Двухступенчатый циклоидальный редуктор
TWO-STAGE CYCLOIDAL REDUCER

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к зубчатым планетарным передачам вращения, а именно, к планетарным передачам с циклоидально-цевочным зацеплением, более конкретно к двухступенчатому циклоидальному редуктору с одним валом, скомпонованным в одном корпусе. Редукторы такого типа нашли широкое применение в машиностроении, где требуются большие передаточные отношения, высокие ударные нагрузки, надежность, компактность.
Уровень техники
Передачи такого типа в России известны как планетарно-цевочные редукторы. Из патента RU 2273777 известен редуктор с циклоидальным зацеплением Изобретение относится к машиностроению, а именно к редукторам с циклоидальным зацеплением, и может быть использовано для передачи больших крутящих моментов в газотурбинных энергетических установках и в узлах машин горнодобывающей отрасли. Редуктор содержит корпус, ведущий вал, на эксцентриковой шейке которого размещен двухвенцовый сателлит, неподвижно закрепленное первое солнечное колесо, ведомый вал со вторым солнечным колесом. Внутренний зубчатый профиль солнечного колеса образован направляющей, взаимосопряженной с эталонной эпициклической линией. По внутренней поверхности солнечного колеса обкатывается зубчатый венец сателлита, профиль которого образован замкнутой эпициклической линией, укороченной по отношению к эталонной эпициклической линии. Таким образом в зацеплении между рабочими поверхностями формируются зазоры, которые заполняют упругим слоем рабочей жидкости, подводимой под давлением. Рабочие поверхности этого зубчатого зацепления уплотнены с боковых сторон с образованием замкнутых объемно изменяющихся камер. Камеры вместе с зазором образуют гидростатическую опору в зацеплении. Через второй зубчатый венец сателлита вращение передается второму солнечному колесу. Технический результат - способность передавать большие крутящие моменты с минимальными потерями энергии.
При проектировании и изготовлении циклоидных редукторов, а также при использовании выше приведенной схемы не всегда получается скомпоновать в заданных пределах редуктор.
Этому препятствуют недостатки, связанные с удлинением по габариту, согласно решению, представленному в патенте RU 2273777. Применение данной схемы с противовесом увеличивает металлоемкость редуктора, также имеются определенные сложности с балансировкой редуктора. В этой схеме нельзя использовать эксцентрики различной величины, что ограничивает возможности конструирования редуктора.
Также к известному техническому решению в данной области техники можно отнести изобретение RU 2497030 под названием «Циклоидная передача с телами качения», которое относится к машиностроению и может быть использовано в редукторах совместно с сервомоторами для привода роботов, станков с ЧПУ, радаров и т.д., где требуются большие передаточные отношения, высока точность движения исполнительного механизма и повторяемость запрограммированных перемещений. Согласно изобретению, циклоидная передача содержит корпус, составное водило, в центре одной части которого закреплен выходной вал, а в центре другой части выполнено отверстие, через которое проходит входной кривошипный вал. Обе части составного водила в сборе имеют соосные отверстия, равномерно расположенные по окружности. Тела качения одновременно обкатываются по поверхностям отверстий и находятся в контакте с элементом силового замыкания, закрепленным с помощью опорного подшипника на кривошипном валу, и опорными элементами, расположенными на осях корпуса с возможностью вращения. Элемент силового замыкания размещен между частями составного водила. Изобретение позволяет расширить технологические возможности за счет большого числа передаточных отношений.
Недостатком указанного патента является то, что при построении циклоидного редуктора имеется сложность в передаче крутящего момента с первой ступени на вторую, возникают конструктивные ограничения, сложность изготовления, большое количество деталей, требующих точного изготовления.
В уровне техники известно изобретение RU 2506477 под названием «Планетарный циклоидальный редуктор с предварительной ступенью», которое относится к зубчатым планетарным передачам с центральной осью передачи, лежащей внутри основной окружности планетарного колеса. Планетарный циклоидальный редуктор содержит быстроходный вал, колесо внутреннего зацепления, венец которого образован роликами, циклоидальную ступень с циклоидальным диском, имеющим на внешней поверхности циклоидальные зубья для зацепления с роликами. Вращение диска вокруг собственной оси передается к быстроходному валу редуктора с помощью пальцев с роликами, обкатывающими отверстия в циклоидальном диске. На внутренней поверхности циклоидального диска выполнено колесо внутреннего зацепления. Предварительная планетарная ступень расположена в плоскости циклоидального диска и внутри него. Предварительная ступень содержит входную шестерню, связанную с быстроходным валом, и посаженные на свободное водило три сателлита. Один сателлит находится в одновременном зацеплении с входной шестерней и колесом внутреннего зацепления и выполнен размером, обеспечивающим эксцентричную посадку этого диска относительно оси редуктора. Другие сателлиты имеют меньшие размеры и находятся в зацеплении только с колесом внутреннего зацепления. Изобретение направлено на повышение передаточного отношения при сохранении габаритных размеров редуктора и на снижение консольных нагрузок редуктора.
Недостатком решения, защищенного патентом RU2506477 является то, что в данной схеме автоматически снижается долговечность редуктора: Среднее время работы циклоидного редуктора составляет 50000 часов, среднее время редуктора, построенного на эвольвентном зацеплении, составляет 20000 часов. Разница в эксплуатации составляет почти 30000 часов, что снижает ресурс редуктора вдвое. Также требуется высокая точность изготовления.
Приведенные схемы циклоидных редукторов широко используются как отечественными, так и зарубежными производителями.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является предложение простой конструкции двухступенчатого циклоидального редуктора, который возможно компоновать на одном валу, который имеет универсальную компоновку и увеличенный срок службы в сравнении с известными решениями того же назначения.
Техническим результатом заявленного изобретения является расширение арсенала технических средств путем создания нового, простого и универсального, в части компоновки, устройства - двухступенчатого циклоидального редуктора, с увеличенным сроком эксплуатации, в сравнении с изделиями, известными из уровня техники такого же назначения.
Достижение заявленного технического результата осуществляется благодаря конструкции двухступенчатого циклоидального редуктора, которая состоит из корпуса, закрытой неподвижной крышки и подвижной крышки, снабженными подшипниками, на которых установлен быстроходный вал. Вал содержит подшипник, на котором установлен сателлит первой ступени, с возможностью вращения по цевочному неподвижному колесу, установленному в корпусе посредством подшипника и к которому закреплена подвижная крышка. При этом сателлит быстроходной ступени выполнен с возможностью передачи вращения на силовой диск, установленный в подшипнике, который закреплен на быстроходном валу или в корпусе, через палец, установленный в подшипнике силового диска, на котором через подшипник установлен палец, выполненный с возможностью передачи вращательного момента на сателлит тихоходной ступени, а эксцентриситет быстроходного вала выполнен с возможностью воздействия на сателлит тихоходной ступени посредством подшипника и приведения во вращение цевочного колеса через палец.
Упомянутые подшипники, установленные в редукторе, являются шариковыми радиально-упорными подшипниками.
В сравнении с описанным выше уровнем техники заявленное изобретение имеет следующие преимущества:
1) Упрощение конструкции, в сравнение с аналогами, описанными выше.
Благодаря применению промежуточного силового диска, который находится в нулевом положении относительно вала, каждый сателлит относительно диска смещается на двойную величину эксцентриситета, что в сравнение со схемами, защищенными в патентах RU 2497030 и RU 2506477, позволяет применять палец большего диаметра, который увеличивается на двойную величину эксцентриситета при прочих равных габаритах. Благодаря применению промежуточного диска, силовые пальцы, передающие крутящий момент, получаются в разы короче, в сравнение со схемами, указанными RU 2497030 и RU 2506477. Следовательно, они могут нести большую нагрузку, что позволяет уменьшить их количество в конструкции. Применение стандартных подшипников в силовом диске для крепления пальцев, позволяет максимально использовать диаметр отверстий в циклоидах и уменьшить трение при передаче момента.
2) Заявляемая схема с промежуточным силовым диском дает возможность применять эксцентриситеты разной величины для первой и второй ступени в сравнении со схемами, приведенными в патентах RU 2273777, RU 2497030 и RU 2506477, что расширяет конструкторские и технические возможности. Применение эксцентриситетов разной величины на первой и второй ступенях позволяет уравновешивать инерционные массы сателлитов.
3) Заявляемая схема компоновки позволяет размещать привод быстроходного вала с любой стороны редуктора. Возможно производить подключение исполнительного механизма со стороны привода быстроходного вала, с его противоположной стороны и внешней стороны корпуса.
4) Двухступенчатая схема позволяет использовать циклоидные сателлиты с меньшим количеством зубьев, что значительно снижает требования к точности изготовления циклоид.
5) Благодаря использованию в первой и второй ступенях циклоидного зацепления повышается долговечность работы редуктора.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлен общий вид двухступенчатого циклоидального редуктора, где:
1 - быстроходный вал;
2 - корпус;
3 - неподвижная крышка;
4 - крышка подвижная (тихоходный вал);
5 - цевочное колесо тихоходной ступени;
6 - циклоидальный сателлит первой (быстроходной) ступени;
7 - циклоидальный сателлит второй (тихоходной) ступени;
8 - диск передачи крутящего момента (силовой) диск;
9 - палец передачи крутящего момента первой ступени;
10 - пальцы передачи крутящего момента второй ступени;
11 - шариковый радиально-упорный подшипник;
12 - шариковый радиально-упорный подшипник;
13 - шариковый радиально-упорный подшипник;
14 - шариковый радиально-упорный подшипник;
15 - шариковый радиально-упорный подшипник;
16 - шариковый радиально-упорный подшипник.
На Фиг. 2 представлен вариант осуществления изобретения, согласно которому силовой диск крепится через подшипник на корпусе редуктора.
Осуществление изобретения
Главным отличительным элементом конструкции является силовой диск, расположенный между первой и второй ступенью, передающий вращающий момент с помощью пальцев. За счет наличия в конструкции силового диска, нет необходимости в боковых подвижных дисках.
На Фиг. 1 представлен общий вид кинематической схемы двухступенчатого циклоидального редуктора. Редуктор состоит из корпуса 2, с закрытой неподвижной крышкой 3 и подвижной крышкой 4 (тихоходный вал). Быстроходный вал 1, установленный на подшипниках крышек 3 и 4, приводится во вращение электродвигателем с левой или правой стороны, в зависимости от компоновки. За счет вращения сателлита первой ступени 6, установленного на подшипнике 11 быстроходного вала 1 происходит его вращение по цевочному неподвижному колесу 5. В результате сателлит быстроходной ступени 6 передает вращение на силовой диск 8 через палец 9, установленный в подшипнике 12 силового диска 8, служащего для устранения трения между пальцем 9 и отверстием сателлита быстроходной ступени 6 за счет вращения пальца 9. В результате чего происходит вращение силового диска 8, установленного на подшипник 16. Подшипник 16 можно устанавливать на быстроходном валу 1 или в корпусе 2 редуктора (см. Фиг. 2), в зависимости от требований конструкции. На силовом диске 8 через подшипник 13 установлен палец 10, передающий вращательный момент на сателлит тихоходной ступени 7. Через подшипник 14 эксцентриситет быстроходного вала 1 воздействует на сателлит тихоходной ступени 7 и взаимодействуя через палец 10 приводит во вращение цевочное колесо 5 тихоходной ступени. Цевочное колесо 5 закреплено в корпусе 2 редуктора с помощью подшипника 15. К цевочному колесу 5 закреплена подвижная крышка 4, с которого снимается крутящий момент на механизмы.
Подшипники 11-16 представляют собой шариковые радиально-упорные подшипники.
Указанный силовой диск 8 в варианте осуществления изобретения можно закрепить через подшипник 16 на корпусе 2 редуктора, в зависимости от схемы компоновки и поставленных задач (см. Фиг. 2). В этом случае подшипник 16 установлен в корпусе 2 редуктора.
Заявляемая конструкция позволяет скомпоновать на одном валу двухступенчатый редуктор.
Формула расчета передаточного отношения имеет вид:
, где
1
3
z - количество зубьев сателлита первой ступени; z - количество зубьев сателлита второй ступени.