ПЛАНЕТАРНЫЙ РЕДУКТОР С ДВУМЯ СООСНЫМИ ВЫХОДНЫМИ ВАЛАМИ ПРОТИВОПОЛОЖНОГО ВРАЩЕНИЯ
PLANETARY REDUCTION GEAR WITH TWO COAXIAL OUTPUT SHAFTS OF OPPOSITE ROTATION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к редукторам для преобразования вращательного движения в два вращательных движения противоположного направления, которые могут быть использованы в главных редукторах вертолетов или в редукторах гребных винтов соосной схемы.
Уровень техники
Известен редуктор турбовинтового авиационного двигателя для передачи вращения от одного входного вала на два соосных выходных вала с противовращением, включающий планетарную передачу, содержащую солнечное колесо, водило с множеством сателлитов и центральное колесо внутреннего зацепления. В этом редукторе входной вал связан с солнечным колесом, а два выходных вала коаксиальны и связаны: один с водилом, а другой с центральным колесом внутреннего зацепления. (Патент US 5.075,438 от 13.12.2011 г.)
Недостатками этого редуктора являются: сложность конструкции, максимальное передаточное отношение не более 10-12, невысокая нагрузочная способность зубчатой передачи.
Известен главный редуктор вертолета соосной схемы, содержащий выходную ступень, имеющую входной вал, на котором закреплены две цилиндрические шестерни малого радиуса, входящие в зацепление с двумя соосными зубчатыми колесами большого радиуса, одно из которых внешнего зацепления, а второе - внутреннего, которые связаны с двумя коаксиальными выходными валами. (Патент RU 2 359 875 от 28.04.2006 г.)
Недостатками этого редуктора являются: недостаточное передаточное отношение в одной ступени, требующее дополнительных ступеней, и невысокая нагрузочная способность зубчатой передачи.
Известен также главный редуктор вертолета соосной схемы, содержащий выходную ступень, состоящую из двух соосных ведомых цилиндрических зубчатых колес внешнего зацепления большого радиуса, соединенных с двумя выходными валами, и двух соосных ведущих цилиндрических шестерен малого радиуса, приводимых во вращение в противоположные стороны от конической части, содержащей два конических ведомых зубчатых колеса и одно (или два) ведущее зубчатое колесо, соединенное с входным валом. (Патент RU 2 263 608 от 10.11.2005 г.).
Недостатками этого редуктора являются: сложность конструкции, недостаточное передаточное отношение в одной ступени и невысокая нагрузочная способность зубчатых передач.
Известен также более близкий к настоящему изобретению планетарный редуктор с двумя соосными выходными валами противоположного вращения, содержащий входной вал, соединенный с водилом, множество сателлитов, имеющих по три зубчатых венца, первый зубчатый венец входит в зацепление с неподвижным зубчатым колесом внешнего зацепления (солнечным колесом), прикрепленным к корпусу редуктора соосно с выходными валами, а два других зубчатых венца входят в зацепление с двумя центральными зубчатыми колесами внешнего зацепления, закрепленными на двух коаксиальных выходных валах. (Патент US 8,550,950 от 8.10.2013 г.).
Недостатком этого редуктора является то, что габариты планетарного редуктора с внешним зацеплением больше, чем с внутренним, КПД меньше, а нагрузочная способность зубьев ниже.
Известна схема планетарных редукторов, в которых входной вал вращательно закреплен в корпусе редуктора и имеет эксцентриковую часть, на которой закреплен один сателлит с двумя зубчатыми венцами большого радиуса с различным количеством зубьев. Этот сателлит своими венцами входит в зацепление с двумя центральными зубчатыми колесами внутреннего зацепления и обкатывается по ним с малой разностью зубьев. Одно колесо внутреннего зацепления неподвижно закреплено в корпусе редуктора, а второе соединено с выходным валом. Ориентировочное передаточное отношение такого редуктора может быть 25-300 при КПД 0,9-0,4. По сравнению с указанным выше редуктором (US 8,550,950), этот редуктор имеет большие преимущества по КПД, габаритам и нагрузочной способности. (Книга: «Планетарные передачи. Справочник», под ред. В.Н. Кудрявцева, Ленинград, «Машиностроение», 1977 г., стр. 14, табл. 1.1, вариант 6). (Прототип).
Недостатком таких планетарных редукторов, известных из уровня техники, является то, что в них не установлены вторые выходные валы противоположного вращения.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание нового, более эффективного главного редуктора вертолета соосной схемы. Технический результат - упрощение конструкции, получение заданного необходимого передаточного отношения в одной ступени, снижение габаритов и веса, повышение нагрузочной способности.
Поставленная задача решается тем, что используемая кинематическая схема редуктора позволяет получить любое потребное передаточное отношение в одной ступени для вертолетного редуктора, например, от 15 до 50. Отличительной особенностью новой кинематической схемы является то, что сателлит содержит три зубчатых венца вместо двух, как в уровне техники, и это позволило получить редуктор со вторым соосным выходным валом противоположного вращения. В новом редукторе работают, максимально компактно, всего три пары зубчатых колес внутреннего зацепления с малой разностью зубьев, что обеспечивает более высокую нагрузочную способность по сравнению с существующими аналогами главных редукторов вертолетов соосной схемы.
Другая задача, которую может решить это изобретение, это использование такого редуктора в его модернизированном виде в дифференциалах ведущих мостов автомобилей. Модернизация заключается в том, что выходные валы выходят из корпуса редуктора в противоположные стороны и связаны с ведущими колесами автомобиля. Входной вал с эксцентриком закреплен свободно вращательно в корпусе редуктора, а корпус редуктора вращательно закреплен на раме автомобиля и приводится во вращение вокруг общей оси входного и выходных валов от двигателя автомобиля при помощи, например, цепной или конической зубчатой передачи.
Описание чертежей
На Фиг. 1 показана кинематическая схема редуктора по изобретению.
На Фиг. 2 показаны профили зубчатых колес редуктора в их взаимном расположении в сборке.
На Фиг. 3 показан продольный разрез редуктора по изобретению.
На Фиг. 4 показан вид в изометрии редуктора на Фиг. 3 без корпуса редуктора и с разрезанными некоторыми деталями.
Осуществление изобретения
На Фиг. 1 показана кинематическая схема редуктора. Передаточное отношение для первого выходного вала (1) было задано плюс 15. Для такого передаточного отношения были построены профили зубчатых колес с числом зубьев: первая пара Z1=48, Z2=56; вторая пара Z3-1=40, Z4-l=32. Расчет передаточного отношения для такой схемы редуктора производится по формуле:
i=Z1*Z3/(Z1*Z3-Z2*Z4)=+15 (после подстановки выше указанных значений).
Для получения такого же отрицательного передаточного отношения для второго выходного вала (2) был осуществлен подбор чисел зубьев для третьей пары: Z3-2=92, Z4-2=84. После расчета по указанной выше формуле получен результат: i=-15,333333.
Получить точное значение минус 15 по примененной здесь методике построения профилей зубчатых колес проблематично. Например, при увеличении числа зубьев до Z3-2=94, Z4-2=86, получим i=-14,842105. В чертежах использованы первые значения: Z3-2=92, Z4-2=84. (Профили зубьев, использованные в сопровождающих чертежах, приведены только для иллюстрации, методика их построения описана в моей более ранней патентной заявке «Двухстороннее цевочно-циклоидальное зацепление…». Но для данного изобретения профиль зубьев не имеет значения, и могут быть использованы любые допустимые профили).
На Фиг. 2 показаны профили всех трех пар зубчатых колес в их взаимном расположении в сборке. Для наглядности, входной вал (3) повернут на 60 градусов против часовой стрелки. При этом, первый выходной вал (1) повернут на плюс 4 градуса, а второй (2) на минус 3,91 градуса. Круговыми стрелками показаны направления вращения: входного вала (3) - стрелка (4); первого выходного вала (1) - стрелка (5); второго выходного вала (2) - стрелка (6). На чертеже также показан эксцентриситет эксцентрика Aw=10 мм, он же равен межосевому расстоянию каждой пары зубчатых колес.
На Фиг. 3 показан пример конструкции редуктора по изобретению в разрезе. Редуктор имеет входной вал (3) с круговой эксцентриковой частью (7), которая выполнена ступенчатой с целью использования подшипников максимально возможного диаметра и на которую на игольчатых подшипниках посажен сателлит (8) с тремя зубчатыми венцами: Z1=48; Z4-1=32 и Z4-2=84. Первое зубчатое колесо (Z2=56) внутреннего зацепления (9) закреплено в корпусе редуктора между задней крышкой корпуса (10) и передней крышкой корпуса (11). Второе зубчатое колесо (Z3-1=40) внутреннего зацепления (12) выполнено заодно с первым выходным валом (1). Третье зубчатое колесо (Z3-2=92) внутреннего зацепления (13) выполнено заодно со вторым выходным валом (2). Второй выходной вал (2) закреплен в передней крышке корпуса редуктора (11) при помощи подшипников (14). Для весовой балансировки входного вала с эксцентриковой частью и сателлитом к входному валу (3) неподвижно прикреплен балансир (15).
На Фиг. 4 показана конструкция редуктора в изометрии со снятыми крышками корпуса (10) и (11) и разрезанными деталями: первым зубчатым колесом внутреннего зацепления (9) и первым и вторым выходными валами (1) и (2). На этом виде хорошо видны зубчатые венцы сателлита: первый (16), второй (17) и третий (18).
Редуктор работает следующим образом: при вращении входного вала (3), первый зубчатый венец (16) обкатывается по неподвижному первому колесу внутреннего зацепления (9), при этом сателлит (7) приводится во вращение в сторону, противоположную вращению входного вала (3). Далее, так как число зубьев второго зубчатого венца (17) меньше, чем число зубьев первого зубчатого венца (16), то первый выходной вал (1) вращается в ту же сторону, что и входной вал (3). А так как число зубьев третьего зубчатого венца (18) больше, чем число зубьев первого зубчатого венца (16), то второй выходной вал (2) вращается в сторону, противоположную вращению входного вала (3).