ПЛАНЕТАРНАЯ ПЕРЕДАЧА С УСТРОЙСТВОМ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ РАДИАЛЬНОЙ НАГРУЗКИ ОТ КОНТАКТИРУЮЩИХ ЗУБЬЕВ
PLANETARY GEAR WITH THE DEVICE OF NEUTRALIZATION OF RADIAL LOAD FROM CONTACTING TEETH

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к механическим передачам для преобразования вращательного движения, более конкретно, к планетарным редукторам с эксцентриковым водилом и с сателлитом и центральным колесом внутреннего зацепления с малой разностью зубьев.
Уровень техники
Известны планетарные передачи по схеме механизма Давида, имеющие эксцентриковое водило, сателлит с двумя зубчатыми венцами и два центральных колеса, входящих в зацепление каждое с одним из венцов сателлита, одно из которых закреплено неподвижно, а второе связано с выходным элементом (кн. Шанников В.М. Планетарные редукторы с внецентроидным цевочным зацеплением, «Машгиз», 1948 г., стр. 4, и кн. Кожевников С.Н. Механизмы, «Машиностроение», 1965 г., стр. 231, рис. 3.151). Эта схема позволяет получить большое передаточное отношение редуктора с использованием только двух пар зубчатых колес. Эта схема характерна тем, что в ней использован «рычажный эффект»: сила, создающая вращающий момент на эксцентрике (касательная), как на длинном плече рычага, значительно меньше, чем сила, возникающая на зубьях. Радиальная составляющая такой большой силы, возникающей на зубьях, суммируется от двух венцов и прикладывается к подшипнику сателлита, которая может быть во много раз больше полезной (касательной), что очень сильно снижает долговечность этого подшипника.
Известен планетарный редуктор, выполненный по схеме механизма Давида, содержащий корпус, неподвижное центральное колесо, соединенное с корпусом, подвижное центральное колесо и его опору в корпусе, сателлит с двумя зубчатыми венцами, расположенными соосно один внутри другого, эксцентриковое водило и противовес (Ernest Wildhaber, патент США 3451290 от 24.06.1969 г.). Недостатком этого редуктора является то, что радиальные составляющие сил, возникающих на зубьях двух венцов, складываются и передаются на подшипник сателлита (см. схему сил на FIG. 2 этого патента) и значительно превышают полезную составляющую.
Известен планетарный редуктор, содержащий такие же компоненты, как и пат. США 3451290, за исключением того, что опора подвижного центрального колеса перенесена с корпуса в кольцевое гнездо сателлита, соосное с ведущим валом (Сахно Б.Г., авт. свид. СССР №428137 от 15.05.1974 г.). Это позволило снизить нагрузку на подшипники водила, однако недостатком является то, что подшипник сателлита остается по-прежнему нагружен радиальными составляющими сил, возникающих на зубьях сателлита.
Известен планетарный редуктор, также использующий схему механизма Давида, содержащий два сателлита, каждый с двумя зубчатыми венцами. Эти сателлиты развернуты относительно центральной оси на 180° друг относительно друга, один венец каждого сателлита находится в зацеплении с неподвижными центральными колесами внутреннего зацепления, а вторые венцы каждого сателлита находится в зацеплении с одним подвижным центральным колесом внутреннего зацепления, являющимся ведомым звеном (Ervin W. Lorence, патент США 3534636 от 12.04.1968 г.). Такое расположение сателлитов обеспечивает снижение вибрации и нагрузки на подшипники водила, а также позволяет работать на белее высоких скоростях вращения. Недостатком является то, что подшипники сателлитов нагружены радиальными составляющими сил, возникающих на зубьях сателлитов.
Известен планетарно-эксцентриковый редуктор, содержащий одновенцовый сателлит и неподвижное зубчатое колесо внутреннего зацепления с эвольвентными профилями зубьев, ведомый вал, получающий вращение от сателлита через модифицированную муфту Ольдгема в виде крестовой муфты качения. В результате долговечность подшипника сателлита, по сравнению с долговечностью при использовании вместо муфты Ольдгема механизма параллельных кривошипов увеличивается в 25 раз (кн. Кожевников С.Н. Механизмы, «Машиностроение», 1965 г., стр. 256, рис. 3.195). Недостатком является то, что такая муфта снимает радиальную нагрузку с подшипника сателлита не полностью, а частично, циклически, в зависимости от угла поворота сателлита, что может привести к колебанию межосевого расстояния и что будет недопустимо при использовании неэвольвентных профилей зубьев.
Наиболее близким является планетарный редуктор, содержащий, ведущий вал, по крайней мере, один сателлит и зубчатое колесо внутреннего зацепления, закрепленное на корпусе соосно с ведущим валом. Сателлит и колесо внутреннего зацепления имеют зубья и гладкие цилиндрические поверхности, внешнюю и внутреннюю соответственно, совпадающие с их центроидами, которые при работе обкатываются друг по другу, обеспечивая фиксацию межосевого расстояния с внешней стороны и снимая радиальные центробежные нагрузки. Сателлит вращательно закреплен на эксцентрике, который радиально подвижен относительно ведущего вала (Rudolf Braren, патент США 3073184 от 15.01.1963 г.). Такая конструкция планетарного редуктора позволяет работать на более высоких скоростях вращения, чем подобные редукторы могли работать ранее, а также имеет меньше шума и вибраций. Недостатком этого редуктора является то, что на скоростях вращения, при которых радиальная составляющая силы от контактирующих зубьев больше центробежных сил, возникает передача радиальной составляющей силы на подшипник сателлита и нестабильность межосевого расстояния зубчатой пары.
Раскрытие сущности изобретения
Целью изобретения является создание дополнительного устройства нейтрализации радиальной нагрузки от контактирующих зубьев в планетарном редукторе с эксцентриковым водилом, которое, во-первых, снимает радиальную нагрузку, возникающую на зубьях сателлита с подшипника сателлита, а во-вторых, обеспечивает точную фиксацию заданного межосевого расстояния взаимодействующих зубчатых колес независимо от погрешностей изготовления и сборки деталей. Необходимость получения первого технического результата вызвана тем, что в зацеплении колес с малой разницей зубьев угол зацепления вынужденно увеличенный, что вызвано необходимостью исключения интерференции зубьев, а это приводит к увеличению радиальной составляющей силы в точке контакта зубьев. В результате, в редукторе, выполненном по схеме механизма Давида, нагрузка, возникающая на зубьях, во много раз больше чем полезная нагрузка на подшипнике сателлита, поэтому ее радиальная составляющая, передаваемая на подшипник сателлита, существенно превышает полезную нагрузку, чем сильно уменьшает долговечность работы подшипника. В планетарно-эксцентриковом редукторе с одновенцовыми сателлитами и механизмом параллельных кривошипов также создается нагрузка на подшипники сателлитов, превышающая полезную, которая является суммарной от механизма параллельных кривошипов и зубьев. Второй технический результат - сохранение точного заданного межосевого расстояния. Это необходимо при использовании в зубчатых передачах неэвольвентных профилей зубьев, потому что все профили зубьев, кроме эвольвентных, обладают главным недостатком, чувствительностью к отклонению межосевого расстояния от расчетного, что приводит к неравномерности вращения и вибрациям.
Поставленная цель достигается тем, что редуктор включает корпус, в котором закреплены центральные колеса и вращательно закреплен ведущий вал, на котором смонтированы эксцентриковые элементы, имеющие скользящую посадку в радиальном направлении относительно вала. На эксцентриковых элементах вращательно, на подшипниках, закреплены сателлиты. Свободное радиальное перемещение эксцентриковых элементов обеспечивает свободное изменение величины эксцентриситета сателлитов или, что то же, свободное изменение межосевого расстояния сателлита и центрального колеса. Новым в настоящем изобретении является устройство для передачи радиальной составляющей силы, возникающей на зубьях сателлита, непосредственно на корпус. Это устройство воспринимает радиальную нагрузку, приложенную к сателлиту, и передает ее на корпус, оставляя подшипник сателлита полностью разгруженным от этой нагрузки. Кроме того, это устройство фиксирует положение эксцентриситета относительно корпуса, что эквивалентно фиксации эксцентриситета относительно ведущего вала. Это устройство состоит из двух подшипников, первый из которых своим внутренним кольцом закреплен на сателлите, соосно с ним, а второй своим внешним кольцом в корпусе, соосно с ведущим валом. Внешнее кольцо первого подшипника жестко соединено с внутренним кольцом второго подшипника соединительным элементом, с возможностью регулировки и фиксации расстояния между осями этих подшипников при помощи механизма регулировки межосевого расстояния. Эксцентриситет сателлита всегда будет равен этому расстоянию, это значит, что фиксируя это расстояние, мы фиксируем требуемый эксцентриситет сателлита. Конструкция этого устройства позволяет выбирать любой диаметр внутреннего кольца первого подшипника, поэтому в планетарно-эксцентриковом редукторе с одновенцовыми сателлитами и механизмом параллельных кривошипов, кольцо с соответствующим диаметром может охватывать механизм параллельных кривошипов и фланец выходного вала. В планетарном редукторе по изобретению сателлит и колесо внутреннего зацепления кроме зубьев имеют гладкие цилиндрические поверхности с диаметрами, равными диаметрам их центроид, которые при работе обкатываются друг по другу. Эти цилиндрические поверхности, кроме того, что они обеспечивают работу редуктора на более высоких скоростях вращения, в сочетании с механизмом регулировки межосевого расстояния позволяют обеспечить выдерживание заданного межосевого расстояния зубчатых колес с большой точностью, выбрав все зазоры, люфты и неточность изготовления. Достаточно только точно изготовить гладкие цилиндрические поверхности. Установка точного межосевого расстояния осуществляется путем прижатия этих цилиндрических поверхностей друг к другу при помощи механизма регулировки межосевого расстояния. В результате такой конструкции, эксцентриковые элементы остаются закрепленными на ведущем валу свободно-подвижно в радиальном направлении, следовательно, ни на вал, ни на подшипники сателлитов радиальные силы не передаются, и только полезный вращающий момент передается от ведущего вала через подшипник сателлита на сателлит.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показан продольный разрез редуктора по изобретению.
На Фиг. 2 показан поперечный разрез редуктора на Фиг. 1, взятый по линии В-В.
На Фиг. 3 показано устройство нейтрализации радиальной нагрузки от контактирующих зубьев с механизмом регулировки межосевого расстояния.
Осуществление изобретения
На Фиг. 1 показан вариант планетарного редуктора по изобретению, выполненного по схеме механизма Давида, включающий ведущий вал (1), центрально смонтированный на подшипниках (2) и (3) в корпусе, состоящем из двух частей (4) и (5). Ведомым колесом редуктора является центральное зубчатое колесо внутреннего зацепления (6) с внутренними зубьями (7), закрепленное в корпусе на нестандартных подшипниках (8). Для передачи движения к рабочему органу ведомое колесо (6) на своей внешней поверхности имеет зубья (9), которые могут иметь, например, профиль для зацепления с другим зубчатым колесом, или с роликовой цепью (не показано). Ведущий вал (1) имеет участок с прямоугольным поперечным сечением (10) на котором посажено два эксцентрика (11), имеющих прямоугольные отверстия (12) (см. Фиг. 2) с высотой, большей высоты участка прямоугольного сечения (10), для обеспечения подвижности эксцентрика (11) вдоль длинной стороны участка прямоугольного сечения (10). На каждом эксцентрике (11) посажен на роликовом подшипнике диск сателлита (13), имеющий в торце кольцевой выступ (14) для посадки на него первого подшипника (15) устройства передачи радиальной нагрузки (16) и дисковая часть (17), имеющая внешнюю цилиндрическую поверхность с диаметром, равным диаметру центроиды меньшего зубчатого венца сателлита. На диск сателлита (13) неподвижно посажен двухвенцовый сателлит (18), имеющий два зубчатых венца, меньший и больший. В частях корпуса (4) и (5) неподвижно закреплены: вторые подшипники (19) устройства передачи радиальной нагрузки (16), кольца (20) с внутренней цилиндрической поверхностью, диаметр которой равен диаметру центроиды зубчатого колеса внутреннего зацепления (21) и сами колеса внутреннего зацепления (21), с которыми входят в зацепление меньшие зубчатые венцы двухвенцовых сателлитов (18). Большие зубчатые венцы двухвенцовых сателлитов (18) одновременно входят в зацепление с ведомым центральным колесом внутреннего зацепления (6), один в верхней части, другой в нижней.
На Фиг. 2 показан поперечный разрез редуктора на Фиг. 1, взятый по линии В-В. Центральное зубчатое колесо внутреннего зацепления (6) своими зубьями (7) находится в зацеплении с большим зубчатым венцом (22) двухвенцового сателлита (18). В настоящем варианте осуществления изобретения для всех зубчатых колес взят трохоидальный профиль зубьев, разработанный и описанный в моей более ранней патентной заявке, хотя в настоящем изобретении может быть использован любой другой профиль. На увеличенном виде «С» показаны профили зубьев в зацеплении и линия зацепления (23) для колеса внутреннего зацепления (6) и зубчатого венца (22). Для примера передачи движения от ведомого колеса (6) к рабочему органу, пунктиром показано ведомое колесо (24), которое находится в зацеплении с внешними зубьями (9) колеса (6). Линия зацепления этих колес (25).
На Фиг. 3 показано устройство нейтрализации радиальной нагрузки от контактирующих зубьев (26) и механизм регулировки межосевого расстояния (27). Устройство (26) состоит из двух подшипников, первый (15) из которых своим внутренним кольцом закреплен на кольцевом выступе (14) диска сателлита (13), соосно с ним, а второй (19) своим внешним кольцом в корпусе (4) и (5), соосно с ведущим валом. Внешнее кольцо первого (15) подшипника жестко соединено с внутренним кольцом второго (19) подшипника соединительным элементом, состоящим из двух диско-колец, первое (28), в котором закреплено внешнее кольцо первого (15) подшипника и второе (29), на котором закреплено внутреннее кольцо второго (19) подшипника. Эти диско-кольца подвижны одно относительно другого в пределах овальных отверстий (30) на диско-кольце (28). Для регулировки и фиксации расстояния между осями этих подшипников устройство (26) содержит механизм регулировки межосевого расстояния (27), состоящий из двух клиньев (31) и двух направляющих (32). Регулировку производят следующим образом: ослабляют винты (33), перемещают клинья (31), фиксируют новое положение затягиванием винтов (33).
На Фиг. 1 и Фиг. 2 изображены пружинные элементы между участком прямоугольного поперечного сечения (10) и эксцентриком (11), но для настоящего изобретения они не являются необходимыми, их можно убрать.
Передаточное отношение этого варианта планетарного редуктора определяется по формуле:
i=Z1*Z3/(Z1*Z3-Z2*Z4)=81, где число зубьев:
Z1=36 меньшего венца сателлита;
Z2=40 колеса внутреннего зацепления (21);
Z3=45 колеса внутреннего зацепления (6);
Z4=41 большего венца сателлита.