БЕЗВОДИЛЬНАЯ ПЛАНЕТАРНАЯ ПЕРЕДАЧА

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к механическим передачам. Она может найти применение в приводах, для которых необходимо минимизировать «кольцевые» габариты редуктора, расположенного вокруг тяжело нагруженного выходного вала.
В машиностроении широко применяется планетарная передача Джемса [например Д.Н. Решетов. Детали машин. Учебник для ВУЗов, издание 3-е. М.; «Машиностроение» 1975. Рис. 164 на с. 391], содержащая два центральных зубчатых колеса, взаимодействующие с ними сателлиты и водило. Недостатком такой передачи применительно к редуктору, расположенному вокруг тяжело нагруженного вала, является наличие водила, которое требует использования подшипников, расположенных внутри сателлитов. В этих условиях диаметры сателлитов не могут быть уменьшены до желаемых размеров, поэтому возможности снижения «кольцевых» габаритов передачи ограниченны. С технологической точки зрения недостатки данной передачи состоят в том, что она содержит детали сложные в изготовлении: водило и зубчатое колесо с внутренними зубьями, которые труднее изготовить, чем наружные. Кроме того наличие большого количества подшипников качения внутри сателлитов удорожает редуктор.
Известна безводильная планетарная передача [WO 92/05372 F16H 1/28, 1/46 (или EP 91/01825)], содержащая три центральных зубчатых колеса и взаимодействующие с ними сателлиты. Одно из центральных колес является ведущим, другое - ведомым, а третье опорным, т.е. связано с корпусом передачи. Ведомое и опорное колеса выполнены с наружными зубьями, причем, ведомое колесо расположено между двух венцов опорного колеса. Сателлиты выполнены с наружными зубьями и имеют ширину, которая равна сумме ширин опорного и ведомого центральных колес. Зубчатые венцы сателлитов, предназначенные для взаимодействия с ведомым и опорным колесами, имеют разное число зубьев. Ведущее центральное колесо имеет внутренние зубья, которые находятся в зацеплении с центральной частью зубчатых венцов сателлитов, а также внешние зубья, взаимодействующие с зубчатым ремнем, входящем в окна, выполненные в корпусе.
Недостатками такой передачи являются сложность изготовления внутренних зубьев центрального ведущего колеса и увеличенные потери на трение во внутреннем зацеплении, обусловленные тем, что это зацепление нагружено не только моментом на входном колесе, но воспринимает значительные по величине радиальные реакции, возникающие в двух силовых внешних зацеплениях.
Наиболее близка предлагаемой по конструкции [RU 2442045 F16H 1/28, 1/46] - прототип, безводильная планетарная передача. Она содержит ведущее, ведомое и опорное центральные колеса с наружными зубьями, основные сателлиты, которые находятся во внешнем зацеплении с ведомым и опорным центральными колесами, дополнительные сателлиты, находящиеся в зацеплении с ведущим центральным колесом и основными сателлитами, а также плавающие кольца с гладкой внутренней рабочей поверхностью, взаимодействующие с основными сателлитами. Опорное центральное колесо выполнено с двумя венцами, разнесенными друг относительно друга в осевом направлении, а зубчатые венцы ведомого и ведущего центральных колес расположены между ними. В наиболее простом конструктивном варианте этой передачи, все венцы основных сателлитов имеют одинаковое число зубьев.
Недостатками этой передачи являются сложность ее конструкции и отсутствие симметрии приложения сил к сателлитам.
Технической задачей полезной модели, является создание безводильной планетарной передачи, простой по конструкции и не имеющей нетехнологичных деталей.
Технический результат состоит в упрощении конструкции передачи за счет выполнения устройства симметричным и устранения зубчатого ведущего колеса. При этом все детали устройства являются технологичными, среди них нет водила и зубчатых колес с внутренними зубьями.
Технический результат достигается тем, что в безводильной планетарной передаче, содержащей опорное центральное колесо с наружными зубьями, выполненное с двумя венцами, разнесенными друг относительно друга в осевом направлении, ведомое центральное колесо с наружными зубьями, расположенное между этими венцами, основные сателлиты, которые находятся во внешнем зацеплении с ведомым и опорным центральными колесами, и дополнительные сателлиты, каждый из которых взаимодействует с двумя соседними основными сателлитами, а также плавающее кольцо с внутренней цилиндрической рабочей поверхностью, взаимодействующее с наружными цилиндрическими рабочими поверхностями основных сателлитов, плавающее кольцо с внутренней цилиндрической рабочей поверхностью выполняет функцию центрального ведущего колеса безводильной планетарной передачи, приводя в движение основные сателлиты за счет сил трения.
Радиальные реакций, возникающие в двух силовых зацеплениях основного сателлита с ведомыми и опорными центральными колесами, уравновешены нормальной реакцией в контакте основных сателлитов с плавающим кольцом. Величины этой нормальной реакции достаточно для обеспеченья сил трения, приводящих передачу в движение. Таким образом, плавающее кольцо выполняет функцию центрального ведущего колеса, поэтому необходимость присутствия в передаче зубчатого ведущего центрального колеса исчезает. Отсутствие взаимодействия дополнительных сателлитов с ведущим колесом позволяет сделать передачу симметричной. Таким образом, конструкция передачи упрощается по сравнению с прототипом.
Максимальное количество основных сателлитов в передаче равно разности чисел зубьев венцов ведомого и опорного центральных колес. Именно этот вариант конструкции является предпочтительным, хотя число сателлитов может быть и меньше максимального.
Пример реализации предлагаемой передачи иллюстрируются чертежами, где на фиг. 1 показана конструкция безводильной планетарной передачи в осевом разрезе, на фиг. 2 - в разрезе, перпендикулярном главной оси.
2
4
5
5
6
7
Безводильная планетарная передача, показанная на фиг. 1 и 2, содержит стойку 1, опорное центральное колесо 2 с наружными зубьями (число зубьев Z), конструктивно выполненное в виде двух венцов, разнесенных друг относительно друга в осевом направлении и жестко закрепленных на стойке 1 при помощи болтов 3. Ведомое центральное колесо 4 с наружными зубьями (Z) расположено между венцами опорного колеса 2. Основные сателлиты 5 (число зубьев Z, диаметр цилиндрической поверхности d), находятся во внешнем зацеплении с ведомым 4 и опорным 2 центральными колесами. Дополнительные сателлиты 6 (число зубьев Z) разделяют основные сателлиты 5 и удерживают их на заданном расстоянии друг от друга. Каждый из дополнительных сателлитов 6 взаимодействует с двумя соседними основными сателлитами 5. Плавающее кольцо 7 с внутренней цилиндрической рабочей поверхностью (диаметр по рабочей поверхности d) взаимодействует с наружными цилиндрическими рабочими поверхностями основных сателлитов 5. Плавающее кольцо 7 является ведущим звеном передачи, на внешней его поверхности выполнены ручьи для ремня, приводящего это кольцо в движение.
Передача работает следующим образом. Плавающее кольцо 7 посредством сил' трения вращает основные сателлиты 5, которые обкатываются по венцам опорного центрального колеса 2 и передают движение на ведомое центральное колесо 4. Оси сателлитов (мнимое водило) совершают вращательное движение вокруг главной оси передачи.
7
4o2
Передаточное отношение i- от плавающего колеса 7 к ведомому центральному колесу 4 вычисляется по формуле:
7
4o2
2
5
5
7
2
4
i-=(1+(Z·d)/(Z·d))/(1-Z/Z).
2
4
5
6
5
7
На фиг. 1 и 2 изображена безводильная передача, имеющая числа зубьев центральных колес: Z=170, Z=180, венцов сателлитов: Z=42, Z=26, диаметры цилиндрических рабочих поверхностей: d=35 мм, d=245 мм. Ее передаточное отношение:
7
4o2
i-=(1+(170·42)/(35·245))/(1-170/180)=32,9.
Между силами реакции, возникающими в кинематических парах передачи, существуют следующие соотношения.
t7
7
t7
7
Примем величину тангенциальной силы на ведущем плавающем кольце за единицу: F=1H. Момент на колесе 7: T=F·d/2=1·245/2=122 Н·мм.
Момент на ведомом центральном колесе 4:
4
7
7-4o2
T=T·i=122·32,9=4014 Н·мм.
2
2
4
7
Из уравнения равновесия моментов, найдем момент T на центральном опорном колесе: T=T-T=4014-122=3892 Н·мм.
Тангенциальные силы на силовых центральных колесах 2 и 4:
t4
4
4
t2
2
2
F=2·T/d=2·4014/180=44,6 Н; F=2·Т/d=2·3892/170=45,7 Н.
Соответствующие радиальные реакции:
r4
t4
ω4
r2
t2
ω2
F=F-tgα=44,6tg25°=20,8 Н; F=F·tgα=45,7·tg35°=32 Н,
ω2
ω4
где: α и α - углы зацепления.
r7
t4
t2
Нормальная реакция во фрикционной кинематической паре звеньев 5-7: F=F+F=20,8+32=52,8 Н.
т
t7
r7
Коэффициент тяги, определяемый отношением тангенциальной силы к радиальной силе на ведущем кольце составляет: f=F/F=1 / 52,8=0,019.
т
Допускаемые значения величины коэффициента тяги (трения) для стальных поверхностей в масле [f]≈0,45. Таким образом, сцепление фрикционных поверхностей обеспечено с запасом, который компенсирует не учтенные в расчетах потери на трение в зацеплениях и другие допущения.
Запас сцепления будет увеличиваться при одновременном увеличении чисел зубьев силовых колес, при уменьшении разности этих чисел зубьев (и уменьшении числа сателлитов), при увеличении углов зацепления.
Использование предлагаемой безводильной планетарной передачи позволит уменьшить габариты, увеличить нагрузочную способность и повысить технологичность тяжело-нагруженных приводов различных машин (подъемников, толкателей, запорно-регулирующей арматуры и др.), рассчитанных на кратковременную работу.