RU2583117C1

RU2583117C1 - Single row planetary gearbox

Info

Publication number: RU2583117C1
Application number: RU2014150742/11A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Люленков
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2016-05-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention can be used in power engineering, automotive industry, metallurgy and other types of industrial production. Single-row planetary reduction gear comprises solar gear, spider, planet pinions and crown gear, axles of pinions are fitted in pads to move within 3-4 mm in openings of discs of carrier made along arcs of circle. Between the pads and discs of carrier there are bellows filled with oil under pressure 0.1-0.2 MPa. Bellows, which are located in front of cushions along the carrier, are connected via pipeline into one closed system, and bellows placed behind the pads are connected via other pipeline into the second closed system.

EFFECT: reduced weight and higher reliability.

1 cl, 4 dwg

Description

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.The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used in energy, automotive, metallurgy and other types of industrial production to reduce the weight of equipment, increase reliability and use standardized parts.

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.Known single-row planetary gear [1, p. 434-442; 2, p. 289-290; 3, p. 89], which includes gears with moving geometric axes (satellites), a system bearing the axis of the satellites (carrier), an internal gear wheel around which the satellites roll around - the central or solar wheel and an external gear wheel around which the satellite rolls - the central or, if it is stationary, then the support wheel or ring gear. The number of satellites most often varies from two to six. The gear ratio is usually not higher than 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.In the literature [2, p. 289] as a merit of planetary transmission, “multi-threading of energy transfer by several gear pairs in parallel” is noted and, as a result, small overall dimensions and mass of the gearbox. However, the practice of operating planetary gearboxes was led by Doctor of Technical Sciences L.N. Reshetova to the conclusion: [3, p. 94] “When calculating the strength and durability of multisatellite planetary gears, the uneven load distribution among the satellites should be taken into account. Even in very precisely made planetary gears, judging by the contact stresses at which the working surfaces of the teeth are chipped, the load on the satellites is distributed as if approximately two out of three satellites were working. ”Thus, in really working planetary gearboxes, the load on the satellites is uneven, which causes radial forces on the bearings of the carrier shafts and the sun gear. This leads to an accelerated failure of these bearings, as well as the sun gear and overloaded satellites, i.e. deprives the planetary gear of its advantages over a conventional cylindrical gear.

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.Closest to the invention in technical essence and the achieved result is a single-row planetary gearbox BHS - Stoeckicht [4, p. 571], in which the ring gear is installed in the gear housing in a spherical cup, which allows it to self-install under axial loads. The ring gear is protected from rotation by a spline connection. Gear gears are helical. The number of satellites is 3. When one of the satellites is overloaded, its axial forces rotate the ring gear until the axial loads of all three satellites become equal, and therefore the circumferential loads are aligned.

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.The disadvantages of this gearbox is that it can have only three satellites, when the ring gear is stably and without gaps mounted on three bearings, in addition, distortions arising from the rotation of the ring gear lead to uneven contact stresses along the length of the teeth of the ring gear and satellites, higher in places of contact.

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.The process of self-installation of the ring gear is associated with an overloaded satellite and the process of load balancing is associated with it. With the rotation of the carrier, the process of self-installation of the ring gear “rotates”, i.e. she in the cup of the body and the slots performs rocking movements with a carrier speed. This process occurs at full loads of the gearbox and causes wear of the parts of the ring gear and the gearbox cup.

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.The objective of the invention is to create a single-row planetary gear with the number of satellites from two to six with a uniformly distributed load between them, without distortions of gears and made of the same parts that can be created with high accuracy. In addition, the gearbox must act as an elastic coupling.

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.The problem is achieved in that in a single-row planetary gearbox containing a sun gear, a carrier, satellites and a ring gear, the axis of the satellites are mounted in pillows (cases) with the possibility of moving them within 3-4 mm in the windows of the carrier discs made along circular arcs, the pillows are located between the bellows, and the bellows rest against the carrier discs, inside the bellows are filled with oil under a pressure of 0.1-0.2 MPa, and all the bellows located in front of the pillows (in the direction of the carrier) are connected by pipelines into one deputy -mentioned system, and pillows are located behind - the second system.

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.In FIG. 1 - an example of the design of a planetary gearbox with three satellites (carrier removed); in FIG. 2 shows a schematic diagram of the proposed gearbox; in FIG. 3a, b, c - a diagram of the selection of the gap in the satellites that are not in contact with the teeth of the sun gear and the ring gear; in FIG. 4 - forces transmitted by the satellites at full external load of the gearbox.

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.In the proposed gearbox, the sun gear 1 (Fig. 1) is meshed with the satellites 2a, 2b, 2c surrounding it, located between the sun gear 1 and the ring gear 3. In the discs 4 of the carrier, windows 5 are made according to the number of gears of the gearbox (from 2 to 6 ) in the form of parts of the ring in which, with the possibility of sliding within 3-4 mm, pillows 6a, 6b, 6c are installed, bearing the axis of the satellites. In front of the pillows, if the sun gear and the carrier rotate clockwise, there are bellows 7a, 7b, 7c, which abut one side in the corresponding pillow 6a, 6b, 6c, and the other side in the carrier disk 4. These bellows through threaded holes 8a, 8b, 8c are interconnected by a pipe 9a in a closed system, which is filled with oil under a pressure of 0.1-0.2 MPa. The bellows 12a, 12b, 12c, located behind the pillows 6a, 6b, 6c, are connected by a pipe 13a to a closed independent system under pressure of 0.1-0.2 MPa.

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.Two drives 4 of the carrier and the carrier itself are connected by bolts passing through holes 9 (Fig. 1), the axial alignment of the disks and the carrier is carried out by sharpening 10 (Fig. 1), and the angular installation is ensured by pins 11 (Fig. 1) installed in front of the mechanical processing discs 4 and drove.

Предлагаемый редуктор работает следующим образом. The proposed gearbox operates as follows.

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.When clockwise rotating the shaft of the sun gear 1 (Fig. 2) and there is no external load on the output shaft 2 (carrier) of the reducer, the carrier is driven by only one satellite (for example, satellite 2a) in contact with the ring gear 3. other satellites 2b and 2c, the axes of which are mounted in the pillows in the drives of the carrier with an acceptable error and do not come into contact with the ring gear 3 with their teeth, do not participate in the movement of the carrier. Their teeth are at a certain distance (within the error of manufacture and installation) from the teeth of the ring gear 3 (Fig. 3A). This value for the 5th qualification of manufacturing parts and their installation does not go beyond 0.1 mm.

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).With the appearance of an external load slightly exceeding the idle load, the satellite 2a (Fig. 2) moves the cushion 6a, which is mounted with the possibility of sliding in the window 5 of the carrier 4, compresses the bellows 7a, creates pressure in it, which is transferred through the pipeline 9a to the bellows 7b and 7c. These bellows extend and move the pillows 6b and 6c with the corresponding satellites 2b and 2c. The gaps between the teeth of the satellites 2b and 2c and the teeth of the ring gear are reduced and, with a certain external load, the teeth of the satellite 2b, which has a smaller manufacturing and mounting error Δ ₁ (Fig. 3a), begin to contact the teeth of the ring gear 3 Δ ₁ = 0 (Fig 3b) . Satellite 2b begins to absorb the external load. A further increase in the load on the carrier shaft 2 creates an increase in pressure in the bellows 7a and 7b, which is transmitted through the pipe 9a to the bellows 7b, lengthens it and moves the pillow 6c with the corresponding satellite 2c until it contacts the teeth of the ring gear 3 (Fig. 3c). A further increase in the load on the carrier shaft is perceived almost evenly by all three satellites and the same rigidity of the bellows during their deformation of one mm ensures the nominal total load of the gearbox Δ (Fig. 4, Q _nom ).

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).The magnitude of the unevenness of the forces transmitted by the satellites is (at rated load) not more than 5% (Fig. 4). The deformation of the bellows within 1-1.2 mm allows them to be performed with one corrugation, i.e. short and fully capable of creating single-row planetary gearboxes with six satellites. The design of the bellows is of the same type, the working surfaces adjacent to the discs 4 drove and pillows 2A, 2B, 2B, are polished and the pillows are completely interchangeable. Pillows carrying the axis of the satellites, at very small displacements (within 0.05-0.1 mm), slide in the guides parallel to themselves and exclude the misalignment of the teeth of the gears of the satellites, the elastic deformation of the bellows under external load allows the gearbox to perform the functions of elastic couplings. When changing the direction of rotation of the gearbox, bellows 12a, 12b, 12c work, combined into a system by a pipe 13a (Fig. 2).

Таким образом, поставленная задача решена.Thus, the task is solved.

Claims

A single-row planetary gearbox including a sun gear, carrier, satellites and a ring gear, characterized in that the axis of the satellites are mounted in pillows with the possibility of their movement within 3-4 mm in the windows of the carrier discs made along circular arcs, located between the pillows and carrier discs bellows filled with oil at a pressure of 0.1-0.2 MPa, and the bellows located in front of the pillows (in the direction of the carrier) are connected by a pipeline into one closed system, and the bellows located behind the pillows are connected by another piping into a second closed system.