Фрикционный планетарный редуктор с регулируемым прижатием
FRICTION PLANETARY GEARBOX WITH REGULATED PRESSING

Изобретение относится к машиностроению, конкретно к механическим устройствам для передачи вращения.
В различных областях техники существует необходимость передавать вращения от вала с высокой частотой вращения потребителю, которому необходима более низкая частота вращения, но, соответственно, более высокий крутящий момент. Для этой цели служат зубчатые и фрикционные редукторы различных типов, из которых можно выделить планетарные редукторы, которые обладают лучшими массогабаритными характеристиками за счет разделения силового потока на несколько ветвей. Однако планетарные редукторы содержат большое количество зубчатых венцов, которые технологически сложны в изготовлении, требуя специальных зуборезных станков, что ведет к увеличению стоимости планетарного зубчатого редуктора.
В технике известны фрикционные передачи, отличающиеся плавностью работы и пониженным уровнем шума, изготовление которых не требует применения специальных станков, состоящие из двух цилиндрических роликов, которые для передачи нагрузки прижимаются друг к другу с заданной силой (Решетов Д.Н. Детали машин. Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов, 4-е издание. - М.: Машиностроение, 1989 год, стр. 267, рис. 13.1а). Однако эти передачи имеют пониженную нагрузочную способность и характеризуются очень большими нагрузками на валы, что требует применения подшипников с высокой нагрузочной способностью, что, в свою очередь, ведет к ухудшению массогабаритных показателей. В то же время фрикционные редукторы планетарного типа позволяют избежать необходимости применения высоконагруженных подшипников за счет взаимного уравновешивания сил нормального давления, возникающих при контакте тел качения.
Наиболее близким решением к заявляемому является фрикционная планетарная передача, описанная в патенте РФ №2224933, F16H 13/06. Передача включает центральные колеса, сателлиты и механизм прижатия. Неподвижное центральное колесо выполнено в виде упругого кольцевого гофрированного элемента и имеет постоянную по угловой координате жесткость. Механизм прижатия имеет две нажимные втулки, которые сжимают охватывающее колесо, которое деформируется таким образом, что выбирает зазоры и создает усилие прижатия между сателлитами, центральным и охватывающим колесами. При этом сателлиты опираются на оси, которые с помощью подшипников качения установлены в водиле.
Однако в описываемой передаче отсутствие подвижности сателлитов требует геометрически точного исполнения сопрягаемых деталей, то есть высокой точности при изготовлении, и не имеет системы регулирования силы прижатия, что ведет к постоянной нагрузке на тела качения независимо от величины передаваемой мощности и снижению долговечности передачи. Отсутствие радиальной подвижности сателлитов, жестко установленных на осях в водиле с помощью подшипников качения, приводит к тому, что в процессе передачи мощности из-за неравномерного нагрева элементов конструкции происходит изменение размеров звеньев, вследствие чего может вообще исчезнуть натяг в зацеплении, то есть передача вообще перестанет передавать вращение.
Задача заявляемого изобретения состоит в устранении проблем, связанных с изменением натяга вследствие температурных деформаций, уменьшение требуемой точности изготовления при сопутствующем снижении стоимости изделия, а также увеличение срока службы элементов конструкции.
Поставленная задача решается путем применения в конструкции заявляемого редуктора неподвижного центрального колеса с косым разрезом, охваченного пружиной с жестко закрепленным на корпусе концом, при этом направление навивки согласовано с направлением действия крутящего момента таким образом, чтобы при проворачивании разрезного центрального колеса происходило бы увеличении угла закручивания пружины за счет фрикционного взаимодействия между наружной поверхностью разрезного колеса и витками пружины.
Таким образом предлагаемая конструкция редуктора обеспечивает регулировку силы прижатия тел качения в зависимости от передаваемого крутящего момента, а сам механизм регулировки обеспечивает дополнительную упругость, что приводит к снижению влияния температурных деформаций, уменьшению износа тел качения и повышению ресурса работы передачи.
Заявляемый фрикционный планетарный редуктор включает корпус, с расположенным внутри центральным вращающимся колесом, установленным на валу подвода мощности, и неподвижным колесом, а также помещенным внутри неподвижного колеса водилом, включающим диски, удерживающие сателлиты, одновременно соприкасающиеся с центральным вращающимся колесом и с центральным неподвижным колесом, при этом центральное неподвижное колесо выполнено с косым разрезом, а его наружная поверхность снабжена пружиной, один конец которой жестко закреплен в корпусе, причем направление навивки пружины согласовано с направлением действия крутящего момента в редукторе, диски водила имеют гнезда, выполненные в виде радиальных пазов, в которых размещены оси сателлитов.
Схема заявляемого устройства приведена на чертеже, где 1 - пружина с закрепляемым в корпусе концом (корпус на схеме не показан), 2 - неподвижное центральное колесо с косым разрезом, 3 - сателлиты, 4 - вал подвода мощности, 5 - один из дисков водила с радиальными пазами, 6 - ось сателлита, 7 - вращающееся центральное колесо.
Принцип работы устройства основан на фрикционном взаимодействии между центральным вращающимся колесом 7, сателлитами 3 и неподвижным центральным колесом 2 с косым разрезом. При этом неподвижное центральное колесо удерживается от проворачивания за счет фрикционного взаимодействия с пружиной 1, навитой снаружи неподвижного центрального колеса, один из концов которой закреплен в корпусе. Вращение центрального подвижного колеса передается сателлитам, которые осями вставлены в пазы дисков водила и обкатываются по внутренней поверхности неподвижного центрального колеса с косым разрезом.
Работает устройство следующим образом. При монтаже сателлиты размещаются в радиальных пазах водила, при этом оси сателлитов, вращаясь в радиальных пазах, передают на водило силы, заставляющие его вращаться с определенным крутящим моментом. Центральное подвижное колесо 7, вращающееся с валом 4, получающим вращение от источника мощности (например, приводного двигателя), может быть легко установлено за счет того, что сателлиты 3 имеют радиальную подвижность. Следует отметить, что радиальная подвижность осей 6 сателлитов 3 в пазах дисков 5 водила позволяет компенсировать целый ряд погрешностей изготовления, таких как отклонение от цилиндричности или отклонение от расчетного диаметра центрального колеса и сателлитов, установка центрального вращающегося колеса с перекосом относительно теоретической оси вращения. Далее, на собранные таким образом водило с сателлитами надевается центральное неподвижное колесо с косым разрезом. При этом за счет наличия разреза колесо может быть смонтировано, несмотря на погрешности изготовления за счет того, что имеется разрез. Разрез выполнен косым с целью исключить ударное взаимодействие катящихся по внутренней поверхности неподвижного колеса сателлитов с кромкой разреза. В последнюю очередь на собранный узел устанавливается пружина 1, которая выполнена так, чтобы создать в неподвижном колесе 2 с косым разрезом сжимающее усилие, которое обеспечивает фрикционный контакт между центральным вращающимся колесом 7, сателлитами 3 и неподвижным центральным колесом 2 с косым разрезом. При этом рабочий крутящий момент снимается с водила, а реактивный крутящий момент стремится провернуть неподвижное центральное колесо 2 с косым разрезом против направления вращения водила. Однако пружина навивается так, чтобы при проворачивании неподвижного центрального колеса 2, за счет фрикционного взаимодействия витков пружины с наружной поверхностью центрального колеса 2, происходило бы уменьшение диаметра витков пружины. При этом пружина, за счет закрепления конца в корпусе, препятствует повороту центрального неподвижного колеса 2 с косым разрезом, в котором возникают сжимающие усилия, увеличивающие силу прижатия сателлитов 3 к центральным колесам 7 и 2. За счет этого достигается пропорциональность передаваемого крутящего момента и сил прижатия фрикционных тел друг к другу, что позволяет на частичных нагрузках уменьшать износ тел качения и увеличить срок их службы. Данная система обеспечивает не только компенсацию изменения размеров, возникающую за счет изменения температуры элементов редуктора, но и компенсацию изменения размеров тел качения за счет износа. Кроме того, заявляемый редуктор обладает свойствами муфты свободного хода и может разобщать входной и выходной валы в случае, если изменится знак передаваемого крутящего момента, за счет того, что пружина будет разжиматься и уменьшит силу сжатия тел качения до величины, когда уменьшившаяся сила трения вызовет проскальзывание тел качения без передачи вращения.