ПЛАНЕТАРНЫЙ РЕДУКТОР

Полезная модель относится к устройствам, обеспечивающим нормальную эксплуатацию машин и установок, и может быть использовано для создания крутящих моментов большой величины.
С этой целью широко используются зубчатые понижающие редукторы различной конструкции и некоторые из них описаны, например, в «Справочнике машиностроения» по редакцией Н.С.Агеркана, т.2, М., Машгиз, 1958, с,728-737. Наиболее часто используются цилиндрические, конические и червячные редуктора, реже - планетарные (с планетарной зубчатой передачей).
Известен планетарный привод, содержащий корпус, выходной вал, закрепленное на нем водило с сателлитами, расположенными в два ряда, и два одноименных центральных колеса, одно из которых заторможено (см,. а.с. СССР №970013, кл. F16H 3/72, опубл. в БИ №40, 1982 г.). Однако эта передача непригодна для создания крутящих моментов значительной величины.
Наиболее близким аналогом к заявленному устройству является планетарный редуктор - реверс, приведенный в книге А.Ф.Крайнева «Словарь - справочник по механизмам», М., «Машиностроение», 1987, с.293-294(а).
Этот редуктор содержащий корпус, быстроходный и тихоходный валы, планетарные зубчатые колеса и шестерни - сателлиты с водилами и характеризуются тем, что он содержит два планетарных колеса, одно из которых и водило другого колеса соединены с тормозами, а при включении одного из тормозов в передаче движения участвуют то планетарное колесо, у которого затормаживается одно из звеньев. Известный редуктор также непригоден для передачи больших крутящих моментов, что снижает его эксплуатационные характеристики, а его габариты и вес неизвестны.
Технической задачей, решаемой настоящей полезной моделью, является повышение эксплуатационных характеристик редуктора при уменьшении его габаритов и веса.
С этой целью предлагаемый планетарный редуктор, содержащий корпус, быстроходный и тихоходный вал, планетарные зубчатые колеса и шестерни - сателлиты с водилами, выполнен многоступенчатым, содержащим четыре планетарных колеса, в каждом из которых расположено по три сателлита с осями, установленными в двухрядных роликовых подшипниках, а оси валов и водил установлены в шарикоподшипниках, при этом диаметр колес и расстояние между ними возрастают в направлении тихоходного вала и передаточного числа первой ступени - не менее 6, а остальных ступеней - в пределах 3,5…4,0; соотношение диаметров тихоходного и быстроходного валов может быть равно 4,0…4,3, а диаметр цилиндрического корпуса - больше диаметра четвертого планетарного колеса в 1,2…1,3 раза.
Приведенные параметры редуктора получены опытным путем и являются эмпирическими.
Сущность заявленного технического решения заключается в разработке оптимальной конструкции планетарного редуктора, сочетающей возможности создания значительных по величине крутящих моментов и относительно небольшие габариты и вес устройства.
Предлагаемый планетарный редуктор показан на фиг.1 (продольный разрез) и фиг.2 (поперечный разрез первой его ступени).
В цилиндрическом корпусе 1 редуктора жестко закреплены планетарные зубчатые колеса 2, 3, 4 и 5, последовательно расположенные вдоль продольной оси хх корпуса, диаметр Dр. которого составляет 1,2…1,3 диаметра Dк4 четвертого колеса, соседствующего с тихоходным валом 6 редуктора (см, фиг.1). С внутренними поверхностями планетарных колес контактируют шестерни - сателлиты 7 (см, фиг,1 и 2), установленные на осях 8 в двухрядных роликовых подшипниках 9. Кроме того сателлиты контактируют: с шестернью 10 быстроходного вала 11, а также с шестернями 12 второй, третьей и четвертой ступени редуктора. Оси шестерен 12 также установлены в двухрядных роликовых подшипниках 13. Быстроходный вал 11, водила 14 ступени I…III и водило 15, жестко связаны с тихоходным валом 6, установлены на однорядных шарикоподшипниках 16.
Возрастание диаметров планетарных колес (Dk4>Dk3>Dk2>Dk1) и расстояний между ними (l3>l2>l1) в направлении тихоходного вала обусловлено возрастанием нагрузок на колеса и необходимостью увеличение их габаритов. Максимальная величина передаточного числа i1 в 1 ступени (i1≥6) с последующим уменьшением передаточных чисел (i2…i4) во II…IV ступенях редуктора (i2…i4=3,5…4,0) выбраны с целью более равномерного распределения нагрузок по ступеням и уменьшения габаритов редуктора.
Редуктор работает следующим образом.
Быстроходный вал 11 редуктора, приводимый от электродвигателя, через свою шестерню 10 вращает сателлиты 7, которые совершают круговые движения внутри планетарного зубчатого колеса 2 первый ступени.
Водила 14, связанное с осями 8 сателлитов, вращаются вокруг оси xx редуктора и своими шестернями 12 вращают сателлиты соответствующих ступеней редуктора, а водило 15 последней (VI) ступени приводит в движение тихоходный вал 6.
Опытную проверку заявляемого устройства осуществляли в OOO «МЕТМАШСТРОЙ» г.Магнитогорска. С этой целью варьировали количества сателлитов в планетарных колесах (их число, как и количество ступеней, было неизменным - 4) от 2 до 4, установку отдельных элементов (в шариковых или роликовых подшипниках качения), величины (соотношения) диаметров колес и расстояний между ними, величины передаточных чисел i1…i4, величину отношения диаметров dт:dб валов, а также величину отношения Dp.:Dк4. Результаты опытов оценивали по работоспособности редуктора, величине устойчиво создаваемого им крутящего момента (Мкр) и по габаритам и весу устройства.
Наилучшее результаты (максимальной работоспособности редуктора и величины передаваемого крутящего момента при минимальных габарите и весе устройства) получены с использованием предлагаемого редуктора. Отклонение от рекомендуемых его параметров ухудшали достигнутые показатели.
Так, при наличие только 2х шестерен - сателлитов в планетарных колесах возрастал их износ, что снижало длительность работы редуктора и вызывало необходимость уменьшения величины создаваемого Мкр. Использование в колесах по 4 сателлита не приводило к дальнейшему росту эксплуатационных характеристик редуктора, но удорожало его изготовление и увеличивало вес. Применение установки отдельных элементов только на шарикоподшипниках приводило к возрастанию недопустимых вибраций редуктора и к необходимости снижения числа оборотов его валов. Применение же только двухрядных роликовых подшипников приводило к излишней жесткости всей системы и ускорению износа посадочных мест отдельных элементов.
Выполнение всех планетарных колес с одинаковым диаметром делало невозможным получения требуемого суммарного передаточного числа (iΣ=i1*i2*i3*i4)редуктора и вызывало необходимость недопустимого изменения габаритов сателлитов и водил. Принятие равных расстояний (l1=l2=l3)между планетарными колесами вынуждало необоснованно увеличивать расстояние между I…III ступенями, что повышало габариты и вес редуктора. Наиболее оптимальными величинами передаточных чисел признаны i1≥6 и i2…i4=3,5…4,0 так как изменение их вызывало и изменение диаметров планетарных колес и сателлитов, что ухудшало работоспособность редуктора, либо приводило к увеличению его габаритов и веса.
При dт:dб<4,0 и dт:dб>4,3 (dб=const) либо снижалась величина передаваемого Mкр, либо возрастала нагрузка на двигатель привода, что приводило к недопустимому снижению оборотов валов. Уменьшение Dp.:Dк4 (т.е. менее 1,2) затрудняло монтаж редуктора и ухудшало его смазку, а при Dp.:Dк4>1,3 неоправданно возрастали габариты и вес устройства.
Редуктор, взятый в качестве ближайшего аналога, в опытах не проверялся по причинам, изложенным выше (см). Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения для достижения поставленной цели и его преимущество перед известным объектом.
Техника - экономические исследования, выполнены в OOO «МЕТМАШСТРОЙ», показали, что использование настоящей полезной модели, например, в агломерационном производстве, снизит производственные затраты за счет повышения работоспособности планетарных редукторов и снижения стоимости их изготовления не менее, чем на 20%.
Пример конкретного выполнения
Планетарный редуктор имеет конструкцию, показанную на фиг 1 и 2.
Габариты редуктора; Lp.=1,35 м, Dp.=1,19 м;
Вес - 5920 кг.
Параметры: i1=6,0, i2=3,75, i3=4,0, i4=3,5, iΣ=315; dб=75 мм; dт=dб*4,15=310 мм; Dк1=630 мм; Dк2=660 мм; Dк3=864 мм; Dк4=960 мм; т.е. Dр.:Dк4=1190:960=1,24; l1=181 мм; l2=109 мм; l3=250 мм.
Диаметры шестерен - сателлитов (по ступеням) dc: 1-252 мм, II-210 мм, III и IV-228 мм.
Диаметры шестерен вращающих сателлиты dW: I-126 мм, II-240 мм, III-288 мм, IV-384 мм.
3
Передаваемая мощность (на тихоходном валу) максимальная - 90 квт; при 4,7 об/мин Mкр=260*10 кНм.
Редуктор используется для привода пластинчатого транспортера установки охлаждения агломерата.