ПЛАНЕТАРНАЯ ПЕРЕДАЧА
PLANETARY TRANSMISSION

Изобретение относится к деталям машин, а именно к зубчатым передачам с зубчатыми колесами, совершающими планетарное движение, и может быть использовано в конструкции редукторов вертолетов.
Известны планетарные передачи, содержащие центральные зубчатые колеса и водило с размещенными на нем зубчатыми колесами-сателлитами, совершающими планетарное движение, которые имеют средства, компенсирующие неточность изготовления деталей и деформации корпусов планетарной передачи в эксплуатации для повышения равномерности нагрузок на сателлиты.
Известно техническое решение планетарной зубчатой передачи (US №3635103, F16H 1/48, 1972 г.), в котором для выравнивания нагрузок по сателлитам используют эксцентриковую втулку, установленную на шип держателя планетарных колес - водила, что позволяет решить вопрос о равномерности распределения нагрузок между сателлитами при любом числе сателлитов. Сателлит вместе с расположенной концентрично относительно него подшипниковой опорой установлен эксцентрично относительно оси шипа водила и имеет возможность качательного движения между внутренним и наружным центральными колесами планетарной передачи, компенсируя таким образом погрешности изготовления шестерен, сателлитов и подшипниковых опор в корпусах.
Недостатком известного технического решения является то, что эксцентриковая втулка совершает относительно поверхности контакта с шипом, на который она установлена, только качающиеся движения, что приводит к неравномерности износа шипа по его окружности. Поверхность шипа, по которой происходит качание, будет изнашиваться, в то время как не задействованная поверхность шипа не будет изнашиваться. Неравномерная нагрузка и неравномерный износ шипа снизят ресурс передачи за счет снижения ресурса шипа.
Наиболее близким аналогом заявляемого устройства является техническое решение планетарной зубчатой передачи в соответствии с описанием к патенту (RU №2398145, F16H 1/48, 2009 г.), в котором для выравнивания нагрузок по сателлитам используют установку сателлита с эксцентриситетом относительно шипа водила, а шипа - концентрично с подшипником, при этом наружный диаметр подшипника, взаимодействующего с сателлитом, меньше внутреннего диаметра сателлита на удвоенную величину эксцентриситета установки сателлита относительно шипа. Такое техническое решение позволяет решить вопрос о равномерности распределения нагрузок между сателлитами и центральными зубчатыми колесами при любом числе сателлитов. Сателлит имеет возможность качательного движения между внутренним и наружным центральными зубчатыми колесами относительно наружной поверхности подшипника, компенсируя в динамике погрешности изготовления шестерен, сателлитов, подшипниковых опор в корпусах, деформации корпусов от внешних нагрузок и температур.
Одним из недостатков технического решения является консольная установка сателлита на шипе водила, что в тяжело-нагруженных передачах приводит к существенным изгибам шипа и неравномерности распределения нагрузки по длине зуба сателлита, внутреннего и внешнего центральных колес, и, как следствие, повреждению краев взаимодействующих зубьев центральных шестерен и сателлитов.
Применение подшипника с диаметром наружного кольца меньшим, чем внутренний диаметр сателлита ограничивает грузоподъемность и, соответственно, ресурс применяемого подшипника.
Контакт тел качения подшипника с поверхностью шипа в ограниченной зоне (в зоне со стороны действующих сил) приводит к износу только части поверхности шипа - рабочей зоны, а зона шипа, противоположная к действующим на него силам, остается неизношенной, что приводит к неравномерности износа водила и снижению его ресурса.
Задачей изобретения является повышение ресурса планетарной передачи за счет исключения неравномерности нагружения элементов и неравномерного износа рабочих поверхностей элементов передачи.
Поставленная задача решена благодаря тому, что в планетарной передаче, содержащей центральные колеса, водило и сателлиты, установленные на валах с подшипниками, причем сателлиты и валы установлены с заданным эксцентриситетом, - в соответствии с заявляемым техническим решением, сателлиты установлены на валах, концы которых размещены в корпусе водила на подшипниках, концентричных с валами, при этом наружный диаметр рабочего участка вала, на котором размещены и с которым взаимодействуют сателлиты, меньше внутреннего диаметра сателлита на величину удвоенного эксцентриситета, а оси валов смещены относительно осей сателлитов на величину заданного эксцентриситета.
При этом валы снабжены упорами для ограничения перемещений сателлитов вдоль осей валов.
Поверхность рабочего участка валов может быть выполнена эллиптической для устранения краевого эффекта, возникающего при взаимодействии вала с сателлитом.
При таком выполнении устройства деформация вала симметрична относительно частей корпуса водила и не приводит к перекосу оси сателлита относительно осей центральных зубчатых колес. Наружный диаметр подшипников не зависит от внутреннего диаметра сателлита. Подшипники могут быть применены с наружным габаритом большим, чем внутренний диаметр сателлита, и, соответственно, будут иметь большую грузоподъемность и ресурс. Износ наружной поверхности вала, взаимодействующей с внутренним диаметром сателлита, происходит равномерно, так как сателлит совершает относительно вала не только качательные движения, но и движения обката, а подшипники вала при этом работают как в обычном зубчатом редукторе.
Устройство-аналог проще по конструкции, но может применяться в ограниченном диапазоне нагрузок и ресурсов. Предлагаемое устройство более приемлемо в тяжелых условиях нагружения и при больших ресурсах всей зубчатой передачи.
Заявляемая конструкция поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично показана планетарная передача, разрез; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1.
Планетарная передача состоит из внутреннего и наружного центральных колес 1 и 2, соответственно, сателлитов 3, корпуса водила 4, 8 и валы 5 по числу сателлитов 3 (фиг.1). Валы 5 установлены концевыми участками в корпусе водила 4, 8 на подшипниках 6 (фиг.2). Сателлиты 3 установлены на валы 5 с заданным эксцентриситетом «е». Подшипники 6 установлены концентрично на валах 5. Перемещения сателлитов 3 вдоль оси валов 5 ограничены упорами 7 (фиг.2). Наружный диаметр рабочего участка вала 5 меньше внутреннего диаметра сателлита 3 на величину удвоенного заданного эксцентриситета «е». За счет зазора «2е» при взаимодействии (при вращении) шестерен планетарной передачи валы 5 вместе с подшипниками 6 оказываются установленными эксцентрично относительно сателлитов 3, то есть оси валов 5 смещены относительно сателлитов 3 на величину заданного эксцентриситета «е».
Поверхность контакта рабочего участка вала 5 с сателлитом 3 может быть выполнена эллиптической (не показано) для устранения краевого эффекта при взаимодействии упомянутых элементов.
Наличие разницы наружного диаметра вала 5 и внутреннего диаметра сателлита 3 на величину удвоенного эксцентриситета «е» позволяет при взаимодействии элементов планетарной передачи совершать сателлиту 3 как качательные движения относительно поверхности контакта с рабочим участком вала 5, так и движение обката относительно всей поверхности рабочего участка вала 5. Благодаря вращательному движению сателлита 3 относительно наружной поверхности вала 5 обеспечивается равномерность износа поверхности, по которой обкатывается сателлит, увеличивая равномерность ее износа и, таким образом, увеличивая ресурс планетарной передачи в целом.
При работе планетарной передачи мощность передается сначала на внутреннее центральное колесо 1 (фиг.1) с направлением вращения против часовой стрелки, далее на сателлиты 3, заставляя их вращаться по часовой стрелке. От сателлитов 3 мощность передается на наружное центральное колесо 2, которое будет вращаться против часовой стрелки. При передаче мощности от внутреннего центрального зубчатого колеса 1 к сателлитам 3 возникает окружная сила «В», действующая на сателлит 3. При передаче мощности от сателлита 3 к внешнему центральному зубчатому колесу 2 возникает сила реакции «С», действующая в ту же сторону, что и сила «В». Силы «С» и «В» направлены в одну сторону (это известное свойство сателлитов как паразитных шестерен) и прижимают сателлит 3 к наружной поверхности вала 5 в точке «D». Кроме окружных сил в местах контакта сателлита 3 с внутренним и наружным зубчатыми колесами 1 и 2 на сателлит 3 действуют также и радиальные силы, направленные к оси сателлита. Изменяющееся в процессе работы и в процессе деформации передачи соотношение между окружными силами «В», силами реакции «С» и радиальными силами, действующими на сателлит 3 планетарной передачи, изменяет положение оси сателлита 3 относительно точки контакта «D» с наружной поверхностью рабочего участка вала 5, за счет чего и достигается равномерность распределения нагрузок между сателлитами 3. В зависимости от назначения планетарной передачи внешнее и внутреннее центральные зубчатые колеса 1, 2 могут быть выполнены как фиксированными, так и плавающими.