Планетарный механизм

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к планетарным зубчатым механизмам.
Известен планетарный механизм, содержащий центральные колеса с внешним и внутренним зацеплением, сателлиты и водило [Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. Изд. 3-е. - М.: Наука, 1975. - 640 с., ил., стр. 495, рис. 22.2, а]. Несколько сателлитов используются для повышения нагрузочной способности, но из-за статической неопределимости такого механизма с двумя и более сателлитами, эффект от увеличения числа сателлитов значительно снижается.
Известен также планетарный механизм, содержащий центральные колеса с внешним и внутренним зацеплением, сателлиты и водило. Недостатком его является сложная конструкция водила, которое состоит из секторов сателлитного блока и ступицы (F16H 1/48 RU 132514 U1. Опубликовано: 20.09.2013, Бюл. №26).
Наиболее близким по технической сущности является планетарный механизм (F16Н 1/48 RU 2342573 С1, опубликовано 27.12.2008 бюл. №36), содержащий центральные колеса с внешним и внутренним зацеплением, водило и сателлиты, один из которых, основной, шарнирно соединен с водилом непосредственно, и шатуны, шарнирно связанные с водилом. Недостатками такого технического решения является значительное перемещение сателлита в направлении вдоль прямой, соединяющей центры колес зацеплений, что приводит к изменению межосевых расстояний зубчатых зацеплений (допуск на межосевые расстояния цилиндрических зубчатых зацеплений ±0,02-0,2 мм). Причем перемещение в направлении перпендикулярном этой прямой, необходимое для выравнивания нагрузки по сателлитам, меньше чем перемещение, изменяющее межосевое расстояние в зацеплениях. Таким образом, данное техническое решение не позволяет эффективно выравнивать нагрузку по сателлитам механизма. Кроме того, данное решение может использоваться только для передачи с одним внешним и одним внутренним зацеплением.
Задачей настоящей полезной модели является повышение уровня нагрузочной способности планетарного механизма за счет увеличения перемещений сателлитов по направлению перпендикулярному прямой, соединяющей центры колес зацеплений.
Поставленная цель достигается тем, что увеличивается степень самоустанавливаемости планетарного механизма, содержащего центральные колеса с внешним и внутренним зацеплением, водило и сателлиты, один из которых, основной, шарнирно соединен с водилом непосредственно, и шатуны, шарнирно связанные с водилом, пассивные сателлиты шарнирно соединены с введенными дополнительными шатунами, которые соединены шарнирами с шатунами, связанными с водилом.
Для упрощения конструкции за счет уменьшения числа деталей шарнирные соединения дополнительных шатунов с шатунами, связанными с водилом, выполнены в виде упругих шарниров.
На чертежах представлен предлагаемый планетарный механизм: с внешним и внутренним зацеплением и одновенцовыми сателлитами (фиг. 1, фиг. 2) и механизм с упругими шарнирами (фиг. 3).
Планетарный механизм по фиг. 1 содержит центральные звенья: колесо 1 с внешними зубьями и колесо 2 с внутренними зубьями, водило 3, оси вращения которых совпадают. С зубчатыми колесами 1 и 2 зацепляются основной сателлит 4 и пассивные сателлиты 5 и 6. Основной сателлит 4 шарнирно соединен с водилом 3, с которым также шарнирно связанны шатуны 7, 8, 9 и 10. Дополнительные шатуны 11 и 12 шарнирно соединены с шатунами 7, 8 и 9, 10, соответственно. В дополнительных шатунах 11 и 12 шарнирно установлены пассивные сателлиты 5 и 6, соответственно.
Благодаря такому соединению сателлиты 5 и 6 самоустанавливаются относительно центральных колес 1 и 2, перемещаясь преимущественно в направлении, перпендикулярном прямой, соединяющей центры колес зацеплений. Траектория перемещение центра вращения сателлита показана отрезком А на фиг. 2.
В планетарном механизме, показанном на фиг. 3, шарниры, образованные дополнительными шатунами 11 и 12 с шатунами 7, 8 и 9, 10 выполнены в виде упругих шарниров.
1
2
Работает механизм следующим образом. При движении подвижного центрального колеса 1 за счет зацепления с ним приходят в движение все сателлиты передачи. Основной сателлит 4, опираясь на неподвижное колесо 2, приводит в движение водило 3, а пассивные сателлиты 5 и 6 передают свои части мощности на водило 3 через кинематические цепи, образованные шатунами 7, 8, 9, 10 и дополнительными шатунами 11, 12, самоустанавливаясь относительно колес 1 и 2. Это возможно благодаря тому, что дополнительные шатуны 11 и 12 обеспечивают перемещение осей пассивных сателлитов преимущественно в направлении перпендикулярном прямой, соединяющей центры колес зацеплений (траектория А на фиг. 2). Приведенные на чертежах механизмы, образованные шатунами 7, 11, 8, и 9, 12, 10, являются прямолинейно направляющими механизмами. Точки шатунов 11 и 12, совпадающие с центрами пассивных сателлитов, описывают около своего номинального положения траекторию близкую к прямой, перпендикулярной прямой, соединяющей центры колес зацеплений. Показано отрезком А на фиг. 2. Отрезок В показывает перемещение центра вращения сателлита (Δy=4,32), когда он непосредственно шарнирно соединен с шатуном, шарнирно связанным с водилом 3 в точке О. Размеры, приведенные на фиг. 2, показывают, что при одном и том же перемещении (Δх=1,03 мм) в направлении, обеспечивающем самоустановку, предлагаемое техническое решение обеспечивает на два порядка меньшее перемещение (Δх=1,03 мм) в направлении, обеспечивающем самоустановку, предлагаемое техническое решение обеспечивает на два порядка меньшее перемещение (Δу=0,02), приводящее к изменению межосевых расстояний в зубчатых зацеплениях.
Если проверить наличие избыточных связей по структурным формулам теории механизмов и машин, то убедимся, что подвижность всего механизма равна единице, что доказывает отсутствие избыточных связей и работоспособность механизма.
По формуле Чебышева П.Л. [Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. Изд. 3-е. - М.: Наука, 1975. - 640 с., ил., стр. 39, формула (2.5)] подвижность механизма (W) равна:
s
4
W = ЗП - 2p - р,
где п - число подвижных звеньев,
5
Р - число низших кинематических пар,
4
Р - число высших кинематических пар.
5
4
В предлагаемом механизме п=11, р=13, р=6, W=3T1 - 2ТЗ - 6=1. Расчетное значение подвижности соответствует его реальной подвижности, значит избыточные связи отсутствуют. Это доказывает работоспособность предложенного механизма.
5
4
При введении еще одного пассивного сателлита добавляются четыре звена п=4, пять низших кинематических пар р=5 и две высших р=2, W=3·4 - 2·5 - 2=0. При введении парных сателлитах подвижность механизма также не меняется. Таким образом, добавление новых пассивных сателлитов и использование парных сателлитов не уменьшает подвижности механизма, а значит, не вносит и избыточные связи. Это доказывает, что предлагаемое техническое решение применимо при любом числе сателлитов.