БЕЗВОДИЛЬНАЯ ПЛАНЕТАРНАЯ ПЕРЕДАЧА
PLANETARY GEAR WITHOUT CARRIER

Изобретение относится к машиностроению, а именно к механическим передачам. Оно может найти применение в силовых приводах машин и механизмов различного назначения.
В технике широко применяется планетарная передача Джемса [Решетов Д.Н. Детали машин. - М.: Машиностроение, 1975. - С.391 (рис.164)], содержащая два центральных зубчатых колеса, одно из которых имеет внутренние, а другое - наружные зубья, взаимодействующие с ними сателлиты, расположенные в один слой, и водило, относительно которого сателлиты установлены на подшипниках. Водило сложно изготовить с достаточно высокой точностью, а наличие большого количества подшипников качения существенно удорожает редуктор.
Известна планетарная передача Давида [Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. - М.: Наука, 1988. - 640 с. (рис.7.25 и рис.7.26)], содержащая два центральных зубчатых колеса с внешними или внутренними зубьями, взаимодействующие с ними двухвенцовые или одновенцовые сателлиты, расположенные в один слой, и водило. Передача Давида обеспечивает значительно большее передаточное отношение, чем передача Джемса, но имеет менее высокий КПД. Недостатки, связанные со сложностью изготовления водила и большим числом подшипников качения, сохраняются.
Известна [US 3675510, F16H 1/46, опубл. 1972] безводильная планетарная передача, содержащая два силовых центральных колеса - опорное и ведомое с внутренними зубьями и ведущее центральное колесо с наружными зубьями, а также сателлиты, расположенные в один слой и взаимодействующие со всеми тремя центральными колесами. Недостатком подобных передач является то, что сателлиты воспринимают большой перекашивающий момент от силовых центральных колес.
В качестве прототипа принята безводильная планетарная передача [RU 2423634, F16H 1/36, опубл. 2011], содержащая два силовых центральных колеса - опорное и ведомое, одно из которых имеет внутренние зубья, а другое - наружные, и ведущее центральное колесо с наружными зубьями, а также сателлиты, расположенные в два слоя в шахматном порядке. Причем сателлиты внутреннего слоя взаимодействуют с силовым центральным колесом, имеющим наружные зубья, сателлиты внешнего слоя - с силовым центральным колесом, имеющим внутренние зубья и с сателлитами внутреннего слоя, а ведущее центральное колесо взаимодействует с сателлитами внешнего слоя. Достоинством данной передачи является высокая нагрузочная способность (благодаря большому числу участвующих в контакте сателлитов и отсутствию перекоса на сателлитах), а недостатком -  сравнительно небольшое передаточное отношение: U=3…6.
Задача изобретения - расширение арсенала механических передач за счет создания конструкции планетарной передачи, не содержащей нетехнологичного элемента - водила, в которой асимметрия приложения нагрузок к сателлиту не приводит к его перекосу, имеющей большее передаточное отношение, чем у прототипа.
Предлагаемая безводильная планетарная передача содержит два силовых центральных колеса - опорное и ведомое, одно из которых имеет внутренние зубья, а другое - наружные и ведущее центральное колесо с наружными зубьями, а также силовые сателлиты, расположенные в два слоя в шахматном порядке между силовыми центральными колесами. Силовые сателлиты внутреннего слоя взаимодействуют с силовым центральным колесом, имеющим наружные зубья, а силовые сателлиты внешнего слоя взаимодействуют с силовым центральным колесом, имеющим внутренние зубья и с силовыми сателлитами внутреннего слоя. Новизна состоит в том, что передача содержит дополнительные сателлиты, взаимодействующие с ведущим центральным колесом и силовыми сателлитами внешнего или внутреннего слоя.
Исходя из требований оптимальной компоновки передачи число дополнительных сателлитов вдвое меньше числа силовых сателлитов внешнего слоя (которое равно числу силовых сателлитов внутреннего слоя).
Передача не содержит нетехнологичного элемента - водила. В ней, как и в прототипе, вследствие расположения силовых сателлитов между центральными силовыми колесами сателлиты не нагружены значительным перекашивающим моментом. Благодаря дополнительным сателлитам передача имеет большее передаточное отношение, чем передача-прототип.
Обе конструктивных модификации предлагаемой передачи можно использовать в двух режимах: 1) когда силовое центральное колесо с внутренними зубьями делается опорным, т.е. остановлено, а силовое центральное колесо с наружными зубьями является ведомым звеном передачи; 2) когда силовое центральное колесо с наружными зубьями остановлено, а центральное колесо с внутренними зубьями - ведомое. Для варианта передачи, в котором дополнительные сателлиты взаимодействуют с силовыми сателлитами внешнего слоя, в первом режиме рациональный диапазон передаточных отношений от ведущего колеса к ведомому: 5…10; во втором: -4…-9. Для варианта, в котором дополнительные сателлиты взаимодействуют с силовыми сателлитами внутреннего слоя, в первом режиме: -6…-13; во втором: 7…14.
Примеры реализации изобретения иллюстрируются чертежами.
На фиг.1 показана конструкция безводильной планетарной передачи, в которой дополнительные сателлиты взаимодействуют с силовыми сателлитами внешнего слоя; на фиг.2 - ее осевой разрез; на фиг.3-4 изображен второй вариант выполнения передачи, где дополнительные сателлиты взаимодействуют с силовыми сателлитами внутреннего слоя.
3
4
2
1
5
6
Безводильная планетарная передача, показанная на фиг.1 и 2, содержит ведущее центральное колесо 1 с наружными зубьями и два силовых центральных колеса 5 и 6, одно из которых 5 имеет наружные зубья, а другое 6 - внутренние. В зависимости от применения в приводе любое из силовых центральных колес может быть остановлено, т.е. стать опорным (а другое - ведомым). Силовые сателлиты 3, 4 расположены в два слоя в шахматном порядке. Силовые сателлиты 4 внутреннего слоя взаимодействуют с центральным силовым колесом 5, имеющим наружные зубья. Силовые сателлиты 3 внешнего слоя взаимодействуют с центральным силовым колесом 6, имеющим внутренние зубья, а также с силовыми сателлитами 4 внутреннего слоя и дополнительными сателлитам 2, причем каждый сателлит 3 внешнего слоя взаимодействует с двумя сателлитами 4 внутреннего слоя и наоборот. Ведущее центральное колесо 1 взаимодействует с дополнительными сателлитами 2. Каждый дополнительный сателлит 2 взаимодействует с двумя силовыми сателлитами 3 внешнего слоя. Количество пар сателлитов - 8. Силовые сателлиты 3 и 4 внешнего и внутреннего слоев имеют одинаковые числа зубьев Z=Z=24. Дополнительные сателлиты имеют число зубьев Z=44. Числа зубьев центральных колес: Z=24, Z=96, Z=152. При таком соотношении чисел зубьев обеспечиваются условия сборки всех зацеплений передачи и оптимальные расстояния между вершинами невзаимодействующих зубьев. Корпус редуктора, в который заключена передача, на чертежах не показан.
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mn>15</mn></mrow><mn>6</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mn>15</mn></mrow><mn>6</mn></msubsup><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><msub><mi>z</mi><mn>6</mn></msub><mo>/</mo><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><msub><mi>z</mi><mn>6</mn></msub><mo>/</mo><msub><mi>z</mi><mn>5</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>,</mo></mrow>
При работе передачи в первом режиме (при остановленном колесе 6) центральное ведущее колесо 1 вращает дополнительные сателлиты 2, которые, в свою очередь, вращают силовые сателлиты 3 внешнего слоя, обкатывающиеся по неподвижному центральному силовому колесу 6. Силовые сателлиты 4 внутреннего слоя получают движение от силовых сателлитов 3 и передают его на ведомое силовое колесо 5. В этом случае передаточное отношение
определяется по формуле:
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mn>15</mn></mrow><mn>6</mn></msubsup><mo>=</mo><mn>9,143.</mn></mrow>
что в примере (фиг.1, 2) составит
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mn>16</mn></mrow><mn>5</mn></msubsup><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><msub><mi>z</mi><mn>5</mn></msub><mo>/</mo><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><msub><mi>z</mi><mn>5</mn></msub><mo>/</mo><msub><mi>z</mi><mn>6</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mo>−</mo><mn>8,143.</mn></mrow>
При остановленном колесе 5 передаточное отношение:
Таким образом, между этими передаточными отношениями существует соотношение:
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mn>15</mn></mrow><mn>6</mn></msubsup><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><msubsup><mi>U</mi><mrow><mn>16</mn></mrow><mn>5</mn></msubsup><mo>.</mo></mrow>
1
5
6
3
4
2
В конструктивном варианте передачи, изображенном на фиг.3,4, как и предыдущей схеме, содержится ведущее центральное колесо 1 с наружными зубьями и два силовых центральных колеса 5 и 6, одно из которых 5 имеет наружные зубья, а другое 6 -внутренние, и силовые сателлиты 3, 4, расположенные в два слоя в шахматном порядке. Ведущее центральное колесо 1 взаимодействует с дополнительными сателлитами 2. В отличие от предыдущей схемы каждый дополнительный сателлит 2 здесь взаимодействует с двумя силовыми сателлитами 4 внутреннего слоя. Числа зубьев центральных колес: Z=24, Z=96, Z=152, силовых сателлитов: Z=Z=24, дополнительных сателлитов: Z=41. Передаточные отношения механизма (фиг.3, 4) в режимах 1) и 2) составляют соответственно:
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mn>15</mn></mrow><mn>6</mn></msubsup><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><msub><mi>z</mi><mn>6</mn></msub><mo>/</mo><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><msub><mi>z</mi><mn>6</mn></msub><mo>/</mo><msub><mi>z</mi><mn>5</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mo>−</mo><mn>12,421,</mn></mrow>
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mn>16</mn></mrow><mn>5</mn></msubsup><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><msub><mi>z</mi><mn>5</mn></msub><mo>/</mo><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><msub><mi>z</mi><mn>5</mn></msub><mo>/</mo><msub><mi>z</mi><mn>6</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mn>13,421.</mn></mrow>
Технический результат предлагаемого изобретения состоит в том, что передача обеспечивает подвод и снятие вращающего момента в осевом направлении, при этом отсутствует наименее технологичная и наиболее трудоемкая делать редуктора - водило. Благодаря большому числу одновременно участвующих в контакте сателлитов передача имеет высокую нагрузочную способность. Получаемое передаточное отношение выше, чем у наиболее распространенной планетарной передачи Джемса и безводильной планетарной передачи [RU 2423634], также допускающих подвод и снятие вращающего момента в осевом направлении.