ПЛАНЕТАРНАЯ ПЕРЕДАЧА

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к механическим планетарным передачам внутреннего зацепления для передачи вращательного движения и энергии от входного к выходному звену и может найти применение в самых различных отраслях техники и промышленности, например, в приводах трубопроводной арматуры или грузоподъемных механизмах.
Известна планетарная передача с внутренним зацеплением по патенту РФ №2292501, опубликованному 27.01.2007. Данная передача содержит подвижное центральное колесо и неподвижное центральное колесо, установленные с подшипниками на входном валу, и двухвенцовый сателлит, установленный с подшипником на эксцентрике входного вала. Обкатываясь своим первым венцом по зубьям-роликам неподвижного центрального колеса, сателлит своим вторым венцом передает вращение на подвижное центральное колесо через его зубья-ролики.
Недостатком передачи является наличие в ней промежуточных звеньев, таких, как зубья-ролики, т.к. их установка в специальных гнездах центральных колес требует высокой точности изготовления и сборки. Кроме того, для согласования движения зубьев-роликов и ограничения их свободного хода требуется установка кольца, что усложняет конструкцию.
Другим недостатком является то, что передаточное отношение редуктора регулируется путем изготовления центральных колец с разными делительными диаметрами и расстояниями между центрами окружностей, образующих поверхность впадин, что требует высокой точности изготовления, снижает надежность и ограничивает мощность передачи.
Известна планетарная передача с внутренним зацеплением по патенту РФ №2502904 (опубл. 27.12.2013). Данная планетарная передача содержит неподвижное центральное колесо, находящееся в зацеплении с двумя сателлитами, установленными с подшипниками на ведущем водило-эксцентричном валу, и два поворотных выходных элемента передачи. Профилями зубьев неподвижного центрального колеса являются участки эквидистант циклоид. Профилями зубьев каждого сателлита являются дуги окружностей с радиусами R1 и R2, центры которых в общем случае не совпадают. Поворотные выходные элементы установлены в опорных подшипниках неподвижного центрального колеса. При этом поворотные выходные элементы связаны между собой с помощью перемычек и пальцев, проходящих через сквозные отверстия сателлитов.
Водило-эксцентричный вал установлен в подшипниковых опорах поворотных выходных элементов.
Недостаток указанной конструкции заключается в том, что согласование несоосных вращательных движений сателлитов и поворотных выходных элементов осуществлено с помощью перемычек и пальцев, которые являются промежуточным звеном при передаче движения от сателлитов к поворотным выходным элементам, что усложняет конструкцию и снижает надежность передачи.
Недостатком также является постоянное трение между пальцами и перемычками с одной стороны, и поверхностями сквозных отверстий сателлитов с другой стороны.
Следующий недостаток передачи в том, что в результате плотного динамического контакта сопрягаемых поверхностей зубьев в зубчатых зацеплениях, смазка выдавливается с трущихся поверхностей, что приводит к их быстрому износу.
Кроме того, выполнение вала в виде эксцентрикового водила с двумя эксцентричными участками, повернутыми друг относительно друга на 180°, требует высокой точности его изготовления и сборки.
Кроме того, передачи, выполненные по кинематической схеме K-H-V (по классификации В.Н. Кудрявцева), в которых вращение сателлита вокруг собственной оси приводится к оси передачи механизмом параллельных кривошипов, имеет высокий КПД ее обратного хода, ввиду чего не обеспечивается самоторможение передачи после остановки привода.
За ближайший аналог выбрана планетарная передача с внутренним зацеплением по патенту РФ №150803, опубликованному 27.02.2015, которая может использоваться в приводах трубопроводной арматуры или грузоподъемных механизмов. Данная передача содержит неподвижное центральное колесо, установленное с подшипником на входном валу, подвижное центральное колесо, установленное в подшипниковой опоре входного вала, и двухвенцовый циклоидальный сателлит, установленный с подшипником на эксцентричном участке входного вала. Зацепление между сателлитом и центральными колесами осуществляется через ролики, насаженные на оси, установленные по периферии центральных колес.
Для исключения проворачивания выходного вала при воздействии на него внешней нагрузки, передача выполнена по кинематической схеме, которой присуще явление самоторможения. В указанной передаче самоторможение обеспечивается за счет зацепления зубьев с роликами.
Недостатком передачи является наличие в ней промежуточных звеньев, а именно, роликов, которые должны быть изготовлены с высокой степенью точности, что усложняет конструкцию и снижает надежность передачи. Кроме того, для поддержки роликов и ограничения их осевого перемещения, требуется установка опоясывающего выступа и кольца, что также усложняет конструкцию.
Другой недостаток передачи в том, что смазка выходит через осевые отверстия роликов, что приводит к быстрому износу трущихся поверхностей.
Следующий недостаток - это обеспечение самоторможения за счет зацепления зубьев с роликами. Указанное зацепление имеет низкий коэффициент трения, что ухудшает надежность блокировки при заклинивании передачи и может привести к аварийной ситуации, возникшей в результате самопроизвольного изменения положения арматурной задвижки или самопроизвольного перемещения поднимаемого груза.
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении надежности работы, увеличении ресурса и функциональной безопасности планетарной передачи за счет исключения промежуточных звеньев и улучшения качественных показателей зубчатой передачи.
Техническая задача решена тем, что планетарная передача с внутренним зацеплением, как и ближайший аналог, содержит первое зубчатое зацепление, включающее неподвижное центральное колесо и первый венец двухвенцового сателлита, второе зубчатое зацепление, включающее второй венец двухвенцового сателлита и подвижное центральное колесо, причем неподвижное центральное колесо установлено с подшипником на входном валу, двухвенцовый сателлит установлен с подшипником на эксцентричном участке входного вала, и подвижное центральное колесо, которое является выходным звеном передачи, установлено в подшипниковой опоре входного вала. В отличие от ближайшего аналога, в каждом зубчатом зацеплении профилями зубьев одного из элементов зубчатого зацепления являются дуги окружностей, центры которых в общем случае не совпадают, сопряженными профилями зубьев другого элемента зубчатого зацепления являются участки эквидистант циклоид, при этом зубья обоих зубчатых зацеплений изготовлены с усеченными вершинами.
Кроме того, подвижное центральное колесо может быть выполнено с выступающим в выемку корпуса элементом, для ограничения движения указанного подвижного центрального колеса в пределах менее одного оборота.
Полезная модель иллюстрируется чертежами: фиг. 1 - продольный разрез планетарной передачи; фиг. 2 - профили зубьев в зубчатых зацеплениях; фиг. 3-поперечный разрез планетарной передачи (разрез А-А фиг. 1).
Планетарная передача с внутренним зацеплением (фиг.1) содержит корпус 1, в котором размещено неподвижное центральное колесо 2, установленное с подшипником 3 на входном валу 4, и подвижное центральное колесо 5, установленное в подшипниковой опоре 6 входного вала 4. Двухвенцовый сателлит 7 установлен по меньшей мере с одним подшипником 8 на эксцентричном участке 9 входного вала 4. Таким образом, в указанной передаче неподвижное центральное колесо 2 и первый венец 10 сателлита 7 являются элементами первого зубчатого зацепления, второй венец 11 сателлита 7 и подвижное центральное колесо 5 - элементами второго зубчатого зацепления.
На фиг. 2 изображены профили зубьев в зацеплениях. В каждом зубчатом зацеплении активными участками профилей зубьев одного из элементов зубчатого зацепления являются дуги окружностей Б1 Б2 и В1 В2 с радиусами R1 и R2, центры которых О1 и О2 для разных сторон зубьев в общем случае не совпадают, сопряженными профилями зубьев другого элемента зубчатого зацепления являются участки эквидистант циклоид Д и Е.
На фиг. 3 показан вариант исполнения первого зубчатого зацепления, в котором профили зубьев неподвижного центрального колеса 2 выполнены в виде участков эквидистант циклоид, профили зубьев первого венца 10 сателлита выполнены в виде дуг окружностей, центры которых в общем случае не совпадают. В другом варианте исполнения первого зубчатого зацепления профили зубьев неподвижного центрального колеса 2 могут быть выполнены в виде дуг окружностей, центры которых в общем случае не совпадают, профили зубьев первого венца 10 сателлита - в виде участков эквидистант циклоид. Аналогично для второго зубчатого зацепления.
Зубья в обоих зубчатых зацеплениях планетарной передачи выполнены с усеченными вершинами 12 (см. фиг. 2 и 3).
Подвижное центральное колесо 5 по его внешнему диаметру может быть выполнено с выступом 13, установленным в выемке 14 корпуса 1 с возможностью ограниченного движения выступа 13 в указанной выемке 14 (см. фиг. 1).
Планетарная передача работает следующим образом.
При сообщении движения входному валу 4 сателлит 7, своим первым венцом 10 обкатываясь по неподвижному центральному колесу 2, приобретает поступательно-вращательное движение, которое вторым венцом 11 сателлита 7 передается подвижному центральному колесу 5, являющемуся выходным звеном передачи. Если на входной вал 4 мощность не поступает, то происходит останов подвижного центрального колеса 5.
При попытке разблокировки передачи, например, при воздействии на подвижное центральное колесо 5 неуравновешенных усилий, создаваемых находящейся под давлением текучей средой, его зубья упираются в зубья второго венца 11 сателлита 7, и зубья первого венца 10 сателлита 7 упираются в зубья неподвижного центрального колеса 2, в результате происходит заклинивание, приводящее к самоторможению редуктора,. что исключает самопроизвольное изменение положения арматурной задвижки или самопроизвольное перемещение поднимаемого груза.
В случае использования планетарной передачи для неполнооборотного редуктора, подвижное центральное колесо 5 при своем движении упирается выступом 13 в окончание выемки корпуса 1, что ограничивает вращение выходного звена планетарной передачи в пределах менее одного оборота.
Данная планетарная передача позволяет реализовать большое передаточное отношение, что, к примеру, требуется для редукторов привода трубопроводной арматуры. Например, в данной конструкции разница между числами зубьев неподвижного центрального колеса 2 и первого венца 10 сателлита 7 равна двум, разница между числами зубьев подвижного центрального колеса 5 и второго венца 11 сателлита 7 равна двум, разница между числами зубьев второго и первого венцов 11 и 10 сателлита 7 равна двум.
Выполнение одного элемента зубчатого зацепления с профилями зубьев в виде участков эквидистант циклоид, и сопряженного с ним элемента зубчатого зацепления - с профилями зубьев в виде дуг окружностей с несовпадающими, в общем случае, центрами, обеспечивает наличие гарантированного бокового зазора между зубьями, что повышает непрерывность и плавность зацепления в передаче. Кроме того, данное зацепление, как зацепление с преобладанием контакта выпукло-вогнутого типа, позволяет повысить контактную прочность за счет увеличения радиуса приведенной кривизны профилей зубьев. В итоге это улучшает качественные показатели зубчатой передачи.
Кроме того, надежную блокировку передачи при самоторможении обеспечивает заклинивание за счет упора зубьев в зубья, что увеличивает функциональную безопасность планетарной передачи.
Отсутствие промежуточных звеньев при передаче вращательного движения и энергии от входного к выходному звену упрощает конструкцию планетарной передачи и повышает надежность ее работы.
Кроме того, отсутствие промежуточных звеньев улучшает условия теплоотвода в передаче, что в целом увеличивает нагрузочную способность механизма.
Выполнение зубьев обоих зубчатых зацеплений с усеченными вершинами 12 приводит к постоянному присутствию на них смазки, что увеличивает износостойкость зубьев, уменьшает нагрев и шум при работе передачи, и в итоге повышает надежность и ресурс передачи.