БЕЗВОДИЛЬНАЯ ПЛАНЕТАРНАЯ ПЕРЕДАЧА
TOWBARLESS PLANETARY GEAR

Изобретение относится к машиностроению, а именно к механическим передачам. Оно может найти применение в приводах, для которых необходимо минимизировать габариты редуктора, расположенного вокруг нагруженного выходного вала.
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 - наличие внутренних зубьев, это удорожает изготовление передачи. Другой недостаток связан с тем, что ведущее центральное колесо нагружено перекашивающим моментом, приложенным со стороны силовых колес, это снижает нагрузочную способность и КПД передачи.
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, но не исчезает полностью.
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 осуществления неполного поворота ведомого центрального колеса [US 3640150, F16H 1/32, 1970]. Сказанное существенно усложняет конструкцию безводильного редуктора и сужает область его возможного использования.
Наиболее близка по конструкции к предлагаемой безводильная планетарная передача [GB 1418284, F16H 1/36, 1975, Фиг.1 и 3], содержащая три центральных колеса с наружными зубьями, зацепляющиеся с ними сателлиты, а также плавающие кольца с гладкой внутренней рабочей поверхностью, взаимодействующие с сателлитами. Опорное центральное колесо выполнено с двумя венцами, максимально разнесенными друг относительно друга в осевом направлении. Ведомое и ведущее центральные колеса расположены между ними. Венцы сателлитов, предназначенные для взаимодействия с каждым из центральных колес, имеют различные числа зубьев.
Недостатки данной конструкции связанны с тем, что для обеспечения ее работоспособности венец сателлита, взаимодействующий с ведущим центральным колесом, должен иметь существенно больший диаметр, чем венцы, взаимодействующие с ведомым и опорным центральными колесами. В противном случае вращение сателлита будет проходить при очень неблагоприятных условиях передачи сил. Увеличение же диаметра этого венца приводит к увеличению «кольцевого габарита», что делает конструкцию громоздкой и непригодной для использования в условиях, когда пространство внутри редуктора должно быть свободным.
Для устранения указанных недостатков предлагается следующая безводильная планетарная передача. Она подобно прототипу содержит ведущее, ведомое и опорное центральные колеса с наружными зубьями, сателлиты, которые находятся во внешнем зацеплении с ведомым и опорным центральными колесами, а также плавающие кольца с гладкой внутренней рабочей поверхностью, взаимодействующие с сателлитами. Опорное центральное колесо (как и в прототипе) выполнено с двумя венцами, разнесенными друг относительно друга в осевом направлении, а зубчатые венцы ведомого и ведущего центральных колес расположены между ними. Отличие состоит в том, что передача дополнительно содержит плавающие зубчатые колеса с наружными зубьями, находящиеся в зацеплении с ведущим центральным колесом и сателлитами. Причем каждое плавающее колесо взаимодействует с двумя соседними сателлитами.
В предлагаемой передаче плавающие колеса не увеличивают ее «кольцевой габарит», так как расположены между сателлитами. При этом сила приложена к сателлиту со стороны плавающего колеса в точке, достаточно удаленной от точек взаимодействия сателлита с ведомым и опорным центральными колесами, благодаря чему условия передачи сил является благоприятным.
Наиболее проста по конструкции и в изготовлении безводильная передача, в которой все венцы одного сателлита имеют одинаковое число зубьев. При этом общее число сателлитов является четным. Половина сателлитов, например нечетные сателлиты, выполнены с нечетным числом зубьев, а другая половина - четные - с четным, на единицу большим числом зубьев. Венцы ведомого и опорного центральных колес имеют число зубьев, отличающиеся на число единиц, которое равно числу пар сателлитов. Этот вариант безводильной передачи характеризуется большими передаточными числами, но невысоким КПД.
Для увеличения КПД центральный венец сателлита, предназначенный для взаимодействия с ведущим и ведомым центральными зубчатыми колесами, имеет иное число зубьев, чем крайние венцы сателлита, предназначенные для взаимодействия с опорным центральным зубчатым колесом.
Для увеличения нагрузочной способности безводильной передачи плавающие колеса расположены в два ряда и имеют центральные отверстия. Внутри них помещены сателлиты, с которыми данные плавающие колеса не взаимодействуют. При этом число сателлитов является четным.
Примеры реализации изобретения иллюстрируются чертежами, где на фиг.1 показана конструкция безводильной планетарной передачи, на фиг.2 - ее осевой разрез А-А, на фиг.3, 4 - вариант выполнения передачи с кольцевыми плавающими колесами. На фиг.5 показана схема сил, действующих в передаче.
Безводильная планетарная передача, показанная на фиг.1 и 2, содержит ведущее 1, ведомое 2 и опорное 3 центральные колеса с наружными зубьями. Опорное центральное колесо 3 жестко связанно с корпусом передачи. Сателлиты 4 находятся во внешнем зацеплении с ведомым 2 и опорным 3 центральными колесами. Плавающие зубчатые колеса 5 с наружными зубьями находятся в зацеплении с ведущим центральным колесом 1 и сателлитами 4. Причем каждое плавающее колесо 5 взаимодействует с двумя соседними сателлитами 4. Плавающие кольца 6 с гладкой внутренней 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, 3. Опорное центральное колесо 3 выполнено с двумя венцами, разнесенными друг относительно друга в осевом направлении, а зубчатые венцы ведомого 2 и ведущего 1 центральных колес расположены между ними.
Передача работает следующим образом. Ведущее центральное колесо 1 вращает плавающие колеса 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: «a» - с ведущим 1 (через плавающее колесо 5), «b» - с ведомым 2 и «c» - с опорным 3 центральными зубчатыми колесами соответственно.
1
2
3
4a
4b
4c
На фиг.1 и 2 изображен пример безводильной передачи, имеющей числа зубьев центральных колес: z=39, z=42 и z=43; венцов сателлита: z=18, z=18 и z=17,
ее передаточное число
15
54
15
54
64
34
24
34
24
24
24
34
34
4
24
64
34
24
54
τ
r
τ
r
r
r
τ
τ
Схема сил, действующих в передаче, показана на фиг.5. Со стороны ведущего центрального колеса 1 к плавающему зубчатому колесу 5 приложена сила R. Из условия равновесия плавающего зубчатого колеса 5 следует, что сила реакции R между плавающим зубчатым колесом 5 и сателлитом 4 равна силе R по величине и совпадает с ней по линии действия. Сателлит 4 находится в равновесии под действием уже упомянутой силы R, радиальной силы R, приложенной со стороны плавающего кольца 6, и сил реакции R и R, возникающих в зацеплениях сателлита 4 с центральными зубчатыми колесами 2 и 3. Реакции R и R можно разложить на тангенциальную и радиальную составляющие, R , R , R , R . Обе радиальные составляющие R  и R  уравновешивает сила R, а тангенциальные составляющие R  и R  образуют пару сил, момент которой уравновешивает момент, создаваемый силой R на плече h. Из схемы фиг.5 видно, что плечо h достаточно большое, благодаря чему условие передачи сил является благоприятным.
2
3
В частном случае предлагаемой передачи все венцы каждого сателлита имеют одинаковое число зубьев. При этом необходимое передаточное отношение обеспечивается только разницей в числах зубьев z и z центральных зубчатых колес 2 и 3, которые имеют различные коэффициенты смещения. Однако возможность варьирования коэффициентов смещения ограничена. Передача может содержать лишь столько одинаковых сателлитов, какова разница чисел зубьев центральных колес 1 и 2. Для увеличения числа сателлитов вдвое общее число сателлитов 4 является четным, причем половина сателлитов выполнены с нечетным числом зубьев, а другая половина - с четным, на единицу большим числом зубьев.
Когда все венцы одного сателлита имеют одинаковое число зубьев, независимо от числа зубьев на четных и нечетных сателлитах, передаточное отношение безводильной передачи
Передача, изображенная на фиг.3, 4, содержит плавающие зубчатые колеса 7, которые выполнены в виде колец. Внутри этих колец помещены сателлиты 4, с которыми данные плавающие колеса 7 не взаимодействуют. При этом плавающие колеса 7 расположены в два ряда в шахматном порядке. Такая компоновка позволяет увеличить число сателлитов 4 (а также плавающих колес 7) и тем самым повысить общую нагрузочную способность передачи.
Использование предлагаемой безводильной передачи в приводах различных машин: подъемников, толкателей, запорной арматуры и др. позволит уменьшить габариты, увеличить нагрузочную способность и повысить технологичность этих приводов.