ПЛАНЕТАРНЫЙ РЕДУКТОР С БЕЗЗАЗОРНЫМ ЗАЦЕПЛЕНИЕМ
PLANETARY REDUCTION GEAR WITH INTIMATE CONTACT

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к приводам машин, имеющих следящие системы. Преимущественная область применения - станки с ЧПУ, промышленные роботы и т.д.
Известно устройство (аналог) для устранения зазоров между зубьями в прямозубых зубчатых передачах: изготовление одного из колес путем разрезания по плоскости, перпендикулярной его оси, с последующим разворотом в окружном направлении одной половины этого колеса относительно другой с целью выборки зазоров между зубьями и создания предварительного напряженного состояния в зубьях ([1], стр.273-274, рис.2.40, д).
При этом суммарная ширина венца зубчатого колеса получается удвоенной по сравнению с расчетной шириной по условию прочности для заданного значения крутящего момента. Применительно к планетарному редуктору разрезными должны быть центральные колеса, либо все сателлиты. Для обеспечения беззазорности в зацеплении во всем диапазоне крутящих моментов необходимое предварительное напряженное состояние зубьев колес должно соответствовать максимальному моменту. Нагрузка на зубья при работе передачи в этом случае возрастает практически в два раза, а это требует увеличение модуля, что при сохранении передаточного числа приводит к большему диаметру колес и, соответственно, размерам всей передачи. В связи этим, основными недостатками такого технического решения являются: увеличение размера планетарного редуктора и повышение его стоимости.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является цилиндрическая зубчатая передача, в которой предусмотрен выбор зазоров в зацеплении (патент US №2,737,056 от 06 марта 1956 г.). Выбираем это техническое решение в качестве прототипа. Передача содержит зубчатое колесо, состоящее из двух венцов: один выполнен заодно с валом, а второй, установленный на ступице этого же колеса, связан с ней посредством храпового механизма, обеспечивающего венцу поворот относительно ступицы только в одном направлении. Храповой механизм состоит из двух взаимодействующих между собой цилиндрических штоков: один расположен в радиальном отверстии ступицы, а другой, поджатый пружиной, в осевом отверстии с возможностью регулирования осадки пружины резьбовой пробкой. Внешний концевой участок радиального штока, имеющий односторонний скос, входит в шпоночный паз, выполненный в зубчатом венце. При этом плоскость этого скоса штока, взаимодействуя с кромкой шпоночного паза венца, под действием пружины храпового механизма поворачивает венец относительно ступицы, выбирая зазор в зубчатом зацеплении.
Техническое решение-прототип имеет следующие основные недостатки:
- большие силы трения и возможные перекосы штоков в отверстиях могут привести к заклиниванию храпового механизма и нарушению заявленной работоспособности.
Предлагаемая конструкция планетарного редуктора типа 2k-h (по классификации В.Н.Кудрявцева [2]) отличается тем, что беззазорность зацепления достигается способом, обеспечивающим надежную работу механизма.
В данной конструкции планетарного редуктора имеются два центральных колеса (солнечная шестерня, выполненная заодно с входным валом, и эпицикл с внутренними зубьями, закрепленный в корпусе редуктора), водило, установленное на подшипниках в корпусе редуктора, сателлиты, представляющие собой блок из двух зубчатых колес, имеющих общую ось, вращающуюся в подшипниках, размещенных в водиле. Каждое из зубчатых колес блока установлено на оси посредством подшипника качения и кулачковой муфты свободного хода (МСХ), причем муфты поставлены так, чтобы обеспечить свободное вращение колес в разных направлениях. Кулачковые МСХ имеют нулевой мертвый ход, поэтому при изменении направления вращения (изменение направления вращающего момента) центрального колеса, как ведущего звена передачи, одно из зубчатых колес блока сателлита мгновенно воспринимает этот момент и передает его другому центральному колесу, т.е. имеет место беззазорное зацепление. Для устранения зазоров в зацеплении, которые возникают в процессе сборки редуктора, зубчатые колеса блока сателлита связаны между собой предварительно закрученной винтовой пружиной кручения.
На фиг.1 показан продольный, на фиг.2 - поперечный разрезы заявленного устройства, на фиг.3 в увеличенном масштабе показано зубчатое колесо сателлита вместе с кулачковой муфтой свободного хода, на фиг.4 - пружина кручения, связывающая зубчатые колеса блока сателлита.
Планетарный редуктор с беззазорным зацеплением содержит центральное колесо 1 (солнце), выполненное заодно с входным валом, который вращается в подшипниках 20, установленных в крышке 16 корпуса редуктора 15 и в водиле 4. Солнце находится в зацеплении с зубчатыми колесами 2, составляющими блок сателлита, которые, в свою очередь, входят в зацепление с другим центральным колесом 3 (эпицикл), закрепленным от проворота в корпусе редуктора 15 цилиндрическими шпонками 18. Количество сателлитов в одной ступени определяется передаваемой нагрузкой и требуемыми размерами передачи. Обычно это три или четыре сателлита. Зубчатые колеса 2 размещены на общей оси 5, которая имеет возможность вращения в подшипниках 13, закрепленных в составном водиле 4. Части а и в водила соединены с помощью винтов 6 и конических штифтов 7. Водило 4 вращается в подшипниках 12, размещенных в корпусе редуктора 15. Зубчатые колеса 2 могут вращаться относительно оси 5 поскольку установлены на подшипниках 10 и кулачковых МСХ 8 и 9. При этом муфты поставлены так, чтобы колеса 2 могли вращаться на оси 5 в разных направлениях. Колеса 2 соединены между собой пружиной кручения 11, которая размещена в проточках П колес и зафиксирована зацепами в отверстиях М (фиг.4). Назначение пружины - устранение начальных зазоров, появляющихся в зацеплении сателлитов с центральными колесами в процессе сборки планетарного редуктора. Выходной вал редуктора 14 соединен с водилом 4 посадкой с натягом. Крышки 16 и 17 редуктора привернуты к корпусу болтами 19.
Работа заявляемого планетарного редуктора с беззазорным зацеплением.
Отсутствие зазоров в передаче - непременное условие для планетарных редукторов, устанавливаемых в приводы станков с ЧПУ, в промышленных роботах и других агрегатах. В процессе сборки редуктора необходимо обеспечить закручивание пружины 1.1, чтобы устранить начальные зазоры в зацеплении зубчатых колес сателлитов и центральных колес. После установки на оси 5 одного из зубчатых колес 2 вместе с подшипником 10 и кулачковой МСХ в проточку П вводят пружину 11 так, чтобы зацеп вошел в отверстие М. Затем на ось 5 напрессовывают второй подшипник 10 и на него второе зубчатое колесо 2, поворачивая его при этом в ту или иную сторону до момента, когда второй зацеп пружины войдет в отверстие М этого колеса. Для закручивания пружины на требуемый угол следует поворачивать одно из колес 2, удерживая при этом другое колесо, до тех пор, когда совпадут технологические отверстия К, выполненные в обоих колесах. В совмещенные отверстия вставляется технологический стержень, после чего в соответствующее гнездо устанавливается вторая кулачковая МСХ 9 таким образом, чтобы обеспечить свободное вращение второго зубчатого колеса 2 в противоположном направлении по отношению к первому колесу. Блок сателлита собран. Также собираются и остальные блоки. После этого сателлиты вводят в зацепление с центральными колесами. Технологические стержни удаляют и пружины 11, раскручиваясь, устраняют начальные зазоры в зацеплении. В собранном редукторе беззазорность зацепления при передаче заданных нагрузок в обоих направлениях обеспечивается кулачковыми МСХ 8 и 9: при прямом направлении вращения входного вала редуктора одно из колес 2 блока сателлита соединяется посредством кулачковой МСХ с осью 5, которая вращается в подшипниках 13; при изменении направления вращения входного вала на противоположное - другое зубчатое колесо 2 мгновенно соединяется (поскольку мертвый ход муфты равен нулю) с осью 5. Нагрузки от сил, возникающих в зацеплении сателлитов с центральными колесами, воспринимаются соответствующими подшипниками 10 и МСХ (8 или 9), а также подшипниками 13 оси 5.
Изобретение может быть осуществлено при использовании отечественного станочного оборудования.
Источники информации
1. Бушуев В.В. Практика конструирования машин. М.: Машиностроение, 2006. 448 с.
2. Планетарные передачи. Справочник. Под ред. В.Н.Кудрявцева и Ю.Н.Кирдяшева. Л.: Машиностроение, 1977. 536 с.