Результат интеллектуальной деятельности: ОДНОРЯДНЫЙ ПЛАНЕТАРНЫЙ РЕДУКТОР

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в энергетике, автомобилестроении, металлургии и других видах промышленных производств для снижения веса оборудования, повышения надежности и использования унифицированных деталей.

Известен однорядный планетарный редуктор [1, с. 434-442; 2, с. 289-290; 3, с. 89], включающий в свой состав зубчатые колеса с движущимися геометрическими осями (сателлиты), систему, несущую оси сателлитов (водило), внутреннее зубчатое колесо, вокруг которого обкатываются сателлиты - центральное или солнечное колесо и наружное зубчатое колесо, по которому обкатываются сателлиты - центральное или, если оно неподвижно, тогда опорное колесо или коронная шестерня. Количество сателлитов чаще всего варьируется от двух до шести. Передаточное отношение обычно не выше 10.

В литературе [2, с. 289] как достоинство планетарной передачи отмечается «многопоточность передачи энергии несколькими зубчатыми парами параллельно» и, как следствие, - малые габаритные размеры и масса редуктора. Однако практика эксплуатации планетарных редукторов привела доктора технических наук Л.Н. Решетова к выводу: [3, с 94] «При расчете на прочность и долговечность многосателлитных планетарных передач следует учитывать неравномерность распределения нагрузки по сателлитам. Даже в весьма точно изготовленных планетарных передачах, судя по контактным напряжениям, при которых выкрашиваются рабочие поверхности зубьев, нагрузка по сателлитам распределяется так, как если бы работали примерно два сателлита из трех.» Таким образом, в реально работающих планетарных редукторах нагрузки по сателлитам неравномерны, что вызывает радиальные усилия на подшипники валов водила и солнечной шестерни. Это приводит к ускоренному выходу из строя этих подшипников, а также солнечной шестерни и перегруженных сателлитов, т.е. лишает планетарный редуктор его преимуществ перед обычным цилиндрическим редуктором.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является однорядный планетарный редуктор BHS - Stoeckicht [4, с. 571], у которого коронная шестерня установлена в корпусе редуктора в сферической чашке, что позволяет ей самоустанавливаться при действии на нее осевых нагрузок. От вращения коронная шестерня предохранена шлицевым соединением. Зубчатые зацепления редуктора - косозубые. Число сателлитов - 3. При перегрузке одного из сателлитов его осевые усилия поворачивают коронную шестерню до тех пор, пока не выравняются осевые нагрузки всех трех сателлитов, а значит, выравниваются и окружные нагрузки.

Недостатками указанного редуктора является то, что он может иметь только три сателлита, когда коронная шестерня устойчиво и без зазоров устанавливается на трех опорах, кроме того, возникающие при повороте коронной шестерни перекосы приводят к неравномерным контактным напряжениям по длине зубьев коронной шестерни и сателлитов, более высоким в местах контакта.

Процесс самоустановки коронной шестерни связан с перегруженным сателлитом и с ним же связан процесс выравнивания нагрузок. С вращением водила «вращается» процесс самоустановки коронной шестерни, т.е. она в чашке корпуса и шлицах совершает качательные движения с частотой вращения водила. Этот процесс протекает при полных нагрузках редуктора и вызывает износ деталей коронной шестерни и чашки корпуса редуктора.

Задачей изобретения является создание однорядного планетарного редуктора с числом сателлитов от двух до шести с равномерно распределенной нагрузкой между ними, без перекосов зубчатых зацеплений и изготовленного из однотипных деталей, могущих быть созданными с высокой точностью. Кроме того, редуктор должен выполнять функции упругой муфты.

Поставленная задача достигается тем, что в однорядном планетарном редукторе, содержащем солнечную шестерню, водило, сателлиты и коронную шестерню, оси сателлитов установлены в подушках (корпусах) с возможностью перемещения их в пределах 3-4 мм в окнах дисков водила, выполненных по дугам окружности, подушки расположены между сильфонами, а сильфоны упираются в диски водила, внутри сильфоны заполнены маслом под давлением 0,1-0,2 МПа, причем все сильфоны, расположенные впереди подушек (по ходу движения водила), соединены трубопроводами в одну замкнутую систему, а расположенные сзади подушек - во вторую систему.

На фиг. 1 - пример конструктивного выполнения планетарного редуктора с тремя сателлитами (водило снято); на фиг. 2 показана принципиальная схема предлагаемого редуктора; на фиг. 3а, б, в - схема выбора зазора у сателлитов, не контактирующих с зубьями солнечной шестерни и коронной шестерней; на фиг. 4 - усилия, передаваемые сателлитами при полной внешней нагрузке редуктора.

В предлагаемом редукторе солнечная шестерня 1 (фиг. 1) находится в зацеплении с окружающими ее сателлитами 2а, 2б, 2в, расположенными между солнечной шестерней 1 и коронной шестерней 3. В дисках 4 водила выполнены окна 5 по числу сателлитов редуктора (от 2 до 6) в форме частей кольца, в которых, с возможностью скольжения в пределах 3-4 мм, установлены подушки 6а, 6б, 6в, несущие оси сателлитов. Впереди подушек, если солнечная шестерня и водило вращаются по часовой стрелке, расположены сильфоны 7а, 7б, 7в, которые упираются одной стороной в соответствующую подушку 6а, 6б, 6в, а другой стороной в диск 4 водила. Эти сильфоны через резьбовые отверстия 8а, 8б, 8в соединены между собой трубопроводом 9а в замкнутую систему, которая заполнена маслом под давлением 0,1-0,2 МПа. Сильфоны 12а, 12б, 12в, расположенные сзади подушек 6а, 6б, 6в, соединены трубопроводом 13а в замкнутую самостоятельную систему, находящуюся под давлением в 0,1-0,2 МПа.

Два диска 4 водила и само водило соединены болтами, проходящими через отверстия 9 (фиг. 1), осевая центровка дисков и водила осуществлена заточкой 10 (фиг. 1), а неизменность угловой установки обеспечена штифтами 11 (фиг. 1), установленными перед механической обработкой дисков 4 и водила.

Предлагаемый редуктор работает следующим образом.

При вращении по часовой стрелке вала солнечной шестерни 1 (фиг. 2) и отсутствии внешней нагрузки на выходном валу 2 (водиле) редуктора, движение водила осуществляется за счет только одного сателлита (например, сателлита 2а), контактирующего зубьями с коронной шестерней 3. Два других сателлита 2б и 2в, оси которых установлены в подушках в дисках водила с допустимой ошибкой и не контактируют своими зубьями с коронной шестерней 3, в осуществлении движения водила не участвуют. Их зубья находятся на некотором расстоянии (в пределах ошибки изготовления и монтажа) от зубьев коронной шестерни 3 (фиг. 3а). Эта величина для 5-го квалитета изготовления деталей и их монтажа не выходит за пределы 0,1 мм.

С появлением внешней нагрузки, незначительно превышающей нагрузку холостого хода, сателлит 2а (фиг. 2) перемещает подушку 6а, установленную с возможностью скольжения в окне 5 диска водила 4, сжимает сильфон 7а, создает в нем давление, которое по трубопроводу 9а передается в сильфоны 7б и 7в. Эти сильфоны удлиняются и перемещают подушки 6б и 6в с соответствующими сателлитами 2б и 2в. Зазоры между зубьями сателлитов 2б и 2в и зубьями коронной шестерни уменьшаются и при определенной внешней нагрузке зубья сателлита 2б, имеющего меньшую ошибку изготовления и монтажа Δ₁ (фиг. 3а), начинают контактировать с зубьями коронной шестерни 3 Δ₁=0 (фиг 3б). Сателлит 2б начинает воспринимать внешнюю нагрузку. Дальнейшее увеличение нагрузки на валу 2 водила создает повышение давления в сильфонах 7а и 7б, которое по трубопроводу 9а передается в сильфон 7в, удлиняет его и перемещает подушку 6в с соответствующим сателлитом 2в до контакта с зубьями коронной шестерни 3 (фиг. 3в). Дальнейшее увеличение нагрузки на валу водила воспринимается практически равномерно уже всеми тремя сателлитами и одинаковая жесткость сильфонов при их деформации в один мм обеспечивает номинальную суммарную нагрузку редуктора Δ (фиг. 4, Q_ном).

Величина неравномерности усилий, передаваемых сателлитами, составляет (при номинальной нагрузке) не более 5% (фиг. 4). Деформация сильфонов в пределах 1-1,2 мм позволяет выполнять их с одним гофром, т.е. короткими и вполне допускающими создание однорядных планетарных редукторов с шестью сателлитами. Конструкция сильфонов однотипна, рабочие поверхности, примыкающие к дискам 4 водила и подушкам 2а, 2б, 2в, шлифуются и подушки полностью взаимозаменяемы. Подушки, несущие оси сателлитов, при очень малых перемещениях (в пределах 0,05-0,1 мм), скользят в направляющих параллельно самим себе и исключают перекос зубьев шестерен сателлитов, упругие деформации сильфонов под внешней нагрузкой позволяют редуктору выполнять функции упругих муфт. При изменении направления вращения редуктора работают сильфоны 12а, 12б, 12в, объединенные в систему трубопроводом 13а (фиг. 2).

Таким образом, поставленная задача решена.