ПЛАНЕТАРНЫЙ РЕДУКТОР "ЛИСС"

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно, к конструкции планетарного редуктора с внешним колесом, с внутренними зубьями и несколькими сателлитами, в котором каждый сателлит входит в зацепление с внешним колесом в трех и более точках. Планетарный редуктор может быть использован в приводах машин, агрегатов и механизмов для передачи силовой нагрузки с повышенным крутящим моментом и пониженным уровнем шумов.
Известен планетарный редуктор, содержащий центральные колеса с внутренними зубьями и взаимодействующие с ними сателлиты с внешними зубьями. Центральные колеса и сателлиты имеют малую разницу числа зубьев, а их зацепление происходит в серпообразной области перекрытия зубьев по кривой, расположенной по одну сторону от прямой, проходящей через центры колеса и соответствующего сателлита (патент США №5505668. МПК 5 F 16 Н 1/32 от 09.04.1996). Такая конструкция позволяет изготавливать зубчатые передачи многопарного зацепления с произвольным модулем и эвольвентным профилем зубьев.
Характерной особенностью редуктора многопарного зацепления является малая разница числа зубьев внутреннего колеса (сателлита) и центрального (внешнего) колеса. Коэффициент перекрытия такой передачи зависит в большой степени от разницы числа зубьев. Так, в описании патента США указано, что при разнице числа зубьев, составляющей 2, коэффициент перекрытия достигает 6.7, но уже при разнице числа зубьев, составляющей 6, коэффициент перекрытия падает до величины 1.98, что соответственно уменьшает нагрузочную способность такого редуктора.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является планетарный редуктор, содержащий корпус, быстроходный вал, тихоходный вал, внешнее зубчатое колесо с внутренними зубьями, водило, несколько установленных эксцентрично в водиле сателлитов с внешними зубьями и центральную шестерню, соединенную с быстроходным валом /патент Украины №43159 на изобретение, МПК 6 F 16 H 1/32 от 15.11.2001 г.). При создании такого редуктора внешнее колесо и сателлиты изготавливают с положительным корректированием 0<ξ≤0.5 профиля зубьев, при этом сателлиты выполняют составными из ступицы и
зубчатого венца, имеющего упругие свойства. Благодаря этому упругому свойству увеличивается пятно контакта зубцов, уменьшается шум во время эксплуатации.
Первым недостатком такого планетарного редуктора является недостаточная нагрузочная способность, обусловленная малым коэффициентом перекрытия, не превышающим 1,5. Вторым недостатком является сложность изготовления сателлитов.
В таком редукторе передаточное число одной ступени не превышает 7, поэтому для обеспечения повышенного коэффициента редукции необходимо использовать двух- или трехступенчатую схему.
В основу предлагаемого технического решения поставлена задача создания такого планетарного редуктора, который имел бы повышенный коэффициент перекрытия зубьев и увеличенную нагрузочную способность планетарной передачи за счет обеспечения многопарного зацепления каждого сателлита с внешним колесом при наличии большой разности числа зубьев внутреннего и внешнего зубчатых колес, а также увеличения коэффициента редукции одноступенчатой схемы редуктора.
Поставленная задача решается в предлагаемом планетарном редукторе, который, как и известный, планетарный редуктор, содержит корпус, в котором установлены быстроходный вал, тихоходный вал, внешнее зубчатое колесо с внутренними зубьями, имеющими первые контактные профили, водило, соединенное с тихоходным валом, несколько установленных эксцентрично в водиле сателлитов с внешними зубьями, имеющими вторые контактные профили, и центральную шестерню, соединенную с быстроходным валом, а, согласно изобретению, сателлиты установлены с возможностью контактирования первых контактных профилей зубьев колеса со вторыми контактными профилями зубьев сателлита по меньшей мере в трех точках, расположенных на кривой линии контакта.
i
o
s
Кроме того, число зубьев Z центральной шестерни меньше разности числа зубьев внешнего зубчатого колеса Z и удвоенного числа зубьев сателлита Z, a именно: Zi<Zo-2Zs.
Сущность изобретения объясняется с помощью схематических чертежей предлагаемого устройства.
На Фиг.1 показана схема планетарного редуктора,
на Фиг.2 - вид А-А редуктора на Фиг.1.
На Фиг.3 показан профиль зубьев в процессе зацепления зубьев колеса и сателлита.
На Фиг.4 показана кинематическая схема движения зубьев сателлита.
На Фиг.5 показаны в увеличенном масштабе профили зацепления зубьев редуктора при числе точек контакта больше трех.
Предложенный планетарный редуктор (Фиг.1) содержит корпус 1, быстроходный вал 2, тихоходный вал 3, внешнее зубчатое колесо 4 с внутренними зубьями 5, составное водило 6, 7, несколько установленных эксцентрично в водиле сателлитов 8 с внешними зубьями 9, и центральную шестерню 10, выполненную монолитно вместе с быстроходным валом 2. Каждый сателлит 8 контактирует с внешним зубчатым колесом 4 в трех и более точках 11 (Фиг.2), образующих криволинейный контактный путь 12. Водило редуктора состоит из опорной стенки 6 и силовой части 7, выполненной монолитно вместе с тихоходньм валом 3 (см. далее Фиг.1). Опорная стенка 6 и силовая часть 7 водила соединены между собою резьбовыми элементами 13. Каждый сателлит 8 установлен на подшипниках 14, 15, в свою очередь установленных на валу 16. Количество валов 16 (три) отвечает количеству сателлитов 8, причем каждый вал 16 неподвижно закреплен в стенке 6 и силовой части 7 водила. Опорная стенка 6 водила вращается в подшипнике 17. Тихоходный вал 3 вращается вместе с силовой частью 7 водила в радиально-упорном подшипнике 18, установленном в корпусе 1 и закрытом крышкой 19. В крышке 19 установлено маслозапорное кольцо 20. Крышка 19 крепится к корпусу 2 редуктора соответствующим количеством винтов 21 (показаны только 2 из них). С противоположной стороны редуктор содержит стенку 22, которая крепится к корпусу 1 винтами 23 (показаны только 2 из них).
В центре стенки 22 установлен подшипник 17, в котором вращается водило 6, 7. Подшипник 17 закрыт крышкой 24. В центре крышки 24 выполнено отверстие с маслозапорным кольцом 25, через которое проходит наружу быстроходный вал 2. Быстроходный вал 2 вместе с центральной шестерней 10 вращается в шарикоподшипниках 26 и 27, установленных, соответственно, в опорной стенке 6 водила и в его силовой части 7. В торцовой внешней части быстроходного вала 2 выполнены отверстия 28 для обеспечения фланцевого соединения вала 2 с валом силовой установки.
o
s
В предложенном на Фиг.2 варианте исполнения редуктора количество Z внутренних зубьев 5 колеса 4 равно 72. Количество зубьев Z сателлитов 8 равно 30.
o
s
В соответствии с известным решением расчет одноступенчатой планетарной передачи проводится из условия, что диаметр начальной окружности внешнего колеса 4 определяется через модуль m и коэффициент корректирования ξ как m*(Z+2ξ); диаметр начальной окружности сателлита 8 определяется как m*(Z+2ξ).
Поскольку начальная окружность центральной шестерни 10 и начальная окружность сателлита 8 расположены внутри начальной окружности зубчатого колеса 4, то в данном случае справедливо следующее соотношение:
o
s
i
0.5m*(Z+2ξ=m*(Z+2ξ)+0.5m*(Z-2ξ)
После деления соотношения (2) на 0.5m, переноса коэффициента корректирования ξ с левой части выражения (2) в правую, и его упрощения, получим соотношение между числом зубьев планетарной передачи согласно известному решению:
o
s
i
i
o
s
Z=2Z+Z или Z=Z-2Z,
i
то есть Z=72-2*30=12, а коэффициент редуцирования i в таком случае равен i=Zo/Zi=72/12=6.
i
o
i
В предложенном планетарном редукторе количество зубьев Z центральной шестерне 10 равняется 9, а передаточное число i планетарной одноступенчатой передачи определяется как: N=Z/Z=72/9=8, что на 30% больше, чем в предыдущем случае.
Фрагмент 29 на Фиг.2 в увеличенном в 4-е раза масштабе представлен на Фиг.3, что позволяет продемонстрировать взаимодействие зубьев в зоне их зацепления, где они специально показаны в более тонких линиях. В точках 11 (с), 11 (d), 11(e) контактные поверхности 30 и 31 соответственно зубьев 5 и 9 касаются одна другой в плоскости, перпендикулярной к прямой 32, которые являются касательными к кривой линии контакта 12, в точках 11 (с), 11 (d), 11(е), что полностью соответствует требованиям теории зацепления зубьев, в результате чего коэффициент перекрытия зубьев редуктора не меньше, чем 2,5.
На Фигурах 2 и 3 контактный профиль зубьев 5 внешнего зубчатого колеса 4 очерчен кривой 30, что определяется условиями движения зубьев 9 сателлита 8 относительно центра колеса 4. В точках 33 на Фиг.3 зубы сателлита 8 и колеса 4 не контактируют, а только разделены тонкой пленкой масла толщиной несколько десятых миллиметра.
Работа планетарного редуктора на Фиг.1 происходит в соответствия с кинематической схемой на Фиг.4 следующим образом.
При вращении быстроходного вала 2 против часовой стрелки вместе с ним вращается центральная шестерня 10, взаимодействующая своими зубьями с зубьями 9 сателлитов 8. Сателлиты 8 вращаются в противоположном направлении, взаимодействуя своими зубьями 9 с внутренними зубьями 5 неподвижного внешнего колеса 4, в результате чего водило 6, 7 вращается против часовой стрелки вместе с тихоходным валом 3.
Взаимодействие колеса 4 и сателлита 8 происходит в серпообразной области 34 перекрытия зубьев, которая заштрихована на Фиг.4, и ограничивается изнутри границами окружности 35 выступов внешнего колеса 4 и снаружи - границами окружности 36, образованной точками вершин зубьев 9 сателлита 8.
2
2
2
1
2
При вращении сателлита 8 вокруг центра О по часовой стрелке его центр перемещается против часовой стрелки. Зубья сателлита 8 на Фиг.3 имеют вершины, одна из которых показана на Фиг.4 в виде точки б. Во время работы планетарного редуктора центр О сателлита 8 описывает окружность диаметром 2*А, а при повороте сателлита 8 на угол β его центр О поворачивается вокруг оси О на угол α и перемещается в положение O'. Положения сателлита 8' при повороте на угол β показано на Фиг.4 пунктиром. При этом точка а сателлита 8, соответствующая точке а на Фиг.3, перемещается в положение а', а вершина б сателлита 8 перемещается в положение б'. При обороте сателлита 8 на угол α<=90° точка б вершины зуба 9 описывает траекторию 37 на Фиг.4, что определяет профиль 30 зубьев 5 -гипотрохоиду. Параметры эвольвентного профиля 31 зубьев 9 сателлита 8 выбраны в соответствии с профилем участка б-б' кривой 37 по известным методам расчета геометрии зубчатого зацепления.
При уменьшении модуля зацепления, например, в два раза, в секторе зацепления будет находиться приблизительно в два раза больше пар зубьев 5 и 9, контактирующих между собою, как это показано на Фиг.3.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет увеличить коэффициент перекрытия, как минимум, до величины 2.5, что на 40% больше, чем в известных планетарных редукторах. Это позволяет уменьшить ширину зубьев внешнего колеса 4 почти в 2 раза, в результате чего уменьшается масса редуктора и уровень шумов.
По отношению к классической схеме расчета передаточное число N одноступенчатой планетарной передачи может быть увеличено на 30%-80%.
Зубья 5 профиля 30 можно изготовить на обычных зубодолбильных станках. Опытно-конструкторский образец предложенного планетарного редуктора изготовлен и исследован в составе подъемного механизма.