ПЛАНЕТАРНАЯ ПЕРЕДАЧА С ПСЕВДОЦЕВОЧНЫМ ЗАЦЕПЛЕНИЕМ
PLANET GEAR WITH PSEUDOPIN GEARING

Изобретение относится к механическим передачам и предназначено для передачи вращательного движения и энергии от входного выходному звену с широким диапазоном передаточных отношений и может найти применение в самых различных отраслях техники и промышленности.
Из патентной документации (RU 2285163; RU 2313707; US 1870875; US 5322485; WO 2006/077825) и научно-технической литературы (Шанников В.М. Планетарные редукторы с внецентроидным зацеплением. М.-Л.: Машгиз, 1948; Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений. М.: Наука, 1968) известно значительное количество планетарных передач внутреннего Зацепления с цевками в качестве зубьев одного из колес (известных за рубежом под названием Cyclo Drive, а в русской терминологии более широко известен как планетарно-цевочный редуктор). Цевки могут располагаться как на солнечном колесе (наиболее часто встречаемый вариант), так и на сателлитах. Причем во втором случае при прочих равных условиях нагрузочная способность по контактным напряжениям выше в среднем на 30%.
Известна планетарно-цевочная передача по патенту US 1867492, содержащая неподвижное солнечное колесо, водило-эксцентричный вал, сателлит, цевки, установленные на одном из колес, и выходной вал с пальцами, образующими с сателлитом механизм параллельных кривошипов. Передача работает следующим образом.
При сообщении движения водило-эксцентричному валу связанный с ним сателлит обкатываясь по неподвижному солнечному колесу, приобретает два движения: поступательное и вращательное. Далее вращательное движение от сателлита передается выходному валу через пальцы, размещенные на нем.
Известна также планетарно-цевочная передача по патенту WO 2006085536. Эта передача является наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения, вследствие чего он принят нами за прототип. Передача содержит неподвижное солнечное колесо с цевками, установленными в полуцилиндрических углублениях; водило-эксцентричный вал с двумя эксцентриками, повернутыми друг относительно друга на 180°; два сателлита, установленных с опорными подшипниками на водило-эксцентричном валу; механизм параллельных кривошипов, представляющий единый поворотный узел совместно с сателлитами, содержащий два фланца, связанных между собой с помощью перемычек и пальцев, проходящих через сквозные отверстия на сателлитах, при этом фланцы поворотного узла установлены на солнечном колесе в опорных подшипниках, а опорные подшипники водило-экстричного вала в расточках фланцев.
В приведенном устройстве вращательное движение водило-эксцентричного вала преобразуется в поступательное и вращательное движения сателлитов. Затем вращательные движения сателлитов передаются через пальцы фланцам поворотного устройства, которые служат единым выходным звеном.
Упомянутые планетарно-цевочные передачи обладают многими достоинствами, одним из которых является увеличенный коэффициент перекрытия, связанный со свойством кругового профиля цевок. Наряду с положительными качествами рассмотренные передачи обладают и недостатками:
- сложность конструкции передачи особенно при размещении цевок на сателлитах;
- из-за наличия различного рода погрешностей, а также деформации элементов передачи под нагрузкой площадь контакта поверхностей цевок и углублений уменьшается что приводит к ухудшению условия теплоотвода и локальному перегреву цевок, особенно при консистентной смазке;
- ограниченная возможность увеличения радиусов цевок при оптимизации параметров передачи из-за уменьшения толщины перемычки между цевками. Так, например, зацепление может иметь минимальное контактное напряжение при недопустимых малых размерах перемычки.
Поставлена задача - разработать планетарную передачу внутреннего зацепления упрощенной конструкции с минимальным количеством элементов, лишенную указанных выше недостатков, с широким диапазоном передаточных отношений и обладающую большим коэффициентом перекрытия, а также повышенной нагрузочной способностью. В итоге такая планетарная передача имела бы более высокую надежность и долговечность.
Поставленная задача решена следующим образом. Планетарная передача с псевдоцевочным зацеплением содержит неподвижное солнечное колесо; водило-эксцентричный вал с двумя эксцентриками, повернутыми друг относительно друга на 180°; два сателлита, установленные с опорными подшипниками на водило-эксцентричном валу; механизм параллельных кривошипов, представляющий единый поворотный узел совместно с сателлитами, содержащий два фланца, связанные между собой с помощью перемычек и пальцев, проходящих через сквозные отверстия на сателлитах, при этом фланцы поворотного узла установлены на солнечном колесе в опорных подшипниках, а опорные подшипники водило-экстричного вала в расточках фланцев.
1
2
A1
A2
Отличительными признаками данного изобретения в сравнении с прототипом являются то, что профилями зубьев сателлитов с обеих сторон являются дуги окружностей с радиусами R, R, центры которых в общем случае не совпадают, при этом внутренние границы активных участков профилей зубьев удалены от оси сателлита на расстоянии R и R соответственно:
<mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>A</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>≤</mo><msqrt><mrow><msubsup><mi>R</mi><mrow><mi>e</mi><mn>1</mn></mrow><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>R</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><mn>2</mn><msub><mi>R</mi><mrow><mi>e</mi><mn>1</mn></mrow></msub><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub><msqrt><mrow><mrow><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>/</mo><mrow><msubsup><mi>k</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow></mrow></mrow></msqrt></mrow></msqrt></mrow>
;
<mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>A</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>≤</mo><msqrt><mrow><msubsup><mi>R</mi><mrow><mi>e</mi><mn>2</mn></mrow><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>R</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><mn>2</mn><msub><mi>R</mi><mrow><mi>e</mi><mn>2</mn></mrow></msub><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub><msqrt><mrow><mrow><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>/</mo><mrow><msubsup><mi>k</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow></mrow></mrow></msqrt></mrow></msqrt></mrow>
,
в которых
1
e1
k=RN/eZ;
2
e2
k=RN/eZ,
e1
e2
где R и R - расстояния от оси сателлита до центров дуг окружностей профилей;
N - разница между числами зубьев солнечного колеса и сателлита;
e - величина эксцентриситета водило-эксцентричного вала;
Z - количество зубьев сателлита,
а сопряженными профилями зубьев неподвижного солнечного колеса являются участки эквидистант удлиненных гипоциклоид.
В предложенном изобретении отсутствуют цевки и тем самым упрощена конструкция планетарной передачи и улучшено условие теплоотвода от поверхностей зубьев. Кроме того, круговые профили цевок заменены дугами окружностей и размещены на сателлитах, что позволяет повысить контактную прочность за счет увеличения радиуса приведенной кривизны профилей зубьев (преобладает контакт выпукло-вогнутого вида). При этом использование неполных окружностей (дуг) на зубьях расширяет область решения оптимизационных задач.
Далее изобретение иллюстрируется чертежами, фиг.1-3 и фотографией, фиг.4 на которых изображено:
- а фиг.1 - продольный разрез планетарной передачи с псевдоцевочным зацеплением (см. фиг.2, разрез по Б-Б);
- на фиг.2 - поперечный разрез планетарной передачи с псевдоцевочным зацеплением (см. фиг.1, разрез по А-А);
- на фиг.3 - изображены профили зубьев колес: дуги окружностей на сателлитах и эквидистанты удлиненных гипоциклоид на солнечном колесе;
- на фиг.4 - представлена фотография планетарной передачи с псевдоцевочным зацеплением со снятым фланцем.
Планетарная передача с псевдоцевочным зацеплением содержит неподвижное солнечное колесо 1 (фиг.1-3); водило-эксцентричный вал 2 (фиг.1, 2) с двумя эксцентриками, повернутыми друг относительно друга на 180°; два сателлита 3 (фиг.1-3), установленные с опорными подшипниками 4 (фиг.1, 2) на водило-эксцентричном валу 2; механизм параллельных кривошипов, представляющий единый поворотный узел совместно с сателлитами 3, содержащий два фланца 5 (фиг.1), связанные между собой с помощью перемычек 6 (фиг.1, 2) и пальцев 7 (фиг.1, 2), проходящих через сквозные отверстия γ (фиг.1, 2) на сателлитах 3, при этом фланцы 5 поворотного узла установлены на солнечном колесе 1 в опорных подшипниках 8 (фиг.1), а опорные подшипники 9 (фиг.1) водило-экстричного вала 2 размещены в расточках фланцев 5.
1
1
2
2
1
2
1
2
e1
e2
Активными участками профилей зубьев сателлитов 3 являются дуги окружностей AB, АВ (фиг.3) с радиусами равными R=R=5,5 и центрами O и O, расположенными относительно оси сателлита на расстоянии R=R=62 и относительно друг от друга Δ=0,55 (фиг.3). При этом сопряженными профилями зубьев солнечного колеса 1 являются участки эквидистант удлиненных гипоциклоид α и β (фиг.3).
Количество зубьев сателлита равно Z=20, а разница между числами зубьев солнечного колеса и сателлита равна N=1. Величина эксцентриситета принята равной e=2,818.
A
Далее, с учетом приведенных численных значений, найдена наибольшая допускаемая величина R:
e
k=RN/eZ=62·5,5/2,818/20=1,1;
<mrow><msub><mi>R</mi><mi>A</mi></msub><mo>≤</mo><msqrt><mrow><msubsup><mi>R</mi><mi>e</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msup><mi>R</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mn>2</mn><msub><mi>R</mi><mi>e</mi></msub><mi>R</mi><msqrt><mrow><mrow><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>/</mo><mrow><msup><mi>k</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mrow></mrow></msqrt></mrow></msqrt><mo>≤</mo><msqrt><mrow><msup><mrow><mn>62</mn></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mn>5,5</mn></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mn>2</mn><mo>⋅</mo><mn>62</mn><mo>⋅</mo><mn>5,5</mn><msqrt><mrow><mrow><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>/</mo><mrow><msup><mrow><mn>1,1</mn></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></mrow></mrow></msqrt></mrow></msqrt><mo>=</mo><mn>64,485</mn></mrow>
.
A
В данной конструкции принято R=64.
1
2
Кривая вершин зубьев ВВ (фиг.3) выбрана с учетом радиальных зазоров и коэффициента перекрытия зацепления.
Планетарная передача с псевдоцевочным зацеплением работает следующим образом.
При сообщении движения водило-эксцентричному валу 2 сателлиты 3 обкатываясь по неподвижному солнечному колесу 1, приобретают два движения: поступательное и вращательное. Далее вращательные движения сателлитов передаются дискам 5, являющимся выходными звеньями, с помощью перемычек б и пальцев 7, соприкасаясь с поверхностями сквозных отверстий у на сателлитах 3.
Предложенное изобретение позволит увеличить надежность и долговечность планетарных редукторов за счет упрощения конструкции, улучшения условия теплоотвода от поверхностей зубьев, повышения контактной прочности и увеличения числа управляющих геометрических параметров качественными характеристиками зацепления