ФРИКЦИОННАЯ ПЛАНЕТАРНАЯ ПЕРЕДАЧА
FRICTION PLANETARY GEAR

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводных сервисных устройствах мобильной и бытовой техники, станков и технологического оборудования.
Известна фрикционная планетарная передача [Бакаев Н.А., Волошина О.Н. Основы проектирования фрикционных передач. - С.8, 9, рис.1.1], содержащая корпус, входной вал, центральное колесо, жестко связанное с входным валом и имеющее фрикционную наружную рабочую поверхность, гибкое солнечное колесо, жестко связанное с корпусом и имеющее фрикционную внутреннюю поверхность, установленные между упомянутыми колесами с возможностью взаимодействия с последними диаметрально противоположными участками наружной поверхности сателлиты, выходной вал, водило, связанное с осями сателлитов и выходным валом.
Прижатие сателлитов наружными рабочими поверхностями к наружной рабочей поверхности центрального колеса и внутренней рабочей поверхности солнечного колеса осуществляется при изготовлении за счет деформации солнечного колеса и сборки всех упомянутых колес с натягом.
Недостатком такой передачи является то, что для обеспечения требуемого натяга необходима повышенная точность изготовления всех элементов передачи, высокая стабильность жесткостных параметров подшипниковых узлов и повышенная износостойкость рабочих поверхностей. В случае, когда требуется получить большие передаточные отношения, к недостаткам также можно отнести значительные габаритные размеры, за счет наличия центрального колеса, а также необходимость использования в осевом направлении гибкого элемента, жестко связывающего солнечное колесо с корпусом.
Из известных наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности относится выбранная в качестве прототипа фрикционная планетарная передача [Патент РБ 9499 «Фрикционная передача»], содержащая корпус, входной вал с эксцентрично расположенными относительно его оси цилиндрическими элементами, жестко связанными с входным валом, сателлиты, число которых равно числу эксцентрично расположенных на входном валу цилиндрических элементов, каждый из которых имеет фрикционную наружную рабочую поверхность и установлен на соответствующем цилиндрическом элементе с возможностью вращения относительно его оси, солнечное колесо, жестко связанное с корпусом и имеющее внутреннюю фрикционную поверхность, установленную с возможностью взаимодействия с фрикционными наружными рабочими поверхностями сателлитов, кольцевой элемент из упругоэластичного материала, размещенный между солнечным колесом и корпусом, выходной вал и водило, связанное с выходным валом.
Существенными недостатками конструкции является то, что она имеет относительно большие осевые размеры и ограниченный ресурс работоспособности вследствие циклического изгиба солнечного колеса. Кроме того, кольцевой элемент из упругоэластичного материала, размещенный между солнечным колесом и корпусом, работает на срез, что обусловливает существенное снижение нагрузочной способности передачи.
Задачей изобретения являются уменьшение осевых размеров и повышение ресурса работоспособности и нагрузочной способности фрикционной передачи.
1
1
Решение поставленной задачи достигается тем, что фрикционная планетарная передача, содержащая корпус, входной вал с эксцентрично расположенными относительно его оси цилиндрическими элементами, жестко связанными с входным валом, сателлиты, число которых равно числу эксцентрично расположенных на входном валу цилиндрических элементов, каждый из которых имеет фрикционную наружную рабочую поверхность и установлен на соответствующем цилиндрическом элементе с возможностью вращения относительно его оси, солнечное колесо, жестко связанное с корпусом и имеющее внутреннюю фрикционную поверхность, установленную с возможностью взаимодействия с фрикционными наружными рабочими поверхностями сателлитов, кольцевой элемент из упругоэластичного материала, выходной вал и водило, связанное с выходным валом, согласно изобретению снабжена дополнительным солнечным колесом, неразъемно связанным с водилом и имеющим внутреннюю фрикционную рабочую поверхность, основные сателлиты расположены в одной плоскости с осями, размещенными на расстоянии R от оси входного вала, и каждый основной сателлит снабжен дополнительным сателлитом, имеющим фрикционную наружную рабочую поверхность, установленную с возможностью взаимодействия с фрикционной внутренней рабочей поверхностью дополнительного солнечного колеса, при этом основной и дополнительные сателлиты выполнены в виде двух коаксиально расположенных колец и упругоэластичный кольцевой элемент размещен между ними, при этом диаметры рабочих поверхностей дополнительных сателлитов d и дополнительного солнечного колеса D выбирают из соотношений
где d - диаметр цилиндрической фрикционной рабочей поверхности основного сателлита;
D - диаметр цилиндрической фрикционной рабочей поверхности основного солнечного колеса;
u - передаточное число передачи.
Расстояние R от оси входного вала до осей основных сателлитов выбирают из соотношения
где Т - максимальный момент на выходном валу фрикционной передачи;
n - число сателлитов;
С - радиальная жесткость кольцевого упругоэластичного элемента, размещенного между наружным и внутренним кольцами сателлита.
1
1
Выбор диаметров d и D из приведенных выше зависимостей позволяет обеспечить заданное передаточное число u передачи.
Выбор величины R определяется исходя из следующего.
1
1
1
При R<1,33·[Т/(DnC)]+0,5·(D-d) существенно снижается стабильность значений усилий прижатия рабочих поверхностей сателлитов и значительно возрастают требования к точностным параметрам рабочих поверхностей центрального и солнечных колес, а также сателлитов.
1
1
1
При R>1,5·[T/(DnC)]+0,5·(D-d) резко возрастает нагруженность упругоэластичных элементов, что приводит к значительному снижению их долговечности.
Уменьшение осевых размеров в предлагаемой фрикционной передаче достигается за счет того, что все сателлиты (3 и более) размещаются в одной плоскости, перпендикулярной оси входного вала. При этом осевые габаритные размеры передачи уменьшаются в 1,5 и более раз.
Повышение ресурса работоспособности и нагрузочной способности фрикционной передачи достигается вследствие следующего:
- солнечные колеса и наружные кольца сателлитов выполняются жесткими в радиальном направлении, вследствие чего при работе в них возникают относительно небольшие изгибные напряжения, что способствует увеличению ресурса работоспособности как самих элементов, так и покрытий из фрикционной оксидокерамики;
- упругоэластичный материал в предлагаемом техническом решении работает только на сжатие и в нем отсутствуют напряжения, связанные с работой на «срез».
Дополнительным эффектом повышения жесткости солнечных колес и наружных колец сателлитов является существенное повышение КПД фрикционной передачи за счет снижения коэффициентов трения качения.
На чертеже приведена схема фрикционной передачи.
1
1
Фрикционная передача состоит из входного вала 1, эксцентрика 2 в виде фланца с консольно установленными цилиндрическими пальцами (не показаны), оси которых размещены на одинаковом расстоянии R от оси входного вала 1, определяемом из соотношения (3), основных сателлитов, размещенных на пальцах эксцентрика 2, каждый из которых состоит из коаксиально установленных наружного кольца 3 с цилиндрической внешней рабочей поверхностью с диаметром d, имеющей покрытие из фрикционной оксидокерамики, внутреннего кольца 4 из антифрикционного материала, например бронзы, установленного на соответствующий палец эксцентрика 2 с возможностью вращения относительно его оси, и упругоэластичного кольцевого элемента 5, неразъемно соединенного с соответствующими внутренним 4 и внешним 5 кольцами основных сателлитов, основного солнечного колеса 6 имеющего диаметр D внутренней фрикционной рабочей поверхности, корпуса 7, жестко связанного с основным солнечным колесом 6, дополнительных сателлитов, наружное 8, имеющее внешнюю цилиндрическую рабочую поверхность с диаметром d с покрытием из фрикционной оксидокерамики, и внутреннее 9, размещенное на пальце основного сателлита, кольца, которые неразъемно связаны с соответствующими наружным 3 и внутренним 4 кольцами основных сателлитов, и между кольцами 8 и 9 размещен упругоэластичный кольцевой элемент 5 соответствующего основного сателлита, дополнительного солнечного колеса 10 с диаметром внутренней рабочей поверхности D, имеющей покрытие из антифрикционной оксидокерамики, и установленное с возможностью взаимодействия с внешними рабочими поверхностями наружных колец 8 дополнительных сателлитов, выходного вала 11, жестко связанного водилом 12, выполненным в виде фланца, с дополнительным солнечным колесом 10.
Основной и дополнительный сателлиты внутренними кольцами 4 и 9 взаимодействует с соответствующими пальцами эксцентрика 2 в радиальном направлении. Дополнительное центральное колесо 10 установлено с возможностью вращения вокруг своей оси. Каждый упругоэластичный кольцевой элемент 5 при сборке деформирован в направлении оси входного вала на одинаковую величину, определяемую значением радиуса R. Это обеспечивает требуемый (для создания заданного крутящего момента на выходном валу 11 фрикционной передачи) уровень прижатия наружных рабочих поверхностей наружных колец 3 и 8 основного и дополнительного сателлитов к соответствующим внутренним рабочим поверхностям солнечных колес 6 и 10. Величина R определяется из соотношения (3), позволяющего комплексно обеспечить необходимый уровень нагрузочной способности при заданном ресурсе работоспособности упругоэластичного кольцевого элемента 5.
ВХ
ВЫХ
При работе передачи вращение с угловой скоростью ω входного вала 1 передается на эксцентрик 2, который поворачивает оси основных и жестко связанных с ними дополнительных сателлитов в окружном направлении. При этом наружные кольца 3 и 8 этих сателлитов взаимодействуют без скольжения с внутренними рабочими поверхностями соответственно основного 6 и дополнительного 10 солнечных колес (катятся по ним), вращаясь вокруг своей оси. Вследствие разности диаметров наружных колец 3 и 8 основного и дополнительного сателлитов и разности диаметров ответных им поверхностей основного и дополнительного солнечных колес 6 и 10 дополнительное солнечное колесо 10 и жестко связанный с ним выходной вал 11 начинают вращаться с угловой ω, определяемой из соотношения
реализуя передаточное число
Направление вращения выходного вала 11 определяется следующим:
- при диаметре рабочей поверхности дополнительного солнечного колеса 10, большем диаметра рабочей поверхности основного солнечного колеса 6, выходной вал вращается в противоположном вращению входного вала направлению;
- при диаметре рабочей поверхности дополнительного солнечного колеса 10, меньшем диаметра рабочей поверхности основного солнечного колеса 6, выходной вал вращается в направлении вращения входного вала передачи.