КОНСТРУКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ПЛАНЕТАРНОЙ ПЕРЕДАЧИ
STRUCTURAL ELEMENT FOR PLANETARY TRANSMISSION

Данное изобретение относится к включающему в себя водило планетарной передачи и вал конструктивному элементу для планетарной передачи, а также к планетарной передаче.
Для планетарных передач, в частности промышленного применения, известны конструкции, которые имеют на выходной стороне сплошной вал. Для того чтобы можно было соединять без возможности поворота этот передаточный вал, например, с рабочей машиной (машиной-орудием), обычно предусматривают шпоночный паз или зубчатый венец на периметре вала.
Задача данного изобретения состоит в предоставлении усовершенствованного конструктивного элемента для планетарной передачи, который включает в себя водило планетарной передачи и вал. Далее задача данного изобретения состоит в предоставлении планетарной передачи с подобным конструктивным элементом.
Согласно изобретению в отношении конструктивного элемента задача решается с помощью конструктивного элемента с обозначенными в пункте 1 формулы изобретения признаками. Согласно изобретению в отношении планетарной передачи задача решается с помощью планетарной передачи согласно пункту 12 формулы изобретения.
Отлитый за одно целое конструктивный элемент предусмотрен для планетарной передачи. Он включает в себя водило планетарной передачи и пустотелый вал, который расположен соосно на водиле планетарной передачи. Пустотелый вал отлит полым. Его пустое пространство доступно через отверстие, которое расположено на, по меньшей мере, одном осевом конце пустотелого вала. Пустотелый вал на своем внешнем периметре имеет, по меньшей мере, один соединительный элемент, который подходит для образования соединения вал-ступица.
Конструктивный элемент выполнен таким образом, что пустотелый вал образует осевой конец конструктивного элемента. Таким образом, пустотелый вал может также равнозначно обозначаться как полая цапфа вала.
При обычном изготовлении водила планетарной передачи выходной ступени за одно целое с выходным сплошным валом этот цельный конструктивный элемент чаще всего отливается. При этом сплошной вал располагается в литейной форме, как правило, выступая вверх, так как таким образом может происходить определенная, направленная кристаллизация жидкого металла от сравнительно тонкостенного водила планерной передачи по направлению к сплошному концу вала, откуда поступает литейный материал. Благодаря сравнительно большому изменению толщины материала в переходной области между боковой стенкой водила планетарной передачи и сплошным валом могут образовываться наплывы (утолщения) материала в области сплошного вала при литье, вследствие чего создаются благоприятные условия для дефектов литья, как, например, пористость, усадочные раковины и примеси (загрязнения).
Для того чтобы предотвращать образование этих дефектов литья, сплошной вал до сих пор наращивается в литейной форме чаще всего кверху, или используются большие литейные прибыли (дополнительные массы литейного металла против усадочных раковин). Вследствие этого возникающие дефекты литья могут смещаться в области над самим сплошным валом, которые после кристаллизации могут удаляться механической обработкой.
Контролируемая кристаллизация без образования дефектов в области скачкообразного перехода толщины материала между водилом планетарной передачи и сплошным валом может реализовываться до сих пор чаще всего лишь посредством массового использования мер, связанных с процессом литья или литейной формой, как, например, холодное железо (металл).
В данном же изобретении соединенный с водилом планетарной передачи передаточный вал, который предпочтительно выполнен в виде выходной цапфы вала, снабжается открытым с торца пустым пространством, не предусматривая на ограничивающих (внутренних) поверхностях этого пустого пространства притуплений, например, шпоночного паза или зубчатого венца, которые могли бы служить для образования соединения с внешним валом.
Вместо внутренней стороны пустотелого вала подобные притупления выполняются на внешнем периметре пустотелого вала.
При этом изобретение основано на том, что при пустотелом исполнении вала толщины стенок в области вала существенно сокращены по сравнению со сплошным валом, и вследствие этого возможно литье конструктивного элемента, включающего в себя водило планетарной передачи и вал, с выступающим в литейной форме вниз валом, так как таким образом поперечные сечения отливки тоньше на валу, чем на прилегающей боковой стенке водила планетарной передачи. Таким образом, находящаяся в основе изобретения идея может видеться в том, чтобы предусматривать на конструктивном элементе пустотелый вал, не используя пустое пространство пустотелого вала для образования соединения вал-ступица без возможности поворота, например, благодаря тому, что в пустое пространство пустотелого вала вставляется второй внешний вал, и, не направляя или не вводя средства или питающие линии через пустое пространство пустотелого вала. Это означает, что пустое пространство в первую очередь предусмотрено по причине улучшения способности конструктивного элемента к литью.
Более незначительная толщина стенки в области вала, чем у сплошного вала, обеспечивает в итоге более высокие значения прочности литого материала, следовательно, предоставляет более высокую механическую надежность и таким образом делает возможной передачу более высоких усилий и крутящих моментов.
Кроме того, благодаря пустотелому исполнению вала литейный материал экономится внутри вала, где он мог бы делать и без того лишь крайне незначительный вклад в несущую способность. Экономия материала приводит к существенному сокращению расходов и веса.
По сравнению с обычными валами, у которых для сокращения дефектов литья дополнительный материал накапливается на валу, в данном изобретении получается значительная экономия материала и сокращение расходов на механическую обработку, например на отрезание дополнительного материала на валу, и таким образом получается преимущество в издержках.
Благодаря литью с направленным вниз валом возможно образовывать литейные прибыли сбоку на литой детали. Вследствие этого значительно сокращается общая высота в литейной форме, например в литейной опоке. Таким образом, могут использоваться меньшие формовочные автоматы или вообще лишь один литейный автомат, что снова предоставляет преимущества в издержках.
Предпочтительные варианты осуществления и усовершенствования изобретения обозначены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Предпочтительно пустотелый вал выполнен в виде выходного вала. При этом конструктивный элемент может использоваться на выходной стороне планетарной передачи.
Согласно предпочтительному усовершенствованию изобретения подходящий для образования соединения вал-ступица соединительный элемент является шпоночным пазом или зубчатым венцом, в частности шлицевым зубчатым венцом. Отлитый полым вал может выполняться как в виде цилиндрического конца вала со шпоночным пазом, так и в другом виде с расположенными снаружи, то есть на внешнем периметре вала, рабочими поверхностями. Соединение вал-ступица пустотелого вала конструктивного элемента с помещенным на пустотелый вал вторым, внешним валом может осуществляться, например, при помощи выполненного на внешнем периметре пустотелого вала шпоночного паза или зубчатого венца. При этом вариант осуществления пустого пространства пустотелого вала следует учитывать уже при расчете параметров необходимого соединения вал-ступица.
Возможно, что пустотелый вал имеет форму полого цилиндра. Также возможно, что пустотелый вал имеет форму с коническим концом (усеченного конуса). Кроме того, возможно, что отверстие имеет круглую форму. Далее возможно, что пустое пространство имеет форму цилиндра, в частности форму круглого цилиндра. Альтернативно возможно, что пустое пространство имеет форму усеченного конуса. При этом преимущество здесь в том, что вал является симметричным относительно оси вращения, и таким образом конструктивный элемент можно просто изготавливать и использовать.
Предпочтительно внутренние поверхности пустотелого вала, то есть ограничивающие пустое пространство стенки, остаются после литья необработанными. В то время как у обычного пустотелого вала его внутренние поверхности должны совершать действие, в частности, по образованию соединения вал-ступица с вставленным в пустотелый вал вторым, внешним валом при помощи выполненного на внутренней поверхности пустотелого вала шпоночного паза или при помощи надетого на внешний периметр пустотелого вала стягивающего кольца, и, следовательно, после литья подвергаются последующей обработке, в данном изобретении внутренние поверхности не совершают действия помимо улучшения способности конструктивного элемента к литью. Вследствие того, что в данном изобретении внутренние поверхности пустотелого вала могут оставаться полностью необработанными, экономится рабочее время, и таким образом экономятся расходы.
Возможно, что пустое пространство по своей осевой длине имеет постоянный внутренний диаметр. При этом преимущество здесь в том, что изготовление, то есть литье, конструктивного элемента является простым.
Однако также возможно, что пустое пространство по своей осевой длине имеет изменяющийся внутренний диаметр, например, для того, чтобы придавать пустотелому валу определенные свойства, в частности, с точки зрения жесткости при кручении или изгибе. В частности, пустое пространство может сужаться в осевом направлении.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения толщина стенки пустотелого вала по направлению к водилу планетарной передачи увеличивается, предпочтительно ступенчато (в виде ступеней). При этом возможно, что внешний диаметр пустотелого вала по направлению к водилу планетарной передачи увеличивается, предпочтительно ступенчато. Таким образом, переход толщины стенки между валом и боковой стенкой водила планетарной передачи выполнен постепенным. Такой постепенный переход толщины стенки уменьшает склонность к образованию дефектов в переходной области между валом и боковой стенкой водила планетарной передачи.
Согласно предпочтительному варианту осуществления водило планетарной передачи включает в себя боковую стенку, на которой расположен осевой конец пустотелого вала.
Согласно предпочтительному варианту осуществления водило планетарной передачи включает в себя две параллельные, соединенные друг с другом перемычками боковые стенки, причем осевой конец пустотелого вала расположен на одной стороне одной из боковых стенок, которая отвернута от другой боковой стенки. Преимуществом этой геометрически понятной и простой конструкции является простая реализуемость изготовления конструктивного элемента и возможность беспроблемной установки планетарных зубчатых колес в водило планетарной передачи. Однако также возможно, что водило планетарной передачи имеет более чем две боковые стенки, причем пустотелый вал выполнен на одной из этих боковых стенок.
Согласно предпочтительному усовершенствованию боковые стенки выполнены в каждом случае в виде квадратной пластины с закругленными углами, боковые стенки имеют опорные гнезда для расположения планетарных зубчатых колес между обеими боковыми стенками, и перемычки расположены в области углов. Преимуществом этой геометрически понятной и простой конструкции является простая реализуемость изготовления конструктивного элемента и возможность беспроблемной установки планетарных зубчатых колес в водило планетарной передачи. Также возможно, что боковые стенки выполнены в виде треугольной пластины или вообще в виде многоугольника. При этом количество расположенных на боковых стенках опорных мест для опор планетарных зубчатых колес может варьироваться. Например, возможно, что на треугольных боковых стенках количество опорных мест составляет три, на квадратных боковых стенках количество опорных мест составляет четыре, а на боковых стенках с N-ым количеством углов количество опорных мест вообще составляет N, где N - натуральное число.
В частности, предпочтительно то, что боковые стенки выполнены в каждом случае в виде квадратной пластины с закругленными углами, боковые стенки имеют опорные гнезда для расположения планетарных зубчатых колес между обеими боковыми стенками, и перемычки расположены в области углов. Преимуществом этой геометрически понятной, простой и компактной конструкции является простая реализуемость изготовления водила планетарной передачи и возможность беспроблемной установки планетарных зубчатых колес в водило планетарной передачи.
Согласно предпочтительному усовершенствованию пустое пространство доступно через отверстие на отвернутом от водила планетарной передачи первом, осевом конце пустотелого вала и/или через отверстие на противоположном, обращенном к водилу планетарной передачи, втором, осевом конце пустотелого вала.
В частности, говоря о данном изобретении, речь идет о водиле планетарной передачи с прилитой, полой, выходной цапфой для цилиндрического конца вала с расположенным снаружи шпоночным пазом или наружным, шлицевым, зубчатым венцом.
Соответствующая изобретению планетарная передача включает в себя соответствующий изобретению конструктивный элемент или конструктивный элемент согласно одному из вышеуказанных усовершенствований.
Согласно предпочтительному усовершенствованию соответствующей изобретению планетарной передачи пустотелый вал образует выходную цапфу планетарной передачи. Альтернативно также возможно, что пустотелый вал является приводной цапфой планетарной передачи.
Далее изобретение разъясняется посредством нескольких примеров осуществления с помощью приложенных чертежей. На чертежах:
фиг. 1 показывает вид конструктивного элемента согласно первому примеру осуществления;
фиг. 2 показывает первый разрез конструктивного элемента с фиг. 1;
фиг. 3 показывает второй разрез конструктивного элемента с фиг. 1;
фиг. 4 показывает вид конструктивного элемента согласно дальнейшему примеру осуществления;
фиг. 5 показывает разрез конструктивного элемента с фиг. 4;
фиг. 6 показывает разрез модели для литейной формы с присоединенными литейными прибылями;
фиг. 7 показывает разрез конструктивного элемента согласно дальнейшему примеру осуществления, в котором пустотелый вал на своих обоих осевых концах имеет в каждом случае отверстие; и
фиг. 8 показывает разрез конструктивного элемента согласно дальнейшему примеру осуществления, в котором отвернутый от водила планетарной передачи торец пустотелого вала закрыт.
Фиг. 1 и 2 показывают отлитый за одно целое конструктивный элемент 1 для планетарной передачи на наклонном виде в перспективе и соответственно на разрезе по оси 11 вращения конструктивного элемента 1. Конструктивный элемент 1 включает в себя водило 2 планетарной передачи, состоящее из двух расположенных параллельно пластинообразных, боковых стенок 8а и 8b, которые соединены друг с другом четырьмя перемычками 9, которые проходят перпендикулярно к плоскостям пластин. Боковые стенки 8а и 8b в каждом случае имеют форму квадрата с закругленными углами, как показывает изображенный на фиг. 3 разрез через водило 2 планетарной передачи перпендикулярно к оси 11 вращения с видом на первую боковую стенку 8а. При этом каждый угол первой боковой стенки 8а соединен одной из перемычек 9 с соответствующим углом другой боковой стенки 8b таким образом, что образуется обойма (клетка) для приема четырех планетарных зубчатых колес. Выполненные в виде сквозных отверстий боковых стенок 8а и 8b опорные гнезда 10р для установки осей планетарных зубчатых колес расположены в каждом случае между соседними перемычками 9 на противоположных боковых стенках 8а и 8b.
Кроме того, конструктивный элемент 1 включает в себя выполненный в виде пустотелого вала выходной вал 3, внутри которого во время изготовления конструктивного элемента 1 посредством литья было образовано пустое пространство 4, как изображено на фиг. 2. При этом имеющее форму круглого цилиндра пустое пространство 4 имеет одинаковый диаметр по всей своей осевой длине.
Пустое пространство 4 доступно через круглое отверстие 5 на осевом конце 6 выходного вала 3. Противоположный конец выходного вала 3 прилегает за одно целое к первой боковой стенке 8а водила планетарной передачи. Конструктивный элемент 1 выполнен таким образом, что водило 2 планетарной передачи образует первый осевой конец конструктивного элемента 1, а пустотелый вал 3, противоположный первому осевому концу конструктивного элемента, второй, осевой конец конструктивного элемента 1. При этом пустое пространство 4 перекрыто внутри пустотелого вала 3 первой боковой стенкой 8а, которая в этом месте имеет с соосным расположением опорное гнездо 10s для опоры вала солнечной шестерни. При этом оси 11 вращения выходного вала 3 и водила 2 планетарной передачи совпадают, так как выходной вал 3 и водило 2 планетарной передачи расположены соосно друг относительно друга. Отвернутая от выходного вала 3 боковая стенка 8b имеет осевое сквозное отверстие 12 для введения вала солнечной шестерни. Внешний диаметр пустотелого вала 3 ступенчато увеличивается по направлению к водилу 2 планетарной передачи; таким образом, ввиду неизменного внутреннего диаметра пустого пространства 4 также ступенчато увеличивается толщина стенки пустотелого вала 3 по направлению к водилу 2 планетарной передачи.
На внешнем периметре выходного вала 3 выполнен шпоночный паз 7 на определенную осевую длину. В данном примере осуществления паз 7 начинается на открытом осевом конце 6 пустотелого вала 3 и распространяется приблизительно на две трети оси вала. Этот паз 7 служит для того, чтобы соединять выходной вал 3 с валом рабочей машины.
Фиг. 4 и 5 показывают конструктивный элемент 1 согласно дальнейшему примеру осуществления, который выполнен аналогично показанному на фиг. 1-3 первому примеру осуществления за исключением соединительного элемента 7: в противоположность к первому примеру осуществления в изображенном на фиг. 4 и 5 примере осуществления соединительный элемент 7 выполнен в виде расположенного на внешнем периметре пустотелого вала 3 шлицевого, зубчатого венца. Кроме того, осевая длина пустотелого вала 3 значительно меньше, чем в первом примере осуществления.
Фиг. 6 показывает разрез модели для литейной формы с присоединенными литейными прибылями. Говоря о модели для литейной формы, речь идет о конструктивном элементе, включающем в себя водило 2 планетарной передачи и пустотелый вал 3, во время изготовления в процессе литья. Литейный материал подается через расположенные сбоку на водиле 2 планетарной передачи литейные прибыли 14.
Благодаря литью с направленным в литейной форме вниз валом возможно присоединять литейные прибыли 14 сбоку на отливке. Вследствие этого сокращается общая высота в литейной форме, например в литейной опоке.
Фиг. 7 показывает разрез конструктивного элемента 1 согласно дальнейшему примеру осуществления. При этом пустотелый вал 3 на своих обоих осевых концах в каждом случае имеет отверстие 5 и 13, через которые доступно пустое пространство 4 внутри пустотелого вала 3. Таким образом, пустое пространство 4 доступно как через первое круглое отверстие 5 на первом, отвернутом от водила 2 планетарной передачи, осевом конце 6 вала 3, так и через второе круглое отверстие 13 на втором, обращенном к водилу 2 планетарной передачи, осевом конце вала 3. Таким образом, по сравнению с показанным на фиг. 1-3 первым примером осуществления в изображенном на фиг. 7 примере осуществления отсутствует перегородка, которая перекрывает пустое пространство 4 на обращенном к водилу 2 планетарной передачи осевом конце пустотелого вала 3.
Фиг. 8 показывает разрез конструктивного элемента 1 согласно дальнейшему примеру осуществления, который выполнен аналогично показанному на фиг. 7 примеру осуществления за исключением отвернутого от водила 2 планетарной передачи осевого конца 6 вала 3: в противоположность к примеру осуществления с фиг. 7 в изображенном на фиг.8 примере осуществления торцевая стенка 15 закрывает отвернутый от водила 2 планетарной передачи осевой конец 6 вала 3.
Таким образом, пустотелый вал 3 имеет на первом, обращенном к водилу 2 планетарной передачи, осевом конце вала 3 отверстие 13, через которое доступно пустое пространство 4 внутри пустотелого вала 3. Таким образом, выполненный на первой боковой стенке 8а водила 2 планетарной передачи вал 3 имеет открытое для водила 2 планетарной передачи пустое пространство 4. Противоположный первому осевому концу вала второй, осевой конец 6 вала 3 имеет в противоположность к этому торцевую стенку 15, так что расположенное внутри пустотелого вала 3 пустое пространство 4 закрыто на этом втором осевом конце 6 от внешней среды вала 3.
При этом толщина торцевой стенки 15 предпочтительно меньше или равна толщине стенки, прилегающей к торцевой стенке 15 цилиндрической оболочки пустотелого вала 3. В этом случае при литье конструктивного элемента 1 может происходить определенная, направленная кристаллизация жидкого металла, начиная с торцевой стенки 15 с ее относительно небольшой толщиной, через постоянно увеличивающуюся толщину стенки цилиндрической оболочки по направлению к относительно толстостенной, боковой стенке водила 2 планетарной передачи, откуда поступает литейный материал.
Несмотря на то что изобретение в деталях было более подробно разъяснено и описано посредством предпочтительных примеров осуществления, изобретение не ограничено раскрытыми примерами, и другие варианты осуществления могут предлагаться специалистом, не выходя за рамки объема защиты изобретения.