RU2511749C1

RU2511749C1 - Carrier-free planetary gear

Info

Publication number: RU2511749C1
Application number: RU2012151991/11A
Authority: RU
Inventors: Андрей Леонидович Шпади; Владимир Александрович Казанцев; Ильдар Шамильевич Орлов; Алексей Геннадьевич Еникеев
Original assignee: Андрей Леонидович Шпади; Владимир Александрович Казанцев; Ильдар Шамильевич Орлов; Алексей Геннадьевич Еникеев
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2014-04-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: carrier-free planetary gear of ZK type comprises a movable crown gear (10), a driving solar gear (5), a fixed crown gear (11) and double-crown satellites (17), which are separated by a coaxial support ring (20) and are placed between end thrust discs (15, 16) with an outer diameter, equal to the initial circumference of geared crowns of these satellites. Thrust discs are tightened to each other by a threaded joint (19), made in the centre of thrust discs and tightly placed inside a hollow axis of geared crowns of satellites. External end surfaces of support discs are made in the form of thrust ball bearings (14) with circular rolling paths. Thrust ball bearings contact with their end covers (13). End covers are equipped with a circular stop with an inner diameter equal to the initial circumference of crown gears, installed on the stepped ledge of the crowns on the mobile and fixed crown gears. Thrust discs (15, 16) may roll without sliding by their external perimeter along the circular stop of the end covers (13).

EFFECT: provision of high transmission ratio with high loading capacity and efficiency.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к конструкции планетарных зубчатых редукторов, и может быть использовано в приводах машин и механизмов для обеспечения больших передаточных чисел при высоком КПД и надежности.The invention relates to mechanical engineering, namely to the design of planetary gear reducers, and can be used in drives of machines and mechanisms to provide large gear ratios with high efficiency and reliability.

Известен планетарный редуктор по патенту РФ №2122668, МПК F16H 1/28, содержащий расположенные в двух параллельных плоскостях подвижную и неподвижную коронные шестерни, откоррегированные до одинаковых начальных окружностей, имеющие разницу в один зуб и входящие в зацепление с соответствующими зубьями двухвенцовых сателлитов, установленных на параллельных осях водила концентрично с приводной солнечной шестерней.Known planetary gearbox according to the patent of the Russian Federation No. 2122668, IPC F16H 1/28, containing movable and fixed crown gears located in two parallel planes, corrected to the same initial circles, having one tooth difference and engaged with the corresponding teeth of two-crown satellites mounted on parallel axes drove concentrically with the drive sun gear.

Венцы сателлитов имеют одинаковое количество однотипных зубьев, смещенных по своей начальной окружности относительно друг друга на величину, кратную отношению шага зубьев к количеству сателлитов, симметрично размещенных между крышкой и корпусом водила, снабженного посадочным отверстием приводного вала солнечной шестерни, которая входит в зацепление лишь с венцами сателлитов, расположенных в плоскости одной из коронных шестерен.Satellites crowns have the same number of teeth of the same type displaced in their initial circumference relative to each other by a multiple of the ratio of the tooth pitch to the number of satellites symmetrically placed between the cover and the carrier body, equipped with a landing hole of the sun gear drive shaft, which engages only with the crowns satellites located in the plane of one of the ring gears.

Однако такой редуктор при большом передаточном отношении имеет малую передаваемую мощность и быстроходность, так как трение торцевых крышек водила сателлитов неизбежно ведет к механическим потерям КПД и затрудняет динамическую балансировку вращающихся частей.However, such a gearbox with a high gear ratio has low transmitted power and high speed, since the friction of the end caps of the satellite carriers inevitably leads to mechanical loss of efficiency and complicates the dynamic balancing of rotating parts.

Наиболее близким по назначению, конструкции и принципу действия является безводильный редуктор лебедки по патенту РФ №2192385, МПК B66D 1/14.The closest in purpose, design and principle of operation is a winch-less gearless winch according to RF patent No. 2192385, IPC B66D 1/14.

Редуктор содержит трубчатый вал, с фланцем которого жестко соединена подвижная коронная шестерня безводильной планетарной передачи с тремя центральными колесами, включающая двухвенцовые сателлиты, входящие в зацепление с приводной солнечной шестерней венцами, также входящими в зацепление с неподвижной некоррегированной коронной шестерней, принадлежащей кольцеобразному корпусу лебедки. Венцы сателлитов разделены опорным кольцом, размещенным коаксиально оси редуктора, и установлены между упорными торцевыми кольцами, с одним из которых контактируют регулировочные винты, принадлежащие подвижной коронной шестерне, которая установлена посредством радиально-упорного подшипника на корпусе.The gearbox contains a tubular shaft, the flange of which is rigidly connected to the movable ring gear of a planetless gearless drive with three central wheels, including two-pinion satellites, which mesh with the drive sun gear, rims, which also mesh with the fixed uncorrelated ring gear belonging to the ring-shaped housing. The crowns of the satellites are separated by a support ring, placed coaxially to the axis of the gearbox, and installed between the thrust end rings, one of which is contacted by adjusting screws belonging to the movable ring gear, which is mounted by means of an angular contact bearing on the housing.

Однако редуктор этой лебедки имеет небольшую нагрузочную способность, обусловленную затиранием и перекосом осей сателлитов относительно оси центральных шестерен, и его нельзя использовать в качестве самостоятельного изделия из-за отсутствия водила и корпуса.However, the gearbox of this winch has a small load capacity due to the mashing and skew of the axis of the satellites relative to the axis of the central gears, and it cannot be used as an independent product due to the lack of a carrier and a hull.

Технической задачей изобретения является создание автономной конструкции безводильного планетарного редуктора и обеспечение большого передаточного отношения при высокой нагрузочной способности и КПД.An object of the invention is the creation of an autonomous design of a planetless gearless planetary gearbox and providing a large gear ratio with high load capacity and efficiency.

Заявляется:Declares:

Безводильный планетарный редуктор типа ЗК, содержащий установленную в стаканообразной части корпуса посредством радиально-упорного подшипника подвижную коронную шестерню, входящую в зацепление с приводной солнечной шестерней и с неподвижной коронной шестерней через двухвенцовые сателлиты, которые разделены коаксиальным опорным кольцом и установлены между торцевыми упорными дисками с наружным диаметром, равным начальной окружности зубчатых венцов этих сателлитов, которые стянуты между собой посредством резьбового соединения дисков, выполненного по центру упорных дисков и плотно размещенного внутри полой оси зубчатых венцов-сателлитов, наружные торцевые поверхности упорных дисков выполнены в виде упорных шарикоподшипников с круговыми беговыми дорожками, при этом упорные шарикоподшипники контактируют со своими торцевыми крышками, снабженными кольцевым упором с внутренним диаметром, равным начальной окружности коронных шестерен, и установленным на ступенчатом выступе венцов подвижной и неподвижной коронных шестерен. При этом венцы каждого сателлита имеют одинаковое количество зубьев, смещенных у каждого сателлита по его начальной окружности относительно друг друга на величину, равную произведению шага зубьев на отношение разницы зубьев коронных шестерен к числу сателлитов, венцы которых соединены между собой цилиндрическими штифтами, размещенными по окружности, коаксиальной их полой оси так, что число этих штифтов кратно числу сателлитов.ZK-type gearless gearbox containing a movable ring gear installed in a cup-shaped part of the housing by means of an angular contact bearing, engaged with a driving sun gear and with a stationary ring gear through two-gear satellites, which are separated by a coaxial support ring and installed between end contact discs with diameter equal to the initial circumference of the gear rims of these satellites, which are pulled together by means of a threaded connection s, made in the center of the thrust discs and tightly placed inside the hollow axis of the gear satellites-satellites, the outer end surfaces of the thrust discs are made in the form of thrust ball bearings with circular treadmills, while the thrust ball bearings are in contact with their end caps provided with an annular stop with an inner diameter, equal to the initial circumference of the crown gears, and mounted on a stepped protrusion of the crowns of the movable and stationary crown gears. In this case, the crowns of each satellite have the same number of teeth offset from each satellite along its initial circumference relative to each other by an amount equal to the product of the tooth pitch by the ratio of the difference between the teeth of the ring gears and the number of satellites whose crowns are interconnected by cylindrical pins placed around the circumference, coaxial their hollow axis so that the number of these pins is a multiple of the number of satellites.

Кроме того, упорные диски сателлитов распираются упругими кольцами из отрезков цилиндрических пружин, размещенными коаксиально оси редуктора, а его разъемный корпус включает стаканообразную и торцевую части, разделенные радиально-упорным подшипником на цилиндрических роликах с перекрещенными осями.In addition, the thrust disks of the satellites are bursting with elastic rings from segments of cylindrical springs placed coaxially to the axis of the gearbox, and its split housing includes a cup-shaped and end parts separated by an angular contact bearing on cylindrical rollers with crossed axes.

На фигуре 1 изображена конструкция редуктора в продольном разрезе.The figure 1 shows the construction of the gearbox in longitudinal section.

Предлагаемый редуктор собран в стаканообразной части корпуса 1 с внутренней беговой дорожкой радиально-упорного подшипника на цилиндрических роликах 2 с перекрещенными осями и осевым отверстием в донышке для установки подшипника 3 приводного вала 4, выполненного совместно с центральной солнечной шестерней 5.The proposed gearbox is assembled in a cup-shaped part of the housing 1 with an inner treadmill of an angular contact bearing on cylindrical rollers 2 with crossed axes and an axial hole in the bottom for mounting the bearing 3 of the drive shaft 4, made in conjunction with the central sun gear 5.

Торцевая часть 6 корпуса редуктора также имеет посадочное отверстие подшипника 7 приводного вала 4 и крепежные отверстия 8, 9 для присоединения низкооборотной нагрузки редуктора и подвижной коронной шестерни 10 с коррегированными зубьями. На внутренней стороне торцевой части 6 корпуса редуктора имеется коническая полудорожка роликов 2 радиально-упорного подшипника и дистанционные прокладки или шайбы под крепежными болтами для установки рабочих зазоров всего механизма редуктора (на чертеже не показаны). Параллельно подвижной коронной шестерне 10 установлена неподвижная коронная шестерня 11 с некоррегированными стандартными зубьями и отверстиями крепежных болтов 12 для соединения с донышком стаканообразной части 1 корпуса и торцевыми крышками 13 шарикоподшипников 14. Эти шарикоподшипники расположены в кольцевых-беговых дорожках упорных дисков 15 и 16, между которыми зажаты двухвенцовые сателлиты 17 и объединяющие их штифты 18. При этом наружные диаметры упорных дисков 15 и 16 равны диаметру начальной окружности зубчатого зацепления венцов сателлитов, а сами диски стянуты между собой посредством резьбового соединения 19, выполненного по центру упорных дисков и плотно размещенного внутри полой оси зубчатых венцов сателлитов 17.The end portion 6 of the gearbox housing also has a bearing bore of the bearing 7 of the drive shaft 4 and mounting holes 8, 9 for attaching a low-speed load of the gearbox and the movable ring gear 10 with corrected teeth. On the inner side of the end part 6 of the gearbox housing there is a tapered half-track of the rollers 2 of the angular contact bearing and spacers or washers under the mounting bolts for installing the working clearances of the entire gear mechanism (not shown). In parallel with the movable ring gear 10, a stationary ring gear 11 is installed with uncorrected standard teeth and holes of the fixing bolts 12 for connecting to the bottom of the cup-shaped body part 1 and the end caps 13 of the ball bearings 14. These ball bearings are located in the ring-treadmills of the thrust discs 15 and 16, between which the two-crown satellites 17 and the pins 18 connecting them are clamped. In this case, the outer diameters of the thrust disks 15 and 16 are equal to the diameter of the initial gear circumference of the satin rims Llit, and the disks themselves are tightened together by means of a threaded connection 19 made in the center of the thrust disks and tightly placed inside the hollow axis of the gear rims of the satellites 17.

Поскольку внутреннее зубчатое зацепления коронных шестерен 10 и 11 имеет различное число зубьев и совмещено с наружным зубчатым зацеплением трех двухвенцовых сателлитов 17, то зубья всех этих зацеплений, кроме одного сателлита, оказываются смещенными по периметру относительно друг друга. Поэтому для выполнения условий сборки и соседства планетарной передачи зубчатые венцы двух других сателлитов должны быть сдвинуты на “плюс” и “минус” 1/3 шага их зубчатого зацепления, хотя количество зубьев, их модуль и начальные окружности всех венцов сателлитов 17 одинаковые (см.Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам // М.: Машиностроение, 1987. - с.499).Since the internal gearing of the ring gears 10 and 11 has a different number of teeth and is combined with the external gearing of three two-crown satellites 17, the teeth of all these gears, except for one satellite, are displaced along the perimeter relative to each other. Therefore, to fulfill the conditions of assembly and the proximity of the planetary gear, the gear crowns of two other satellites must be shifted by “plus” and “minus” 1/3 of the gearing step, although the number of teeth, their modulus, and the initial circumferences of all satellite gear crowns 17 are the same (see Krainev, A.F. Dictionary of Mechanisms // M.: Mechanical Engineering, 1987. - p.499).

Для удобства этого поворота зубчатых венцов сателлитов 17 и их последующей сборки соединительные штифты 18 расположены по окружности, коаксиальной оси сателлитов, а их число кратно количеству сателлитов (в данном случае трем). Между зубчатыми венцами сателлитов 17 расположено упорное кольцо 20, а упорные диски 15 и 16 сателлитов распираются упругими кольцами 21, выполненными в виде отрезков цилиндрических пружин, которые установлены вокруг приводного вала 4, зафиксированного в осевом направлении стопорным кольцом 22.For the convenience of this rotation of the gear rims of the satellites 17 and their subsequent assembly, the connecting pins 18 are located around the circumference of the coaxial axis of the satellites, and their number is a multiple of the number of satellites (in this case, three). A stop ring 20 is located between the gear rims of the satellites 17, and the stop discs 15 and 16 of the satellites are bursting with elastic rings 21 made in the form of segments of cylindrical springs that are mounted around the drive shaft 4, axially fixed by a lock ring 22.

Работает предлагаемый редуктор следующим образом.The proposed gearbox operates as follows.

Вращающий момент высокооборотного приводного вала 4 передается солнечной шестерне 5, которая вращает сателлиты 17, что обуславливает синхронное обкатывание обоих зубчатых венцов этих сателлитов по внутреннему зубчатому зацеплению коронных шестерен 10, 11. Поскольку у коррегированной подвижной шестерни 10 число зубьев на единицу меньше, чем у некоррегированной неподвижной шестерни 11, то за каждый полный оборот сателлитов 17 происходит их относительный поворот всего на один зуб с большим передаточным отношением от приводного вала 4 к торцевой части 6 корпуса, которая через крепежные отверстия 9 соединена болтами с подвижной коронной шестерней 10. При этом беспрепятственное вращение торцевой части 6 в стаканообразной части 1 корпуса обеспечивается радиально-упорным подшипником на роликах 2 с перекрещенными осями, которые могут перекатываться между беговыми дорожками стаканообразной части 1 корпуса и его подвижной торцевой части 6 с присоединенной торцевой крышкой 13 шарикоподшипников 14. Аналогичная торцевая крышка, расположенная с противоположной стороны сателлитов 17, обеспечивает минимальный зазор для обкатывания шарикоподшипников 14 в круговых беговых дорожках упорных дисков 15 и 16 без их осевого перекоса относительно центральной оси приводного вала 4 и коронных шестерен 10, 11. Кроме того, упорные диски 15 и 16 могут катиться без скольжения своим наружным периметром по упорному кольцу торцевых крышек 13, поскольку его внутренний диаметр равен диаметру начальной окружности зубчатого зацепления коронных шестерен 10, 11. Благодаря этому происходит разгрузка сателлитов от радиальной нагрузки и замена трения скольжения на трение качения упорных дисков по упорным кольцам торцевых крышек. При этом приводная солнечная шестерня 5 также оказывается разгруженной от радиальных усилий сжатия и передает сателлитам 17 лишь тангенциальный вращающий момент за счет упорного кольца 20 и распорных колец 21, которые убирают возможные люфты зубчатого зацепления.The torque of the high-speed drive shaft 4 is transmitted to the sun gear 5, which rotates the satellites 17, which leads to the synchronous rolling of both gear rims of these satellites by the internal gearing of the ring gears 10, 11. Since the corrected movable gear 10 has one less number of teeth than the non-aligned fixed gear 11, then for each complete revolution of the satellites 17, their relative rotation is only one tooth with a large gear ratio from the drive shaft 4 to the end part 6 of the housing, which is connected via bolts 9 to the movable crown gear 10. The rotation of the end part 6 in the cup-shaped part 1 of the housing is ensured by an angular contact bearing on rollers 2 with crossed axes that can be rolled between the treadmills of the cup-shaped part 1 the housing and its movable end part 6 with the attached end cover 13 of the ball bearings 14. A similar end cover located on the opposite side of the satellites 17 provides there is a minimum clearance for running the ball bearings 14 in the circular treadmills of the thrust disks 15 and 16 without their axial distortion relative to the central axis of the drive shaft 4 and the ring gears 10, 11. In addition, the thrust discs 15 and 16 can roll without sliding their outer perimeter along the thrust the ring of the end caps 13, since its inner diameter is equal to the diameter of the initial gear circumference of the ring gears 10, 11. Due to this, the satellites are unloaded from the radial load and friction is replaced I'm on the rolling friction of hard disks of the thrust ring end caps. In this case, the drive sun gear 5 also appears to be unloaded from the radial forces of compression and transmits to the satellites 17 only tangential torque due to the thrust ring 20 and spacer rings 21, which remove possible gear backlash.

Вышеуказанные особенности работы безводильного планетарного редуктора обеспечивают автономность его конструкции и большое передаточное отношение при высокой нагрузочной способности и КПД.The above-mentioned features of the operation of a planetless gearless gearbox ensure the autonomy of its design and a large gear ratio with high load capacity and efficiency.

Claims

1. A gearless planetary gearbox of the ZK type, comprising a movable ring gear installed in the housing by means of an angular contact bearing, engaged with a driving sun gear and a stationary ring gear through two-crown satellites, which are separated by a coaxial support ring, characterized in that the two-crown satellites and the pins uniting them are placed between the end stop discs with an external diameter equal to the initial gear circumference of the rims of these satellites, the satellite and the thrust disks are pulled together by means of a threaded connection made in the center of the thrust discs and tightly placed inside the hollow axis of the gear teeth of the satellites, the outer surfaces of the thrust discs are made in the form of thrust ball bearings with circular treadmills, while the thrust ball bearings are in contact with their end caps provided with annular emphasis with an inner diameter equal to the initial circumference of the ring gears mounted on a stepped protrusion of the crowns of the movable and fixed gear gear wheels.

2. The gearbox according to claim 1, characterized in that the crowns of each satellite have the same number of teeth offset from each satellite along its initial circumference relative to each other by an amount equal to the product of the tooth pitch by the ratio of the difference between the teeth of the ring gears and the number of satellites whose crowns interconnected by cylindrical pins placed coaxially with their hollow axis so that the number of these pins is a multiple of the number of satellites.

3. The gearbox according to claim 1, characterized in that the thrust disks of the satellites are bursting with elastic rings from segments of coil springs placed coaxially to the axis of the gearbox.

4. The gearbox according to claim 1, characterized in that the detachable gear housing includes a cup-shaped and end parts separated by an angular contact bearing on cylindrical rollers with crossed axes.