6 - подшипник; 7 - генератор; 8 - сателлит; 9 - подшипник; 10 - неподвижное колесо внутреннего зацепления, 11 - цевки; 12 - фланец; 13 - ролики; 14 - перемычки; 15 - выходной вал; 16 - подшипник; 17 - выемка; 18 – ограничитель; 19 – подшипник.
Двухступенчатый редуктор содержит корпус 1 и кинематически связанные редуктор первой ступени и редуктор второй ступени. Редуктор первой ступени выполнен в виде передачи с промежуточными телами качения (ПТК), включающей эксцентриковую втулку 2, неподвижный зубчатый венец 3 и промежуточные тела качения 4, размещенные в гнездах сепаратора 5. Эксцентриковая втулка 2 установлена на валу электродвигателя (на фиг. не показан) при помощи разъемного неподвижного соединения, например, шпоночного, шлицевого и т.д. Зубчатый венец 3 жестко соединен с неподвижным корпусом 1.
В конкретном исполнении на эксцентриковой втулке 2 может быть установлен подшипник 6 качения. В этом случае промежуточные тела качения 4 контактируют одновременно с наружным кольцом подшипника 6 и с внутренним профилем зубчатого венца 3.
Эксцентриковая втулка 2, подшипник 6, цепочка тел качения 4, гнезда сепаратора 5 и зубчатый венец 3 расположены коаксиально друг другу, т.е. с расположением одного элемента внутри другого. Сепаратор 5 (выходное звено передачи с ПТК) выполнен в виде единой детали с генератором 7 (входным звеном планетарно-цевочной передачи).
Редуктор второй ступени выполнен в виде планетарно-цевочной передачи и содержит генератор 7, сателлит 8 с циклоидальным профилем зубьев, установленный на подшипнике 9 на эксцентриковом участке генератора 7, неподвижное колесо 10 внутреннего зацепления с цевками (зубьями-роликами) 11 и механизм параллельных кривошипов, включающий ролики 13 (фиг. 2) и фланец 12, установленный на генераторе 7 на подшипнике 19. Ролики 13 выполнены с возможностью вращения и свободно вставлены в круглые отверстия сателлита 8, расположенные по окружности сателлита 8 на некотором расстоянии от его центра. Выходной вал 15 установлен на генераторе на подшипнике 16.
Фланец 12 и выходной вал 15 установлены в корпусе 1 на подшипниках (не обозначены позициями) и жестко связаны друг с другом посредством перемычек 14, свободно проходящих сквозь окна в сателлите 8. Таким образом, фланец 12 и выходной вал 15 объединены перемычками 14 в единый выходной поворотный узел, в котором на подшипниках 16 и 19 установлен генератор 7.
Выходной вал 15 в своей кольцевой части может быть изготовлен по меньшей мере с одной выемкой 17 (см. фиг. 2), и корпус 1 редуктора снабжен ограничителем 18, выступающим в указанную выемку 17 для ограничения движения выходного вала 15 в пределах указанной выемки 17, т.е. в пределах менее одного оборота. В конкретном исполнении на фиг. 2 ограничитель 18 выполнен в виде шпилек.
Работа двухступенчатого редуктора осуществляется следующим образом.
При сообщении вращательного движения валу электродвигателя приводится во вращение неподвижно соединенная с ним эксцентриковая втулка 2, являющаяся входным звеном редуктора первой ступени. Вращаясь, эксцентриковая втулка 2 кинематически взаимодействует с промежуточными телами качения 4. Промежуточные тела качения 4, находящиеся в гнездах сепаратора 5, контактируют с внутренним профилем неподвижного зубчатого венца 3. За счет разницы количества тел качения 4 и внутренних профильных впадин венца 3 происходит поворот сепаратора 5, являющегося выходным звеном редуктора первой ступени.
Генератор 7 (входное звено редуктора второй ступени) вращается вместе с сепаратором 5 за счет их выполнения в виде единой детали. Вращение эксцентрикового участка генератора 7 приводит к планетарному плоскопараллельному движению сателлита 8, который, обкатываясь по цевкам 11, передает через ролики 13 кривошипного механизма вращающий момент выходному валу 15 двухступенчатого редуктора. При этом объединение фланца 12 и выходного вала 15 посредством перемычек 14 в единый выходной поворотный узел позволяет увеличить расстояние между опорными подшипниками 16 и 19 указанного выходного узла двухступенчатого редуктора, что повышает его устойчивость и в целом приводит к повышению надежности редуктора при передаче крутящего момента, в том числе при передаче крутящего момента большой величины.
В случае использования двухступенчатого редуктора в неполнооборотном приводе, выходной вал 15 при движении упирается окончанием своей выемки 17 (фиг. 2) в ограничитель 18, что ограничивает вращение выходного звена редуктора в пределах менее одного оборота.
Благодаря выполнению редуктора первой ступени в виде передачи с промежуточными телами качения, в которой эксцентриковая втулка 2, подшипник 6, цепочка тел качения 4, сепаратор 5 и зубчатый венец 3 расположены коаксиально (по сравнению с последовательным расположением сателлитов и фланцев вдоль продольной оси в прототипе), уменьшен осевой размер редуктора первой ступени. При этом наряду с компактностью конструкции, передача с промежуточными телами качения обладает большой нагрузочной и перегрузочной способностью вследствие многопарности зацепления в передаче, высоким выходным крутящим моментом, большим передаточным отношением, плавностью работы и непрерывностью кинематического замыкания.
За счет выполнения редуктора второй ступени в виде планетарно-цевочной передачи с одним сателлитом 8, уменьшен осевой размер редуктора второй ступени. При этом планетарно-цевочная передача характеризуется высокой устойчивостью к перегрузкам, высоким КПД и обеспечивает широкий диапазон передаточных отношений.
Таким образом, предложен компактный и надежный передаточный механизм для электропривода, обеспечивающий высокую нагрузочную способность и существенное увеличение усилия на выходном звене электропривода.