RU2499931C2

RU2499931C2 - Friction planetary gear

Info

Publication number: RU2499931C2
Application number: RU2011137057/11A
Authority: RU
Inventors: Глеб Юрьевич Волков; Дмитрий Алексеевич Курасов
Original assignee: Глеб Юрьевич Волков; Дмитрий Алексеевич Курасов
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2013-11-27
Also published as: RU2011137057A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: friction planetary gear includes epicyclic roll (2) with inner working surface, solar roll (3) with outer working surface, carrier (4) and tree satellites (6, 7, 8), arranged between epicyclic and solar rolls in carrier slots. Two satellites (6 and 7) are hinged to carrier, and the third satellite (8) of the largest diameter is floating. Recurrent triplets of satellites are tandem in separate slots of carrier. Carrier is designed as a rod provided with the main longitudinal slot (I) for solar roll (3), transverse slots (II) for each floating satellite (8) and (III) for each two satellites (6, 7) hinged to carrier, and two minor longitudinal slots (IV, V) included in the main longitudinal slot (I) for axes (10) of satellites. During operation in gearbox mode movement is transmitted to solar roll (3) through external driving device (12).

EFFECT: increasing load-carrying capacity of transmission without increase of its radial dimensions.

5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно механическим передачам. Изобретение может найти применение в скважинном оборудовании и других областях, где необходимо минимизировать радиальный габаритный размер.The invention relates to mechanical engineering, namely to mechanical gears. The invention may find application in downhole equipment and other areas where it is necessary to minimize the radial overall dimension.

Известны многопоточные фрикционные планетарные передачи [US 1093922 (fig.2), DE 665767, GB 1311186, DE 665767, SU 528405 и др.], обладающие свойством самонатяжения фрикционных контактов в плоском контуре. Они содержат: эпициклический центральный каток с внутренней фрикционной поверхностью солнечный центральный каток с наружной фрикционной поверхностью; сателлиты, расположенные между двумя центральными катками в два слоя, причем сателлиты внутреннего слоя взаимодействуют с солнечным катком, а сателлиты внешнего слоя взаимодействуют с эпициклическим катком и сателлитами внутреннего слоя; водило, шарнирно связанное с сателлитами внутреннего или внешнего слоя. Основным недостатком данной схемы является малый допуск на изменение размеров тел качения, которое может иметь место в результате износа и упругой деформации. При самом незначительном уменьшении диаметров тел качения сателлиты внешнего слоя «провалятся» между сателлитами внутреннего слоя и эпициклическим катком. Таким образом, подобные передачи ненадежны. Кроме того, как и большинство фрикционных передач, эти передачи имеют сравнительно небольшую нагрузочную способность.Known multi-threaded friction planetary gears [US 1093922 (fig.2), DE 665767, GB 1311186, DE 665767, SU 528405 and others], with the property of self-tension of friction contacts in a flat circuit. They contain: an epicyclic central roller with an internal friction surface; a solar central roller with an external friction surface; satellites located between two central rollers in two layers, with the satellites of the inner layer interacting with the solar roller, and the satellites of the outer layer interacting with the epicyclic roller and satellites of the inner layer; carrier articulated to satellites of the inner or outer layer. The main disadvantage of this scheme is the small tolerance on the change in the size of the rolling elements, which can occur as a result of wear and elastic deformation. With the smallest decrease in the diameters of the rolling bodies, the satellites of the outer layer “fall through” between the satellites of the inner layer and the epicyclic roller. Thus, such transmissions are unreliable. In addition, like most friction gears, these gears have a relatively small load capacity.

Существуют фрикционные передачи с самонатяжением [US 1093922 (fig.3), US 3380312, US 3848476, US 3945270, US 4481842, GB 1461104, WO 2004/029480 и др.], содержащие: эксцентричные эпициклический каток с внутренней цилиндрической фрикционной рабочей поверхностью и солнечный каток с внешней цилиндрической фрикционной рабочей поверхностью; три ролика-сателлита разного диаметра, взаимодействующие с солнечным и эпициклическим катками; рычажное звено - стойку или водило, несущее оси, на которых закреплены два ролика, и упор для третьего ролика. К износу тел качения такие передачи значительно менее чувствительны, чем предыдущие. Недостатком данной схемы остается сравнительно небольшая нагрузочная способность передачи.There are self-tensioning friction gears [US 1093922 (fig.3), US 3380312, US 3848476, US 3945270, US 4481842, GB 1461104, WO 2004/029480 and others], containing: an eccentric epicyclic roller with an inner cylindrical friction work surface and solar roller with an external cylindrical friction working surface; three satellite rollers of different diameters interacting with the solar and epicyclic rollers; lever link - a rack or carrier that carries axes on which two rollers are fixed, and an emphasis for the third roller. Such gears are much less sensitive to wear of rolling bodies than previous ones. The disadvantage of this scheme is the relatively small transmission load capacity.

Наиболее близкой предлагаемой по конструкции является фрикционная передача [US 3380312 (fig.6)] - (прототип), которая содержит: эпициклический каток с внутренней рабочей поверхностью, солнечный каток с внешней рабочей поверхностью, водило и тройку сателлитов, расположенных между эпициклическим и солнечным катками, два из которых шарнирно связаны с водилом, а третий, имеющий наибольший диаметр, является плавающим.The closest proposed design is the friction gear [US 3380312 (fig.6)] - (prototype), which contains: an epicyclic roller with an internal working surface, a solar roller with an external working surface, a carrier and a triple of satellites located between the epicyclic and solar rollers , two of which are pivotally connected to the carrier, and the third, having the largest diameter, is floating.

Недостаток этой схемы, как и предыдущих, состоит в невысокой нагрузочной способности передачи. Увеличение осевого размера сателлитов повышает нагрузочную способность, но лишь до определенного предела. Слишком длинными сателлиты быть не могут из-за перекосов, возникающих в результате упругой деформации скручивания водила, а также по условиям его прочности.The disadvantage of this scheme, as well as the previous ones, is the low transmission load capacity. An increase in the axial size of the satellites increases the load capacity, but only to a certain limit. Satellites cannot be too long due to distortions arising as a result of elastic deformation of the carrier's twisting, as well as according to the conditions of its strength.

В основу изобретения поставлена задача расширения арсенала механических передач, а именно - создание технологичной конструкции фрикционной планетарной передачи, обладающей большой нагрузочной способностью при малых радиальных габаритах.The basis of the invention is the task of expanding the arsenal of mechanical gears, namely, the creation of a technological design of a friction planetary gear with a high load capacity with small radial dimensions.

Достигаемый технический результат - повышение нагрузочной способности передачи без увеличения ее радиальных габаритов.The technical result achieved is an increase in the transmission load capacity without increasing its radial dimensions.

Предлагаемая фрикционная планетарная передача, содержит эпициклический каток с внутренней рабочей поверхностью, солнечный каток с внешней рабочей поверхностью, водило и тройку сателлитов, расположенных между эпициклическим и солнечным катками в пазах водила, причем, два из этих сателлитов шарнирно связаны с водилом, а третий, имеющий наибольший диаметр, является плавающим. От прототипа передача отличается тем, что содержит повторяющиеся тройки сателлитов, последовательно расположенные в отдельных пазах водила.The proposed friction planetary gear contains an epicyclic roller with an internal working surface, a solar roller with an external working surface, a carrier and a triple of satellites located between the epicyclic and solar rollers in the grooves of the carrier, moreover, two of these satellites are pivotally connected to the carrier, and the third, having the largest diameter is floating. The transmission differs from the prototype in that it contains repeating triples of satellites sequentially located in individual carrier grooves.

Наличие повторяющихся троек (т.е. рядов) сателлитов, работающих одновременно, обеспечивает многократное увеличение нагрузочной способности передачи.The presence of repeating triples (i.e., rows) of satellites operating simultaneously provides a multiple increase in the transmission load capacity.

Наиболее технологичной является конструкция, в которой водило представляет собой единую деталь, выполненную в виде стержня, имеющего главный продольный паз для солнечного катка, поперечные пазы для каждого плавающего сателлита и для каждых двух сателлитов, шарнирно связанных с водилом, а также два малых продольных паза для осей сателлитов, которые выходят в главный продольный паз.The most technologically advanced is the design in which the carrier is a single part made in the form of a rod having a main longitudinal groove for the solar roller, transverse grooves for each floating satellite and for every two satellites pivotally connected to the carrier, as well as two small longitudinal grooves for satellite axes that extend into the main longitudinal groove.

В том случае, если передача реверсивная, ось плавающего сателлита каждой тройки сателлитов в своем исходном положении расположена на центральной оси сечения соответствующего поперечного паза, а два сателлита, шарнирно связанные с водилом, имеют одинаковые диаметры.In the event that the transmission is reversible, the axis of the floating satellite of each triple of satellites in its initial position is located on the central axis of the cross section of the corresponding transverse groove, and two satellites pivotally connected to the carrier have the same diameters.

Если передача заведомо нереверсивная, ее долговечность может быть дополнительно увеличена за счет того, что ось плавающего сателлита каждой тройки сателлитов в своем исходном положении расположена со смещением относительно центральной оси сечения соответствующего поперечного паза, а два сателлита, шарнирно связанные с водилом, имеют разные диаметры.If the transmission is obviously irreversible, its durability can be further increased due to the fact that the axis of the floating satellite of each triple of satellites in its initial position is offset from the central axis of the cross section of the corresponding transverse groove, and the two satellites pivotally connected to the carrier have different diameters.

Для размещения в скважине целесообразно применять конструктивный вариант передачи, в котором эпициклический каток остановлен, а к солнечному катку, совершающему планетарное движение, вращающий момент прикладывается с помощью внешнего устройства, компенсирующего несоосность валов, например, с помощью карданного вала. В других областях применения может оказаться целесообразным эксплуатировать передачу при остановленном водиле.For placement in the well, it is advisable to use a constructive version of the transmission in which the epicyclic roller is stopped, and a torque is applied to the solar roller performing planetary motion using an external device that compensates for shaft misalignment, for example, using a cardan shaft. In other applications, it may be appropriate to operate the transmission with the carrier stopped.

Для того чтобы лучше продемонстрировать отличительные особенности изобретения, в качестве примера, не имеющего какого-либо ограничительного характера, ниже описан предпочтительный вариант реализации изобретения. В примере описана передача, в которой водило представляет собой единую, цельную деталь, выполненную в виде стержня, имеющего пазы. Выполнение водила сборным также возможно, но менее предпочтительно.In order to better demonstrate the distinguishing features of the invention, as an example, not having any restrictive nature, the preferred embodiment of the invention is described below. The example describes a transmission in which the carrier is a single, integral part made in the form of a rod having grooves. The implementation of the carrier team is also possible, but less preferred.

Пример реализации иллюстрируется чертежами, на которых представлено: на Фиг.1 - продольный осевой разрез устройства, на Фиг.2 и 3 - его поперечные разрезы, на Фиг.4 - водило в поперечном разрезе. На Фиг.5 показан поперечный разрез конструктивного варианта передачи, предназначенной для нереверсивной работы.An example implementation is illustrated by drawings, in which: FIG. 1 is a longitudinal axial section of the device, FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views thereof, and FIG. 4 is a cross-sectional carrier. Figure 5 shows a cross section of a structural embodiment of a transmission designed for non-reverse operation.

На Фигурах обозначено: 1- корпус устройства, 2 - эпициклический каток, 3 - солнечный каток, 4 - водило, 5 - вал водила, 6 и 7 - малые сателлиты, 8 - наибольший (плавающий) сателлит, 9 - осевые выступы на плавающем сателлите, 10 - оси малых сателлитов, 11 - подшипники, 12 - карданный вал, 13 - упорный шарик; главный продольный паз водила, II - поперечный паз для двух малых сателлитов. III - поперечный паз для плавающего сателлита, IV, V - малые продольные пазы для осей сателлитов; е - эксцентриситет эпициклического и солнечного катков.In the Figures, the following are indicated: 1 — device body, 2 — epicyclic roller, 3 — solar roller, 4 — carrier, 5 — carrier shaft, 6 and 7 — small satellites, 8 — largest (floating) satellite, 9 — axial protrusions on a floating satellite 10 - axis of small satellites, 11 - bearings, 12 - driveshaft, 13 - thrust ball; the main longitudinal groove of the carrier, II - the transverse groove for two small satellites. III - transverse groove for a floating satellite; IV, V - small longitudinal grooves for satellite axes; e - eccentricity of epicyclic and solar skating rinks.

Фрикционная планетарная передача содержит корпус (стойку) 1, с которым жестко связан эпициклический каток 2, имеющий внутреннюю рабочую поверхность. Солнечный каток 3, имеющий внешнюю цилиндрическую рабочую поверхность, с корпусом не связан (даже вращательной кинематической парой) - он плавающий. Водило 4 выполнено в виде стержня, имеющего главный продольный паз I для солнечного катка 3, и другие пазы. Водило 4 жестко соединено с валом 5, который в данном примере связан с корпусом 1 вращательной кинематической парой. Между эпициклическим 2 и солнечным 3 катками в поперечных пазах II, III водила 4, рядами, по три в каждом ряду, расположены сателлиты 6, 7, 8. Два малых сателлита 6 и 7 в каждой тройке шарнирно связаны с водилом, а третий сателлит 8 тройки, имеющий наибольший диаметр, является плавающим. Для каждой тройки сателлитов в водиле 4 выполнены по два поперечных паза (окна): один (паз II) для плавающего сателлита 8, а другой (паз III) для двух малых сателлитов 6 и 7.Friction planetary gear includes a housing (rack) 1, with which the epicyclic roller 2 is rigidly connected, having an internal working surface. A solar roller 3 having an external cylindrical working surface is not connected to the body (even a rotational kinematic pair) - it is floating. Drove 4 is made in the form of a rod having a main longitudinal groove I for the solar roller 3, and other grooves. The carrier 4 is rigidly connected to the shaft 5, which in this example is connected to the housing 1 by a rotational kinematic pair. Between the epicyclic 2 and the solar 3 rollers in the transverse grooves of carrier II, III, 4, in rows, three in each row, there are satellites 6, 7, 8. Two small satellites 6 and 7 in each triple are pivotally connected to the carrier, and the third satellite 8 the triple having the largest diameter is floating. For each triple of satellites in carrier 4, two transverse grooves (windows) are made: one (groove II) for the floating satellite 8, and the other (groove III) for two small satellites 6 and 7.

Плавающий сателлит 8 имеет осевые выступы 9 для уменьшения трения по торцу сателлита. Малые сателлиты 6 и 7 установлены на осях 10 с использованием подшипников 11 скольжения (как показано на чертежах) или качения. Водило 4 имеет два малых продольных паза IV, V, которые выходят в главный продольный паз I, для осей 10 сателлитов 6 и 7. На осях 10, в местах сопряжения с малыми пазами IV,V водила, выполнены вырезы (лыски), предотвращающие поворот и осевое смещение этих осей относительно водила. В примере, оси 10 выполнены длинными, общими для всех троек сателлитов, но возможно применение и более коротких осей, стыкующихся в местах их соединения с водилом. Плавающий солнечный каток 3 относительно эпициклического катка 2 и корпуса 1 расположен с эксцентриситетом е и совершает планетарное движение, поэтому вращающий момент к нему прикладывается с помощью внешнего устройства, компенсирующего несоосность валов, например, с помощью карданного вала 12. Для снижения трения между торцами солнечного катка 3 и вала 5, соединенного с водилом, в примере конструкции использован шарик 13.The floating satellite 8 has axial projections 9 to reduce friction along the end face of the satellite. Small satellites 6 and 7 are mounted on axles 10 using sliding bearings 11 (as shown in the drawings) or rolling. Drove 4 has two small longitudinal grooves IV, V, which extend into the main longitudinal groove I, for axes 10 of satellites 6 and 7. On axes 10, in the places of interfacing with small grooves IV, V of the carrier, cuts (flats) are made to prevent rotation and the axial displacement of these axes relative to the carrier. In the example, the axes 10 are made long, common to all triples of satellites, but it is also possible to use shorter axes that join at the points of their connection with the carrier. The floating solar roller 3 relative to the epicyclic roller 2 and the housing 1 is eccentric e and performs planetary motion, therefore, the torque is applied to it using an external device that compensates for the misalignment of the shafts, for example, using a cardan shaft 12. To reduce friction between the ends of the solar roller 3 and the shaft 5 connected to the carrier, in the design example, the ball 13 is used.

Работа передачи в режиме редуктора происходит следующим образом. Движение через внешнее приводное устройство 12 подается на солнечный каток 3. Вращаясь, каток 3 за счет сил трения увлекает сателлиты 6, 7, 8, которые обкатываются по неподвижному эпициклическому катку 2. С малых сателлитов 6, 7 через оси 10 движение передается на водило 4. Большой, плавающий сателлит 8 за счет сил трения отклоняется (на Фиг.2 показано пунктиром) от начального положения, в котором его ось лежит в плоскости эксцентриситета е. При этом, сателлит 8 внедряется в клиновое пространство, образуемое катками 2, 3. Такое отклонение обеспечивает возникновение нормальных сил в контактах катков, необходимых для возникновения сил трения. Подобным же образом работает система самонатяжения прототипа и аналогов.The transmission in gear mode is as follows. The movement through the external drive device 12 is fed to the solar roller 3. Rotating, the roller 3 due to friction carries the satellites 6, 7, 8, which are rolled around the stationary epicyclic roller 2. From the small satellites 6, 7, the axes 10 are transmitted to the carrier 4 A large, floating satellite 8, due to friction forces, deviates (in Fig. 2 is shown by a dotted line) from the initial position in which its axis lies in the eccentricity plane e. In this case, satellite 8 is embedded in the wedge space formed by rollers 2, 3. Such deviation provides in zniknovenie normal forces at the contacts of rollers required for the occurrence of frictional forces. The self-tensioning system of the prototype and analogues works in a similar way.

Особенностью предлагаемой передачи является наличие нескольких (многих) троек (т.е. рядов) сателлитов. В общем случае, до начала движения нагрузка между этими тройками распределена неравномерно. При возрастании момента сил сопротивления на валу 5 водила 4, отклонение сателлита 8 наиболее нагруженной тройки от положения равновесия, а соответственно и угол клина, увеличиваются. Это приводит к увеличению упругого скольжения (а в пределе и к возникновению проскальзывания) в данной тройке сателлитов. В работе начинают участвовать другие тройки сателлитов, которые, в силу своего углового положения, первоначально окружную нагрузку не воспринимали. В результате, общая нагрузочная способность передачи многократно возрастает.A feature of the proposed transmission is the presence of several (many) triples (i.e. rows) of satellites. In the general case, before the start of movement, the load between these triples is unevenly distributed. With an increase in the moment of resistance forces on the shaft 5 of carrier 4, the deviation of the satellite 8 of the most loaded triple from the equilibrium position, and accordingly the wedge angle, increase. This leads to an increase in elastic slip (and, in the limit, to the occurrence of slippage) in this triple of satellites. Other triples of satellites begin to participate in the work, which, due to their angular position, initially did not perceive the circumferential load. As a result, the overall transmission load capacity increases many times.

Конструкция деталей редуктора, в первую очередь водила 4, позволяет сделать редуктор весьма длинным, например, содержащим десятки троек (рядов) сателлитов. Нагрузочная способность такого фрикционного редуктора будет превышать нагрузочную способность зубчатого планетарного редуктора с одним рядом сателлитов равных радиальных габаритов.The design of the gearbox parts, primarily carrier 4, allows the gearbox to be made very long, for example, containing dozens of triples (rows) of satellites. The load capacity of such a friction reducer will exceed the load capacity of a gear planetary gear with one row of satellites of equal radial dimensions.

Когда передача нереверсивная (см. Фиг.5), ось плавающего сателлита 8 каждой тройки сателлитов в своем исходном положении расположена со смещением относительно центральной геометрической оси сечения соответствующего поперечного паза II. При этом для выравнивания площади сечения двух частей тела водила 4, два малых сателлита 6 и 7, шарнирно связанные с водилом, имеют разные диаметры. В такой конструкции допустимый окружной ход плавающего сателлита 8 увеличивается. Это увеличивает допуск на износ тел качения. В результате повышается долговечность редуктора.When the transmission is irreversible (see Figure 5), the axis of the floating satellite 8 of each triple of satellites in its initial position is offset from the central geometric axis of the cross section of the corresponding transverse groove II. Moreover, to equalize the cross-sectional area of the two parts of the carrier 4, two small satellites 6 and 7, pivotally connected to the carrier, have different diameters. In this design, the permissible circumferential stroke of the floating satellite 8 is increased. This increases the wear tolerance of the rolling elements. As a result, the durability of the gearbox is increased.

Claims

1. Friction planetary gear containing an epicyclic roller with an internal working surface, a solar roller with an external working surface, a carrier and a triple of satellites located between the epicyclic and solar rollers in the grooves of the carrier, two of these satellites being pivotally connected to the carrier, and the third, having the largest diameter is floating, characterized in that it contains repeating triples of satellites sequentially located in separate grooves of the carrier.

2. The friction planetary gear according to claim 1, characterized in that the carrier is made in the form of a rod having a main longitudinal groove for the solar roller, transverse grooves for each floating satellite and for every two satellites pivotally connected to the carrier, as well as two small longitudinal a groove for satellite axles included in the main longitudinal groove.

3. The friction planetary gear according to claim 2, characterized in that the axis of the floating satellite of each triple of satellites in its initial position is located on the central axis of the cross section of the corresponding transverse groove, and two satellites pivotally connected to the carrier have the same diameters.

4. The friction planetary gear according to claim 2, characterized in that the axis of the floating satellite of each triple of satellites in their initial position is offset from the central axis of the cross section of the corresponding transverse groove, and the two satellites pivotally connected to the carrier have different diameters.

5. Friction planetary gear according to claims 1 to 4, characterized in that the epicyclic roller is stopped, and a torque is applied to the solar roller that performs planetary motion using an external device that compensates for shaft misalignment, for example, with a driveshaft.