RU2784105C1

RU2784105C1 - Planetary gear

Info

Publication number: RU2784105C1
Application number: RU2022123163A
Authority: RU
Inventors: Виктор Владимирович Становской; Сергей Матвеевич Казакявичюс; Александр Александрович Шестаков; Алексей Владимирович Попов; Константин Олегович Ежков; Александр Викторович Становской
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Технология Маркет"
Filing date: 2022-08-30
Publication date: 2022-11-23

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of mechanical engineering. The planetary gear contains at least two sequentially arranged planetary wheels, the bearing supports of which are located on the eccentrics of at least one eccentric shaft. The shaft eccentrics are shifted relative to each other in phase by equal angles. Each planetary gear has a main internal gear, and all the internal gears of the planetary gears are engaged with one external gear. Each planetary wheel is equipped with one preliminary planetary stage, for which purpose an additional internal gear profile is made on each planetary wheel, displaced relative to the main one and engaged with a planet gear mounted on a free carrier. The satellite is engaged with the gear on the input shaft of the mechanism, and each planetary wheel is mounted on bearings on the eccentric section of the free carrier, and the eccentric sections on the carriers of the planetary wheels are shifted in phase relative to each other by equal angles.

EFFECT: increase in the gear ratio of the planetary mechanism is provided while maintaining small weight and size characteristics.

1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к планетарным передачам типа K-H-V (по классификации, принятой в книге В.Н. Кудрявцев. Планетарные передачи. Машиностроение, М. 1966 г., стр. 10-11) с центральной осью передачи, лежащей внутри основной окружности планетарного колеса. Передачи такого типа в России используются в так называемых планетарно-цевочных редукторах, а за рубежом они известны как передачи типа CYCLO. Передачи типа K-H-V в самом общем случае содержат установленные в корпусе входной вал с эксцентриком и выходной вал. На эксцентрик с возможностью вращения посажено планетарное колесо, сопрягающееся с неподвижным колесом внутреннего зацепления. Планетарное колесо связано с выходным валом механизмом передачи вращения между параллельными валами, оси которых могут иметь относительное перемещение, например, механизмом параллельных кривошипов.The invention relates to planetary gears of the K-H-V type (according to the classification adopted in the book by V.N. Kudryavtsev. Planetary gears. Mashinostroenie, M. 1966, pp. 10-11) with a central gear axis lying inside the main circumference of the planetary wheel. Gears of this type are used in Russia in the so-called planetary gears, and abroad they are known as CYCLO gears. Gearboxes of type K-H-V in the most general case contain an input shaft with an eccentric and an output shaft installed in the housing. On the eccentric with the possibility of rotation, a planetary wheel is planted, mating with a fixed wheel of internal gearing. The planetary wheel is connected to the output shaft by a mechanism for transmitting rotation between parallel shafts, the axes of which may have relative movement, for example, by a mechanism of parallel cranks.

Известен планетарный механизм в редукторе скорости по патенту US 7553249. Планетарный механизм содержит коленчатый (эксцентриковый) вал с тремя эксцентриками, установленный в свободном водиле, и три последовательно расположенных планетарных колеса с внешними зубьями, установленные на каждом из эксцентриков. Эксцентрики, а соответственно и планетарные колеса смещены по фазе друг относительно друга на равные углы в 120 градусов. Вращение от входного вала передается на эксцентрики с помощью предварительной ступени, образованной шестерней на входном валу и находящимся с ней в зацеплении зубчатым колесом на коленчатом валу. Эта предварительная ступень позволяет увеличить передаточное отношение редуктора. Планетарные колеса совершают плоскопараллельное движение и, находясь в зацеплении с колесом внутреннего зацепления на корпусе, начинают вращать водило, которое в данной конструкции является выходным валом передачи, вокруг оси передачи. Основным недостатком этого механизма является невозможность исполнения такого редуктора с полым выходным валом, что требуется в ряде применений редукторов, например в приводах запорной арматуры.Known planetary mechanism in the speed reducer according to patent US 7553249. The planetary mechanism contains a crankshaft (eccentric) with three eccentrics mounted in a free carrier, and three successively arranged planetary wheels with external teeth mounted on each of the eccentrics. The eccentrics, and accordingly the planetary wheels, are out of phase relative to each other by equal angles of 120 degrees. Rotation from the input shaft is transmitted to the eccentrics by means of a preliminary stage formed by a gear on the input shaft and a gear wheel on the crankshaft in engagement with it. This preliminary stage allows you to increase the gear ratio of the gearbox. The planetary wheels perform a plane-parallel movement and, being engaged with the internal gear on the housing, begin to rotate the carrier, which in this design is the transmission output shaft, around the transmission axis. The main disadvantage of this mechanism is the impossibility of making such a gearbox with a hollow output shaft, which is required in a number of gearbox applications, for example, in valve drives.

Известен планетарный механизм по патенту CN 101813166, который содержит также три последовательно расположенных планетарных колеса, но с внутренними зубьями. Каждое колесо посажено на подшипниках на три эксцентриковых вала с тремя эксцентриками каждый. Эксцентрики каждого из колес смещены друг относительно друга по фазе на равные углы в 120 градусов. Один из валов является входным, два других - опорные. Планетарные колеса находятся в зацеплении с колесом внешнего зацепления, являющимся выходным валом редуктора. Эта конструкция в принципе может быть выполнена с полым валом. Однако она имеет ограничения по передаточному отношению, которое определяется только числами зубьев планетарных колес и колеса внешнего зацепления. Кроме того, из-за посадки каждого колеса на три эксцентрика, требуется повышенная точность изготовления деталей передачи, что сильно удорожает конструкцию в целом. Уменьшить количество эксцентриковых валов невозможно, так как это приводит к появлению мертвых зон при работе механизма.Known planetary mechanism patent CN 101813166, which also contains three consecutive planetary wheels, but with internal teeth. Each wheel is mounted on bearings on three eccentric shafts with three eccentrics each. The eccentrics of each of the wheels are shifted relative to each other in phase by equal angles of 120 degrees. One of the shafts is the input, the other two are the support ones. The planetary wheels are engaged with the external gear, which is the output shaft of the gearbox. This design can in principle be made with a hollow shaft. However, it has limitations on the gear ratio, which is determined only by the number of teeth of the planetary gears and the external gear. In addition, due to the landing of each wheel on three eccentrics, increased precision in the manufacture of transmission parts is required, which greatly increases the cost of the design as a whole. It is impossible to reduce the number of eccentric shafts, as this leads to the appearance of dead zones during the operation of the mechanism.

Наиболее близким по конструкции является планетарный механизм многоприводного редуктора по патенту RU 2581107, выбранный нами за прототип. Редуктор содержит последовательно расположенные два планетарных колеса внутреннего зацепления. Подшипниковые опоры каждого из колес расположены на двух эксцентриковых валах. Валы располагаются диаметрально противоположно друг к другу вне зубчатого профиля планетарных колес. Эксцентрики соседних колес смещены друг относительно друга по фазе на равные углы в 180 градусов. Оба эксцентриковых вала связаны с двигателями, чем устраняется проблема мертвых зон. Планетарные колеса находятся в зацеплении с колесом внешнего зацепления, расположенным внутри планетарных колес и которое является выходным валом. Его можно выполнить полым, что расширяет область применения планетарного механизма.The closest in design is the planetary mechanism of a multi-drive gearbox according to patent RU 2581107, which we have chosen as a prototype. The reducer contains two planetary internal gear wheels arranged in series. The bearing supports of each of the wheels are located on two eccentric shafts. The shafts are located diametrically opposite to each other outside the gear profile of the planetary wheels. The eccentrics of adjacent wheels are shifted relative to each other in phase by equal angles of 180 degrees. Both eccentric shafts are connected to the motors, which eliminates the problem of dead zones. The planetary gears are engaged with an external gear located inside the planetary gears and which is the output shaft. It can be made hollow, which expands the scope of the planetary mechanism.

Передаточное отношение этого механизма, как и предыдущего, определяется только числами зубьев планетарных колес и колеса внешнего зацепления, что ограничивает его величину при заданных габаритах и силовых характеристиках редуктора.The gear ratio of this mechanism, like the previous one, is determined only by the number of teeth of the planetary gears and the external gear, which limits its value for given dimensions and power characteristics of the gearbox.

Техническим результатом изобретения является увеличение передаточного отношения планетарного механизма при прочих равных условиях, т.е. в тех же габаритных размерах и с той же допустимой рабочей нагрузкой.The technical result of the invention is to increase the gear ratio of the planetary mechanism, all other things being equal, i.e. in the same overall dimensions and with the same permissible working load.

Для достижения указанного результата, планетарный механизм, как и прототип, содержит, по меньшей мере, два последовательно расположенных планетарных колеса, подшипниковые опоры которых расположены на эксцентриках, по меньшей мере, одного эксцентрикового вала. Эксцентрики вала сдвинуты друг относительно друга по фазе на равные углы. Каждое планетарное колесо имеет основной венец внутреннего зацепления, и венцы всех планетарных колес находятся в зацеплении с одним колесом внешнего зацепления. В отличие от прототипа каждое планетарное колесо снабжено одной предварительной планетарной ступенью. Для этого на каждом планетарном колесе выполнен дополнительный внутренний зубчатый профиль, смещенный относительно основного и находящийся в зацеплении с сателлитом, посаженным на свободное водило. Сателлит с другой стороны находится в зацеплении с шестерней на входном валу механизма. Каждое планетарное колесо посажено на подшипниках на эксцентричные участки свободного водила. Эксцентричные участки на водиле по фазе сдвинуты на равные углы друг относительно друга.To achieve this result, the planetary mechanism, like the prototype, contains at least two consecutive planetary wheels, the bearings of which are located on the eccentrics of at least one eccentric shaft. The shaft eccentrics are shifted relative to each other in phase by equal angles. Each planetary gear has a main internal gear ring, and the rims of all planetary gears are engaged with one external gear. Unlike the prototype, each planetary wheel is equipped with one preliminary planetary stage. To do this, on each planetary wheel, an additional internal toothed profile is made, which is displaced relative to the main one and is engaged with the satellite, planted on the free carrier. The satellite, on the other hand, is engaged with a gear on the input shaft of the mechanism. Each planetary wheel is seated on bearings on eccentric sections of the free carrier. The eccentric sections on the carrier are shifted in phase by equal angles relative to each other.

Изобретение иллюстрируется графическими материалами, где на фиг.1 в разобранном виде представлен вариант механизма с двумя планетарными колесами, и одним эксцентриковым валом. При этом изображены только те детали, которые являются существенными для данной схемы. Фиг. 2 иллюстрирует устройство предварительной планетарной ступени для одного планетарного колеса. На фиг.3 показано сечение предварительной ступени планетарного механизма по оси А-А. На фиг. 4 представлен вид сверху на предварительную ступень, а на фиг. 5 вид сверху на механизм с двумя эксцентриковыми валами.The invention is illustrated by graphic materials, where figure 1 is an exploded view of a variant of the mechanism with two planetary wheels and one eccentric shaft. In this case, only those details that are essential for this scheme are shown. Fig. 2 illustrates the arrangement of a preliminary planetary stage for one planetary wheel. Figure 3 shows a section of the preliminary stage of the planetary mechanism along the axis A-A. In FIG. 4 is a top view of the prestage, and FIG. 5 top view of the mechanism with two eccentric shafts.

Планетарный механизм, изображенный на фиг. 1, с детализацией на фиг. 2, 3 и 4, содержит два планетарных колеса 1 и 2 с зубчатым профилем внутреннего зацепления 3 и 4. Колеса 1 и 2 установлены в подшипниковых опорах 5 и 6 на эксцентриках 7 и 8 одного эксцентрикового вала 9. Эксцентрики 7 и 8 смещены по фазе друг относительно друга на угол в 180 градусов. Если планетарных колес, а соответственно и эксцентриков будет больше, например 3 или 4, то угол между ними будет составлять 360̊ / 3 или 360̊ /4, то есть 120 или 90 градусов соответственно. Эксцентриковый вал, в свою очередь установлен на подшипниках 10 в корпусе (корпус на фигурах не показан). Оба колеса внутреннего зацепления 1 и 2 находятся в зацеплении с одним колесом внешнего зацепления 11, которое в данной схеме является выходным валом, установленным в корпусе на подшипниках (на фиг.1 корпус и подшипники не показаны). С диаметрально противоположной стороны от эксцентрикового вала 9 у каждого из колес выполнены дополнительные зубчатые профили внутреннего зацепления 12 и 13. Они находятся в зацеплении с сателлитами 14, 15. Сателлиты посажены на подшипниках на валы 16 и 17, которые жестко связаны со свободными водилами 18 и 19. Каждое водило посажено на входном валу 24 на парах подшипников 20 и 21. Сателлиты 14 и 15 в пространстве расположены, под углом 180 градусов, т.е. противоположно друг к другу. Сателлиты 14 и 15 кроме колес внутреннего зацепления 12 и 13, находятся в зацеплении также с шестернями 22, 23, посаженными на валу 24, который является входным валом редуктора. Водила 18 и 19 выполнены со смещенными по фазе на 180 градусов эксцентричными участками 25 и 26, на которые на подшипниках 27 и 28 посажены пластины планетарных колес 1 и 2. Здесь следует отметить, что водила 18 и 19 при работе устройства будут вращаться как единое целое, поэтому их можно выполнить как одну деталь с двумя противоположными эксцентричными участками. Выполнение водил 18 и 19 раздельными облегчает сборку устройства.The planetary gear shown in Fig. 1, with details in FIG. 2, 3 and 4, contains two planetary wheels 1 and 2 with a gear profile of internal gearing 3 and 4. Wheels 1 and 2 are installed in bearing supports 5 and 6 on eccentrics 7 and 8 of one eccentric shaft 9. Eccentrics 7 and 8 are out of phase relative to each other at an angle of 180 degrees. If there are more planetary wheels, and, accordingly, eccentrics, for example 3 or 4, then the angle between them will be 360̊ / 3 or 360̊ / 4, that is, 120 or 90 degrees, respectively. The eccentric shaft, in turn, is mounted on bearings 10 in the housing (the housing is not shown in the figures). Both internal gears 1 and 2 are engaged with one external gear 11, which in this scheme is an output shaft mounted in a housing on bearings (the housing and bearings are not shown in figure 1). On the diametrically opposite side of the eccentric shaft 9, each of the wheels has additional gear profiles of internal gearing 12 and 13. They are engaged with the satellites 14, 15. The satellites are mounted on bearings on the shafts 16 and 17, which are rigidly connected to the free carriers 18 and 19. Each carrier is planted on the input shaft 24 on pairs of bearings 20 and 21. The satellites 14 and 15 are located in space at an angle of 180 degrees, i.e. opposite to each other. Satellites 14 and 15, in addition to internal gear wheels 12 and 13, are also engaged with gears 22, 23 mounted on shaft 24, which is the input shaft of the gearbox. Carriers 18 and 19 are made with eccentric sections 25 and 26 out of phase by 180 degrees, on which plates of planetary wheels 1 and 2 are seated on bearings 27 and 28. It should be noted here that carriers 18 and 19 will rotate as a whole during operation of the device , so they can be made as one piece with two opposite eccentric sections. Making the carriers 18 and 19 separate makes it easier to assemble the device.

Здесь описана конструкция механизма с двумя планетарными колесами. В механизме с тремя колесами эксцентриковый вал будет иметь три эксцентрика и каждое колесо будет иметь предварительную планетарную ступень, аналогичную по конструкции ступеням, показанным на фиг. 2, только с другими углами между эксцентриками, сателлитами и эксцентричными участками водила, в частности этот угол будет составлять 120 градусов.The design of the mechanism with two planetary wheels is described here. In a three-wheel mechanism, the eccentric shaft will have three eccentrics and each wheel will have a pre-planetary stage similar in design to the stages shown in FIG. 2, only with different angles between the eccentrics, planets and carrier eccentrics, in particular this angle will be 120 degrees.

Обратимся теперь к механизму, изображенному на фиг. 5 с двумя эксцентриковыми валами. Он предназначен для использования в редукторах, в которых есть потребность в двух режимах работы: скоростном и более медленном. Например, это может быть редуктор привода задвижки, где один из эксцентриковых валов используется для установки ручного дублера, а второй эксцентриковый вал служит для установки датчика угла поворота. Или есть необходимость при аварийном отключении быстро перекрыть задвижку, для этого на эксцентриковый вал устанавливают двигатель, и редуктор работает без дополнительной редукции от предварительной ступени. Данный механизм отличается от вышеописанного только тем, что имеет второй эксцентриковый вал, полностью идентичный первому. На фиг. 5 обозначения элементов предварительной ступени и одного из эксцентриковых валов такие же, как на фиг. 1. Соответствующие обозначения второго вала помечены значком '. На фиг. 5 видно только одно планетарное колесо 1 с зубчатым профилем внутреннего зацепления 3. Эксцентриковые валы 9 и 9' имеют каждое по паре эксцентриков, из которых виден только один из них 7 и 7'. На эксцентриках на подшипниках 5 и 5' посажены одна из пластин планетарного колеса 1. Следует иметь в виду, что последовательно за первым колесом 1 на аналогичных подшипниках на противолежащих эксцентриках валов 9 и 9' посажено второе планетарное колесо внутреннего зацепления, которые на фигуре не видны.Let us now turn to the mechanism shown in Fig. 5 with two eccentric shafts. It is intended for use in gearboxes where there is a need for two modes of operation: high-speed and slower. For example, it can be a valve actuator gearbox, where one of the eccentric shafts is used to install a manual override, and the second eccentric shaft is used to install a rotation angle sensor. Or there is a need to quickly close the valve in case of emergency shutdown, for this, an engine is installed on the eccentric shaft, and the gearbox operates without additional reduction from the preliminary stage. This mechanism differs from the above only in that it has a second eccentric shaft, completely identical to the first. In FIG. 5, the designations of the elements of the preliminary stage and one of the eccentric shafts are the same as in Fig. 1. The corresponding designations of the second shaft are marked with '. In FIG. 5 shows only one planetary gear 1 with an internal gear profile 3. The eccentric shafts 9 and 9' each have a pair of eccentrics, of which only one of them 7 and 7' is visible. On the eccentrics on the bearings 5 and 5', one of the plates of the planetary gear 1 is planted. It should be borne in mind that successively behind the first wheel 1 on similar bearings on the opposite eccentrics of the shafts 9 and 9', the second planetary gear of internal gearing is planted, which are not visible in the figure .

Рассмотрим работу механизма, изображенного на фиг. 1-4, на примере редуктора, входным валом которого является вал 24 с шестернями 22 и 23. Рассмотрим вначале взаимодействие элементов механизма с одним планетарным колесом, в частности с колесом 1. Планетарное колесо 1 кроме основного зубчатого профиля внутреннего зацепления 3 имеет дополнительный профиль внутреннего зацепления 12. Шестерня 22, находясь в зацеплении с сателлитом 14, передает ему вращение. Сателлит 14 начинает совершать обкатное движение вокруг шестерни 22. Сателлит одновременно взаимодействует с дополнительным зубчатым профилем внутреннего зацепления 12 на планетарном колесе 1. Этот профиль не может поворачиваться вокруг собственной оси, так как планетарное колесо с противоположной стороны посажено на эксцентрик 7 эксцентрикового вала 9. Поэтому обкатное движение сателлита 14 преобразуется в плоскопараллельное орбитальное движение планетарного колеса 1. Шестерня 22, сателлит 14 и зубчатый профиль 12 образуют предварительную планетарную ступень редуктора. В то же время, сателлит 14 посаженный на вал 16, жестко связанный со свободным водилом 18, начинает вращать его вокруг оси АА входного вала 24. Планетарное колесо 1, посажено на эксцентричный участок 25 свободного водила 18. Такая посадка при его плоскопараллельном орбитальном движение вокруг оси ВВ разгружает зубчатые профили шестерни 22, сателлита 14 и дополнительного венца внутреннего зацепления 12 от радиальной нагрузки. Зубчатый профиль внутреннего зацепления 3 планетарного колеса 1, взаимодействует с колесом внешнего зацепления 11, вызывая вращение колеса, являющегося выходным валом редуктора. Взаимодействие элементов второго планетарного колеса 2 со звеньями предварительной планетарной ступени (шестерня 23, дополнительный зубчатый профиль 13, свободное водило 26 с эксцентричным участком 19, сателлит 15, на валу 17) вызовет такое же движение планетарного колеса 2, только в противоположной фазе. Благодаря этому колесо внешнего зацепления 11 и выходной вал будут вращаться непрерывно без мертвых зон. Для того, чтобы сгладить пульсацию вращающего момента на выходе устройства целесообразно использовать не менее трех планетарных колес.Consider the operation of the mechanism shown in Fig. 1-4, using the example of a gearbox, the input shaft of which is shaft 24 with gears 22 and 23. Let us first consider the interaction of the elements of the mechanism with one planetary wheel, in particular with wheel 1. Planetary wheel 1, in addition to the main gear profile of internal gearing 3, has an additional internal profile gears 12. Gear 22, being engaged with satellite 14, transmits rotation to it. The satellite 14 begins to make a rolling motion around the gear 22. The satellite simultaneously interacts with an additional gear profile of internal gearing 12 on the planetary wheel 1. This profile cannot rotate around its own axis, since the planetary wheel is seated on the eccentric 7 of the eccentric shaft 9 from the opposite side. Therefore the rolling motion of the planetary gear 14 is converted into a plane-parallel orbital motion of the planetary wheel 1. The pinion 22, the planetary gear 14 and the gear profile 12 form a preliminary planetary gear stage. At the same time, the satellite 14, seated on the shaft 16, rigidly connected to the free carrier 18, begins to rotate it around the axis AA of the input shaft 24. The planetary wheel 1, seated on the eccentric section 25 of the free carrier 18. Such a landing with its plane-parallel orbital movement around axis BB unloads gear profiles of gear 22, pinion 14 and additional crown of internal gearing 12 from the radial load. The gear profile of the internal gear 3 of the planetary gear 1 interacts with the external gear 11, causing the rotation of the wheel, which is the output shaft of the gearbox. The interaction of the elements of the second planetary wheel 2 with the links of the preliminary planetary stage (gear 23, additional gear profile 13, free carrier 26 with an eccentric section 19, satellite 15, on the shaft 17) will cause the same movement of the planetary wheel 2, only in the opposite phase. Due to this, the external gear wheel 11 and the output shaft will rotate continuously without dead zones. In order to smooth out the torque ripple at the output of the device, it is advisable to use at least three planetary wheels.

Работа устройства на фиг. 5 происходит аналогичным образом.The operation of the device in Fig. 5 happens in a similar way.

Передаточное отношение предлагаемого устройства будет определяться как произведение передаточных отношений предварительной ступени и планетарной передачи. Передаточное отношение предварительной ступени зависит от соотношения чисел зубьев колес 12 и 22. Передаточное отношение планетарной передачи зависит от чисел зубьев венцов внутреннего зацепления 3 и 4 и от числа зубьев колеса наружного зацепления 11. Таким образом, при равных с прототипом габаритах и нагрузочной способности общее передаточное отношение будет больше за счет передаточного отношения предварительной ступени.The gear ratio of the proposed device will be determined as the product of the gear ratios of the preliminary stage and the planetary gear. The gear ratio of the preliminary stage depends on the ratio of the number of teeth of the wheels 12 and 22. The gear ratio of the planetary gear depends on the number of teeth of the internal gear rims 3 and 4 and on the number of teeth of the external gear 11. Thus, with the same dimensions and load capacity as the prototype, the total gear ratio the ratio will be larger due to the gear ratio of the preliminary stage.

Claims

A planetary mechanism containing at least two successively arranged planetary wheels, the bearings of which are located on the eccentrics of at least one eccentric shaft, and the shaft eccentrics are shifted relative to each other in phase by equal angles, each planetary wheel has a main crown of internal gearing and all crowns internal gearing of the planetary wheels are engaged with one external gearing wheel, characterized in that each planetary wheel is equipped with one preliminary planetary stage, for which each planetary wheel has an additional internal gear profile, displaced relative to the main one and engaged with a satellite mounted on a free carrier, the satellite is engaged with a gear on the input shaft of the mechanism, and each planetary wheel is mounted on bearings on an eccentric section of the free carrier, and the eccentric sections on the carriers of the planetary wheels are screws in phase relative to each other at equal angles.