ПЛАНЕТАРНАЯ ЗУБЧАТОРЕМЕННАЯ ПЕРЕДАЧА

Полезная модель относится к технике, может быть использована в различных областях машиностроения, таких как транспорт, приборостроение, общее машиностроение, и, в частности, при создании различного научного оборудования.
Необходимость преобразования вращательного движения с высокой угловой скоростью во вращательное движение с малой угловой скоростью, приводящее к увеличению крутящего момента, встречается в технике повсеместно. Реализация такого преобразования приводит к существенному улучшению массогабаритных показателей приводных двигателей.
Существуют разнообразные типы планетарных передач, используемых в редукторах частоты вращения, одним из таких являются планетарные зубчатые передачи (В.Н. Кудрявцев - Детали машин: изд-во "Машиностроение" Ленинградское отделение, 1980 г., с. 216, с. 299).
Известен тип планетарной передачи, когда большое солнечное колесо с внутренним зацеплением неподвижно, а выходной вал редуктора связан с водилом. При вращении малого солнечного колеса сателлиты, будучи с ним связанными, получают вращение, а будучи также связанными с неподвижным большим солнечным колесом с внутренними зубьями катятся по его внутренней поверхности, совершая орбитальное движение вокруг малого солнечного колеса, и увлекают за собой водило, на котором они установлены с использованием подшипников.
Планетарные редукторы такого типа отличаются тем, что основной поток мощности разделяется в таком редукторе на несколько потоков (чаще всего на три) по числу установленных сателлитов, за счет чего увеличивается количество участвующих в работе пар зубьев зубчатых колес, что снижает нагрузку в зубчатом зацеплении и ведет к улучшению массогабаритных показателей. Кроме того, за счет применения планетарной схемы с центральными колесами в передаче отсутствуют радиальные нагрузки на опоры центральных валов, а нагрузки на подшипники сателлитов уменьшаются пропорционально числу сателлитов, что дополнительно улучшает массогабаритные показатели.
Известны планетарные передачи с зубчатыми ремнями, которые закреплены на водиле и заменяют собой сателлиты, входя одновременно в зацепление с солнечными колесами за счет применения определенным образом расположенных натяжных роликов (ЕР 0062859 А, FR 1144606 А).
Наиболее близким к заявляемому является планетарная зубчатоременная передача, описанная в заявке WO 2012125388 A1. Данная планетарная передача содержит соосно установленные солнечные колеса - малое с наружными зубьями, и большое с внутренними. Большое колесо закреплено неподвижно и не вращается. В качестве саттелитов используют два зубчатых ремня, закрепляемых на водиле посредством двух направляющих натяжных роликов каждый. При этом размеры ремней и роликов выбраны таким образом, чтобы ремни охватывали малое солнечное колесо по дугам, суммарная величина которых составляет примерно 180°. Для того, чтобы обеспечить зацепление ремней с большим солнечным колесом, в описываемой конструкции применены направляющие элементы, представляющие собой дугообразные плоские конструкции с закрепленными в них роликами, вращающимися под действием сил трения с ремнями, при этом сами ролики соединены с направляющими элементами за счет осей, конструктивно выполненных заодно с роликами и вставленные в отверстия, выполненные в направляющих элементах. При этом отверстия в направляющих элементах являются подшипниками скольжения для осей роликов.
К недостаткам описанной конструкции следует отнести сложность конструкции направляющего элемента, обеспечивающего зацепление ремня с большим солнечным колесом, а также небольшую величину дуги, на которой осуществляется контакт малого солнечного колеса с ремнями. Ролики в данной схеме передачи будут вращаться с высокой угловой скоростью, превышающей угловую скорость вращения малого солнечного колеса в z раз, где z равно отношению диаметра солнечного колеса к диаметру ролика, что приведет к необходимости использовать смазочные материалы для исключения больших потерь на трение многочисленных роликов, используемых в направляющих элементах. Также к недостаткам данной конструкции следует отнести необходимость наличия опор вращения у малого солнечного колеса, и отсутствие, вследствие этого, самоустанавливаемости этого колеса, что, в свою очередь, вызывает необходимость высокой точности изготовления элементов конструкции редуктора.
Таким образом возникает задача разработки варианта более простой планетарной зубчатоременной передачи.
Данная задача решается за счет того, что в качестве сателлитов применяются как минимум три зубчатых ремня с наружными зубьями, огибающими каждый три натяжных ролика, жестко закрепленных на водиле. Натяжные ролики размещены на водиле таким образом, что обеспечивают зацепление ремней как с малым, так и с большим солнечным колесом внутреннего зацепления. Два ролика обеспечивают зацепление ремня с малым солнечным колесом внешнего зацепления, при этом ремень огибает ролики, и входит в зацепление с малым солнечным колесом, а третий ролик обеспечивает зацепление ремня с большим солнечным колесом внутреннего зацепления, при этом ремень огибает ролик и сцепляется с внутренними зубьями большого солнечного колеса, касаясь их. Зацепление ремня с малым солнечным колесом осуществляется на части окружности колеса, представляющей собой дугу, величина угла которой определяется углом между натяжными роликами в системе координат, центр которой размещен на оси вращения малого колеса. При этом количество зубьев ремня, входящих в зацепление с малым колесом определяется величиной угла дуги зацепления. Увеличение количества зубьев, находящихся в зацеплении, ведет к уменьшению нагрузки на зубья за счет распределения всей нагрузки между большим числом зубьев. Снижение нагрузки достигается также на зубья в зацеплении ремней с большим солнечным колесом за счет разделения силового потока на как минимум 3 части, а также за счет увеличенного коэффициента перекрытия, что свойственно передачам внутреннего зацепления.
Количество сателлитов в заявляемом решении будет зависеть от передаточного отношения редуктора, а именно, при малых передаточных отношениях, когда диаметр малого солнечного колеса с наружными зубьями не намного меньше диаметра солнечного колеса с внутренними зубьями, в пространстве между ними можно разместить и более трех сателлитов.
На Фиг. представлена схема заявляемой зубчатоременной планетарной передачи, где 1 - зубчатый ремень; 2 - малое солнечное колесо (шестерня) внешнего зацепления; 3 - первый и второй натяжные ролики; 4 - третий натяжной ролик; 5 - водило; 6 - большое солнечное колесо внутреннего зацепления.
Работает устройство следующим образом. Малое солнечное колесо, шестерня с наружными зубьями, и жестко закрепленное большое солнечное колесо с внутренними зубьями, размещены соосно. В качестве сателлитов применены замкнутые зубчатые ремни 1, одетые на натяжные ролики большой 4 и малые 3, которые в свою очередь, установлены на водиле 5 с помощью подшипников. При этом ремни находятся в зацеплении с солнечными зубчатыми колесами - большим (6) с внутренним зацеплением и малым (2) с внешним зацеплением. Как видно из Фиг., ремни (1) контактируют с солнечной шестерней (2) на некоторой дуге, характеризуемой углом ϕ, величина которого зависит от количества сателлитов, выбираемых исходя из требуемого передаточного отношения. При трех сателлитах угол ϕ составляет величину порядка 90°, что в сумме дает величину дуги, на которой осуществляется зацепление с зубьями шестерни, порядка 270°, что существенно больше, чем в прототипе (180°), что дает снижение нагрузки на зубья по сравнению с прототипом. Общее количество вращающихся роликов (при трех саттелитах равно 9) также существенно меньше, чем в прототипе (18 роликов с учетом роликов в 2-х направляющих), что уменьшает сложность конструкции и потери на трение. Также необходимо отметить, что применение 3-х ремней вместо двух, как в прототипе, позволит отказаться от использования опор для малого солнечного колеса и сделать ее самоустанавливающейся, что ведет к равномерному распределению нагрузки между ремнями, снижает требования к точности изготовления и упростит конструкцию редуктора.