EA016184B1

EA016184B1 - Двухступенчатый планетарно-цевочный редуктор

Info

Publication number: EA016184B1
Application number: EA201001210A
Authority: EA
Inventors: Михаил Владимирович Рудновский
Original assignee: Общество С Дополнительной Ответственностью "Дискомс"
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2012-03-30
Also published as: EA201001210A1

Abstract

Изобретение относится к машиностроению, в частности к приводным механизмам, и может быть использовано в робототехнике и в станочных приводах. Заявленный двухступенчатый планетарно-цевочный редуктор включает установленный на жестко связанных между собой двух неподвижных фланцах поворотный корпус, на внутренней поверхности которого установлены оси, находящиеся в зацеплении с эпициклоидальными зубьями сателлитов, причем каждый сателлит установлен на трех ведомых валах, равномерно размещенных по окружности и закрепленных во фланцах с возможностью вращения, при этом ведомые валы посредством зубчатой передачи кинематически связаны с центрально расположенным входным валом, три одинаковых сателлита установлены на ведомых валах через эксцентриковые подшипники с поворотом каждого сателлита на угол 120°, при этом количество осей поворотного корпуса, количество зубьев зубчатых колес ведомых валов и шестерен входного вала кратно трем. В частном случае выполнения зубчатая передача между ведомыми валами и входным валом может быть выполнена двухрядной, на шлицах ведомого вала последовательно установлены первое зубчатое колесо, три эксцентриковых подшипника с сателлитами и второе зубчатое колесо, а количество шлицев на ведомых валах кратно трем. Кроме того, одинаковые шестерни входного вала могут быть установлены на шлицах, зубья шестерен входного вала нарезаны со смещением относительно шлицев на величину, равную 1/2 зазора в зубчатом зацеплении, а шестерни установлены оппозитно. Также два неподвижных фланца могут быть соединены между собой при помощи ступенчатых пальцев, центральная ступень которых выполнена утолщенной.

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к приводным механизмам, и может быть использовано в робототехнике и в станочных приводах.

Из уровня техники известен редуктор с циклоидальным зацеплением [1], содержащий корпус, ведущий вал с закрепленным на нем двухвенцовым сателлитом, неподвижно закрепленное первое солнечное колесо и ведомый вал со вторым солнечным колесом. Кроме того, в зацеплении между рабочими поверхностями солнечных колес и зубчатого венца сателлита формируются зазоры, которые заполняются упругим слоем рабочей жидкости, подводимой под давлением.

Данный редуктор позволяет передавать большие крутящие моменты и, кроме того, в отличие от редукторов с эвольвентным зацеплением обеспечивает повышенный КПД. Однако редуктор имеет сложную конструкцию, в частности, из-за наличия множества уплотнений и необходимости точно выставлять зазоры между элементами редуктора, а также нетехнологичен из-за необходимости изготовления двух солнечных колес.

Известен планетарно-цевочный редуктор [2], выбранный в качестве прототипа, содержащий корпус, фланец, входной вал, выходное поворотное звено с осями-цевками, находящимися в постоянном зацеплении и взаимодействии с эпициклоидальными зубьями двух сателлитов, расположенных на трех эксцентриковых валах, равномерно размещенных в окружном направлении в подшипниковых опорах корпуса и фланца, которые жестко связаны между собой посредством перемычек или пальцев, проходящих через окна сателлитов, при этом эксцентриковые валы посредством зубчатой передачи кинематически связаны с центрально расположенным входным валом.

Существенным недостатком данной конструкции является невозможность для комплекта из двух сателлитов провести совместную обработку эпициклоидального профиля и боковых отверстий, так как при оппозитной установке профиль сателлитов не совпадает.

К недостаткам данной конструкции следует также отнести и сложность изготовления эксцентриковых валов, так как выполненные на них по две эксцентриковые поверхности под роликовые подшипники и шлицы под установку зубчатых колес требуют точного совпадения своих плоскостей симметрии, что довольно сложно обеспечить, соблюдая требуемую точность.

Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение изготовления редуктора с одновременным повышением жесткости конструкции, несущей способности, кинематической точности, надежности и ресурса работы редуктора.

Технический результат достигается тем, что в двухступенчатом планетарно-цевочном редукторе, включающем установленный на жестко связанных между собой двух неподвижных фланцах поворотный корпус, на внутренней поверхности которого установлены оси, находящиеся в зацеплении с эпициклоидальными зубьями сателлитов, причем каждый сателлит установлен на трех ведомых валах, равномерно размещенных по окружности и закрепленных во фланцах с возможностью вращения, при этом ведомые валы посредством зубчатой передачи кинематически связаны с центрально расположенным входным валом, три одинаковых сателлита установлены на ведомых валах через эксцентриковые подшипники с поворотом каждого сателлита на угол 120°, при этом количество осей поворотного корпуса, количество зубьев зубчатых колес ведомых валов и шестерен входного вала кратно трем.

В частном случае выполнения зубчатая передача между ведомыми валами и входным валом может быть выполнена двухрядной, на шлицах ведомого вала последовательно установлены первое зубчатое колесо, три эксцентриковых подшипника с сателлитами и второе зубчатое колесо, а количество шлицев на ведомых валах кратно трем.

Кроме того, на шлицах входного вала могут быть установлены одинаковые шестерни, зубья шестерен входного вала нарезаны со смещением относительно шлицев на величину, равную 1/2 зазора в зубчатом зацеплении, а шестерни установлены оппозитно.

Помимо этого, два неподвижных фланца могут быть соединены между собой при помощи ступенчатых пальцев, центральная ступень которых выполнена утолщенной.

На приведенных чертежах показано:

фиг. 1 - продольное сечение двухступенчатого планетарно-цевочного редуктора;

фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;

фиг. 3 - схема распределения нагрузки между осями и сателлитами;

фиг. 4 - схема распределения нагрузки между осями и сателлитами редуктора прототипа;

фиг. 5а - шестерня входного вала;

фиг. 5б - выноска А на фиг. 6а.

Двухступенчатый планетарно-цевочный редуктор (фиг. 1) включает поворотный корпус 1, который установлен на неподвижных фланцах 2, 3 через конические подшипники 4. Фланцы 2, 3 жестко связаны между собой пальцами 5.

Между фланцами 2 и 3 установлен сателлитный блок, включающий три сателлита 6 с эпициклоидальным профилем зубьев. Сателлиты 6 находятся в зацеплении с осями 7, установленными в посадочных гнездах на внутренней поверхности поворотного корпуса 1. В сателлитах 6 выполнены отверстия, через которые проходят пальцы 5. Сателлиты 6 установлены через эксцентриковые подшипники 8 со смещением по фазе на 120° на трех ведомых валах 9. Для обеспечения эксцентриситета в подшипниках 8

- 1 016184 отверстие внутреннего кольца может быть выполнено эксцентрично. Опорами ведомых валов 9 служат конические подшипники 10, расположенные в неподвижных фланцах 2, 3, причем ведомые валы 9 равномерно размещены по окружности. По краям сателлитного блока на ведомых валах 9 установлены зубчатые колеса 11, находящиеся в зацеплении с шестернями 12 входного вала 13.

Количество осей 7 кратно трем и может выбираться, например, из ряда 30, 36, 42, 48, 54, 60, 72, 90, 120. Количество зубьев на сателлите 6 на единицу меньше количества осей 7. Количество зубьев на зубчатых колесах 11 и шестернях 12 также кратно трем.

В циклоидальном (эпициклоидальном) зацеплении планетарной передачи в контакте находятся все зубья сателлита, а передачу нагрузки при установке одного сателлита производят не менее 1/3 его зубьев. При оппозитной установке двух сателлитов (как в прототипе) эта величина достигает 2/3. При установке трех сателлитов с разворотом каждого на угол 120°, общее количество зубьев, участвующих в передаче нагрузки будет равно количеству зубьев одного сателлита, что на 50% увеличивает многопарность всего зацепления по сравнению с оппозитной установкой сателлитов в прототипе, т.е. при установке трех сателлитов все оси одновременно обеспечивают передачу нагрузки сателлитам. Кроме того, установка трех сателлитов 6 с поворотом каждого на угол 120° увеличивает угол зоны контакта зубьев сателлитов 6 с каждой из осей (цевок) 7. На фиг. 3 и 4 для сателлитов с одинаковым количеством зубьев показано, каким сателлитам 6 передает нагрузку каждая из осей 7 при установке трех (заявленное изобретение) и двух (прототип) сателлитов соответственно.

Заявленная конструкция редуктора исключает прерывание зацепления и обеспечивает равномерное распределение нагрузок по всем сателлитам. Увеличенные многопарность зацепления и угол зоны контакта зубьев сателлитов приводят к повышению нагрузочной способности передачи и ее кинематической точности, увеличивает надежность, а также повышает ресурс работы редуктора и всего привода.

Установка сателлитов 6 на ведомых валах 9 через эксцентриковые подшипники 8 упрощает изготовление редуктора за счет повышения технологичности. В прототипе на ведомых валах выполнены две эксцентриковые шейки, что является исключительно сложной задачей, поскольку представляется весьма сложным выполнение эксцентриситета одинаковой величины на трех разных валах, в свою очередь обработка внутренних колец подшипников по заявленному изобретению может вестись пакетом на единой технологической базе. Кроме того, установка сателлитов 6 с шагом 120° позволяет производить их совместную обработку, поскольку эпициклоидальный профиль и боковые отверстия в данном случае, в отличие от прототипа, совпадают.

Зубчатая передача между ведомыми валами 9 и входным валом 13 является первой понижающей ступенью редуктора. В предпочтительном варианте исполнения она выполняется двухрядной. Двухрядная установка прямозубой зубчатой передачи приводит к равномерному распределению входной мощности на три ведомых вала второй циклоидальной ступени редуктора и исключает перекос. Кроме того, эксцентриковые подшипники 8 и зубчатые колеса 11 могут быть установлены на ведомых валах 9 при помощи шлицевого соединения, причем последовательно устанавливают первое зубчатое колесо, три эксцентриковых подшипника 8 с сателлитами 6 и второе зубчатое колесо. Количество шлицев на ведомых валах при этом кратно трем. Этим обеспечивается упрощение процесса сборки, так как для оптимальной работы передачи необходима точная ориентация плоскостей симметрии эксцентриковых подшипников 8 и зубчатых колес 11, обеспечение чего значительно облегчается при использовании шлицевого соединения с числом шлиц, кратным трем.

Кроме того, в частном случае выполнения для обеспечения беззазорного (безлюфтового) соединения между шестернями 12 и зубчатыми колесами 11 шестерни 12 устанавливают на входной вал 13 при помощи шлицевого соединения. При этом шестерни 12 изготавливают одинаковыми и нарезают зубья со смещением относительно шлицев на величину α, равную 1/2 зазора в зубчатом зацеплении (фиг. 5б), причем шестерни устанавливают оппозитно, с разворотом относительно плоскости симметрии на 180° таким образом, чтобы смещение зубьев между ними составляло величину зазора в зубчатом зацеплении. Это особенно важно при реверсивной работе редуктора, поскольку позволяет за счет отсутствия люфта обеспечить максимальную точность перемещений механизмов, например в исполнительных органах станков. Кроме того, данный способ выборки зазора в зацеплении является простым и технологичным, а также весьма надежным, поскольку не требует дополнительных элементов и позволяет использовать одинаковые шестерни.

Тип соединения неподвижных фланцев 2, 3 определяет крутильную жесткость конструкции редуктора. В силовом варианте конструкции прототипа неподвижные фланцы соединяются между собой через перемычки, которые выполнены за одно целое в одном из фланцев и проходят через фигурные окна в сателлитах. В предпочтительном варианте выполнения заявленного изобретения пальцы 5, соединяющие два неподвижных фланца 2 и 3, изготовлены ступенчатыми, причем их центральная часть, выполненная с увеличенным диаметральным сечением, является не только опорной и дистанционной, но и одновременно служит дополнительным местом линейного контакта сателлитов 6 при их планетарном движении. Такая конструкция пальцев не только обеспечивает необходимую жесткость конструкции, но и делает ее более технологичной. Фланцы в этом случае выполняются без перемычек, а цилиндрические отверстия под пальцы в сателлитах, по сравнению с фигурными в прототипе, повышают не только технологичность

- 2 016184 детали, но и ее прочность.

Двухступенчатый планетарно-цевочный редуктор работает следующим образом. Вращение от вала приводного двигателя (на чертеже не показан) передается входному валу 13, шестерни 12 которого, находящиеся в зацеплении с зубчатыми колесами 11, вызывают вращение ведомых валов 9. Вращение установленных на ведомых валах 9 эксцентриковых подшипников вызывает планетарное движение установленных на них сателлитов 6. Циклоидальные зубья сателлитов 6 входят в зацепление с осями 7 поворотного корпуса 1 и вызывают вращение поворотного корпуса, который является выходным звеном. Опорным звеном в данном редукторе являются фланцы 2, 3.

Двухступенчатый планетарно-цевочный редуктор позволяет упростить изготовление и сборку редуктора за счет повышения технологичности и одновременно повысить жесткость конструкции, несущую способность, увеличить кинематическую точность, обеспечить повышение надежности и ресурса редуктора.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Двухступенчатый планетарно-цевочный редуктор, включающий установленный на жестко связанных между собой двух неподвижных фланцах поворотный корпус, на внутренней поверхности которого установлены оси, находящиеся в зацеплении с эпициклоидальными зубьями сателлитов, причем каждый сателлит установлен на трех ведомых валах, равномерно размещенных по окружности и закрепленных во фланцах с возможностью вращения, при этом ведомые валы посредством зубчатой передачи кинематически связаны с центрально расположенным входным валом, отличающийся тем, что три одинаковых сателлита установлены на ведомых валах через эксцентриковые подшипники с поворотом каждого сателлита на угол 120°, при этом количество осей поворотного корпуса, количество зубьев зубчатых колес ведомых валов и шестерен входного вала кратно трем.
2. Редуктор по п.1, отличающийся тем, что зубчатая передача между ведомыми валами и входным валом выполнена двухрядной, на шлицах ведомого вала последовательно установлены первое зубчатое колесо, три эксцентриковых подшипника с сателлитами и второе зубчатое колесо, а количество шлицев на ведомых валах кратно трем.
3. Редуктор по п.1 или 2, отличающийся тем, что одинаковые шестерни входного вала установлены на шлицах, зубья шестерен входного вала нарезаны со смещением относительно шлицев на величину, равную 1/2 зазора в зубчатом зацеплении, а шестерни установлены оппозитно.
4. Редуктор по п.1, отличающийся тем, что два неподвижных фланца соединены между собой при помощи ступенчатых пальцев, центральная ступень которых выполнена утолщенной.