БЕЗВОДИЛЬНАЯ ПЛАНЕТАРНАЯ ПЕРЕДАЧА
PLANETARY GEAR WITHOUT CARRIER

Изобретение относится к машиностроению, а именно к механическим передачам. Она может найти применение в редукторах приводов, имеющих большие передаточные числа, но не работающих постоянно при больших нагрузках.
Известны безводильные планетарные передачи, например: [US 5078665, F16H 1/32, 1992 или EP 1244880, F16H 1/28, 2002], содержащие 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. Недостаток данной передачи 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, хотя и 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 служить для поворота ведомого центрального колеса на угол, значительно меньший 360 градусов [US 3640150, F16H 1/32, 1970].
Известна конструкция бессепараторного подшипника качения [US 3937536, F16C 23/08, 1976]. Этот подшипник содержит наружное кольцо с внутренней поверхностью качения, пару колец с внутренней поверхностью качения, расположенных по сторонам от наружного кольца, жестко связанных с валом. Внутри колец расположены четыре ролика. Два из них (нечетные) взаимодействуют с наружным кольцом, а другие два (четные) - с кольцами, неподвижными относительно вала, и с нечетными роликами. Данная конструкция не посредственно не может быть использована в качестве механической передачи.
Наиболее близка по конструкции предлагаемой, безводильная планетарная передача [SU 1744336, F16H 1/48, 1990] - прототип, содержащая три центральных колеса с внутренними зубьями, зацепляющиеся с ними сателлиты, а также плавающие кольца с гладкой наружной рабочей поверхностью, взаимодействующие с сателлитами. Опорное центральное колесо выполнено с двумя венцами, разнесенными относительно друг друга в осевом направлении. Ведомое центральное колесо расположено между ними и поэтому предназначено только для съема движения в радиальном направлении. Ведущее центральное колесо взаимодействует с венцом сателлита, расположенным вблизи одного из его торцов. Венцы сателлитов, предназначенные для взаимодействия с каждым из центральных колес, имеют различные числа зубьев. Нужно заметить, что для обеспечения работоспособности такой конструкции, венец сателлита, взаимодействующий с ведущим центральным колесом, должен иметь существенно иной (в данном случае меньший) начальный диаметр, чем венцы, взаимодействующие с ведомым и опорным центральными колесами. В противном случае вращение сателлита будет проходить при очень неблагоприятных условиях передачи сил.
Недостатком данной конструкции является отсутствие возможности снимать вращающий момент с выходного колеса в осевом направлении, т.е., например, с помощью муфты. Такая передача может работать только в сочетании с другой передачей, обеспечивающей съем движения в радиальном направлении, или служить для осуществления неполного поворота ведомого центрального колеса.
В основу изобретения поставлена задача расширения арсенала средств редуцирования скорости вращения, а именно создания новой компактной и технологичной безводильной планетарной передачи.
Достигаемый технический результат - упрощение конструкции, повышение технологичности и расширение компоновочных возможностей устройства.
Предлагаемая безводильная планетарная передача подобно прототипу содержит ведущее центральное колесо с внутренней рабочей поверхностью, ведомое и опорное центральные колеса с внутренними зубьями, а также два основных сателлита, которые находятся во внутреннем зацеплении с ведомым и опорным центральными колесами. Новизна состоит в том, что передача содержит два дополнительных сателлита, не имеющих зубьев, находящихся во фрикционном взаимодействии с ведущим центральным колесом и основными сателлитами, причем каждый дополнительный сателлит взаимодействует с двумя соседними основными сателлитами, ведомое центральное колесо выполнено с двумя венцами, разнесенными относительно друг друга в осевом направлении, а опорное и ведущее центральные колеса расположены между ними.
Возникающей в зацеплениях сателлитов с силовыми колесами радиальной реакции достаточно для обеспечения необходимого прижатия во фрикционных контактах механизма. Использование же фрикционных катков вместо зубчатых зацеплений позволяет уменьшить трудоемкость изготовления ряда деталей и несколько снизить потери на трение. Дополнительные (фрикционные) сателлиты не увеличивают радиальные габариты передачи, так как расположены между основными (зубчатыми) сателлитами.
В предлагаемой конструкции становится возможным расположить ведомый вал в центре, «внутри» передачи и снимать с него момент непосредственно, например, с помощью муфты. При этом рациональной является конструкция, в которой зубчатые венцы ведомого колеса выполнены на дисках, связанных с ведомым валом посредством шлицевого соединения.
Для обеспечения симметрии деталей и сил, приложенных к звеньям механизма, передача снабжена плавающим кольцом, опирающимся на дополнительные сателлиты, которое имеет те же размеры, что и ведущее центральное колесо, но расположено по другую сторону от опорного центрального колеса.
Пример реализации предлагаемой передачи иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана конструкция безводильной планетарной передачи, на фиг.2 - ее осевой разрез.
Передача содержит ведущее центральное колесо 1 с «гладкой» внутренней рабочей поверхностью, ведомое 2 и опорное 3 центральные колеса с внутренними зубьями, а также два основных сателлита 4, которые находятся во внутреннем зацеплении с ведомым 2 и опорным 3 центральными колесами. Два дополнительных сателлита 5, не имеют зубьев, находятся во фрикционном взаимодействии с ведущим центральным колесом 1 и основными сателлитами 4. Причем каждый дополнительный сателлит 5 взаимодействует с двумя соседними основными сателлитами 4, ведомое центральное колесо 2 выполнено с двумя венцами, разнесенными относительно друг друга в осевом направлении, а опорное 3 и ведущее 1 центральные колеса расположены между ними. Зубчатые венцы ведомого колеса 2 закреплены с возможностью регулирования углового положения на дисках 6 болтами 10. Диски 6 связаны с ведомым валом 7 посредством шлицевого соединения 8. Передача снабжена плавающим кольцом 9, которое имеет те же размеры, что и ведущее центральное колесо 1. Оно служит для обеспечения симметрии деталей и сил, приложенных к звеньям механизма,
Передача работает следующим образом. Ведущее центральное колесо 1 за счет сил трения вращает дополнительные сателлиты 5, которые, также за счет сил трения, передают вращение сателлитам 4. Сателлиты 4 обкатываются по неподвижному опорному центральному зубчатому колесу 3 и, благодаря разности чисел зубьев колес 2 и 3, вращают ведомое центральное колесо 2. С венцов этого колеса через диски 6 и шлицевые соединения 8 вращение передается на ведомый вал 7.
3
12
3
4
4
1
3
2
Передаточное число механизма вычисляется по следующей формуле: i =[1+(Z/Z)(d/d)]/(1-Z/Z),
2
3
где: Z и Z - числа зубьев ведомого 2 и опорного 3 центральных колес;
1
4
d и d - диаметры фрикционных рабочих поверхностей ведущего центрального колеса 1 и сателлита 4.
На фиг.1 и 2 изображен пример безводильной передачи, имеющей параметры:
2
3
4
1
4
Z=102, Z=100, Z=40, d=105 мм, d=38 мм
5
дополнительных шестерен Z=16. Ее передаточное число:
3
12
i =[1+(100/40)(38/105)]/(1-100/102)=97,2
Предлагаемая безводильная планетарная передача проста по конструкции и в изготовлении, имеет большое передаточное число в одной ступени, хорошо компонуется в соосных редукторах. Она может найти применение в приводах, не работающих постоянно при больших нагрузках, например, взамен волновых или червячных передач.