RU2059131C1 - Planet cycloid reduction gear - Google Patents
Planet cycloid reduction gear Download PDFInfo
- Publication number
- RU2059131C1 RU2059131C1 RU93018248A RU93018248A RU2059131C1 RU 2059131 C1 RU2059131 C1 RU 2059131C1 RU 93018248 A RU93018248 A RU 93018248A RU 93018248 A RU93018248 A RU 93018248A RU 2059131 C1 RU2059131 C1 RU 2059131C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bearings
- barrel
- rollers
- satellites
- springs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Retarders (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приборостроении, станкостроении, во всевозможных видах транспорта, в системах автоматического регулирования, в дистанционном и программном управлении процессами ядерной промышленности, в роботах и манипуляторах, в автоматике управляемых летательных объектов, космических аппаратов, в подводных лодках, торпедах без применения специальных средств шумоподавления, а также в электроприводах транспортных средств для исследования планет солнечной системы. The invention relates to mechanical engineering and can be used in instrumentation, machine tool industry, in all kinds of vehicles, in automatic control systems, in remote and program control of processes of the nuclear industry, in robots and manipulators, in automation of guided aircraft, spacecraft, in submarines, torpedoes without the use of special means of noise reduction, as well as in electric drives of vehicles for exploring the planets of the solar system.
Известны планетарные циклоидальные передачи с внецентроидным эпи- и гипоциклоидальным зацеплением при разности чисел зубьев колес в единицу, обеспечивающих многопарность зацепления. Высокоэффективный циклоидальный привод на основе планетарных передач позволяет существенно снизить энергоемкость и повысить конкурентоспособность выпускаемых в нашей стране машин, станков, промышленных роботов и другого оборудования на мировом рынке [1]
Известен циклоидальный редуктор, в качестве профилей зубьев цевочных колес в котором приняты ролики (цевки). При сборке таких редукторов между роликами-цевками цевочных (солнечных) колес и зубьями сателлита образуются зазоры. При работе редуктора возникает угловой люфт, число зубьев, одновременно передающих нагрузку, получается значительно менее половины [2]
Известен планетарный циклоидальный редуктор, содержащий корпус, входной и выходной валы, неподвижно закрепленное в корпусе и установленное на выходном валу центральное колесо, имеющее зубья в виде цевок, установленный эксцентрично на входном валу через подшипники блок сателлитов с эпициклоидальными зубьями для зацеплении с цевками, из которых ближайший к выходному валу сателлит предназначен для зацепления с цевками центрального колеса выходного вала [3]
По своей технической сущности редуктор является наиболее близким к изобретению и принят за прототип. Однако и этот известный планетарный циклоидальный редуктор имеет тот недостаток, что в нем имеются зазоры между цевками центрального колеса и циклоидальными зубьями сателлитов. Это приводит к образованию люфта при работе редуктора, уменьшению числа зубьев, одновременно передающих нагрузку, уменьшению кинематической точности и несущей способности редуктора.Known planetary cycloidal gears with eccentric epi- and hypocycloidal gearing with a difference in the number of gear teeth per unit, providing multi-pair gearing. A highly efficient cycloidal drive based on planetary gears can significantly reduce energy consumption and increase the competitiveness of machines, machines, industrial robots and other equipment produced in our country on the world market [1]
Known cycloidal gearbox, as the tooth profiles of the pinwheel wheels in which the rollers (pin). When assembling such gearboxes, gaps are formed between the pinwheel rollers of the pinwheel (solar) wheels and the teeth of the satellite. When the gearbox is operating, an angular play occurs, the number of teeth simultaneously transmitting the load results in significantly less than half [2]
Known planetary cycloidal gearbox, comprising a housing, input and output shafts, a central wheel fixed to the housing and mounted on the output shaft and having teeth in the form of spars, eccentrically mounted on the input shaft through bearings, a satellite block with epicycloidal teeth for engagement with the spindles, of which the satellite closest to the output shaft is designed to engage the gears of the central wheel of the output shaft [3]
In its technical essence, the gearbox is the closest to the invention and adopted as a prototype. However, this well-known planetary cycloidal gearbox has the disadvantage that there are gaps between the central gear wheels and the cycloidal gear teeth of the satellites. This leads to the formation of backlash during operation of the gearbox, a decrease in the number of teeth simultaneously transmitting the load, and a decrease in the kinematic accuracy and bearing capacity of the gearbox.
Задачей изобретения является обеспечение беззазорности зацепления, повышение многопарности зацепления до 100% и, соответственно, увеличение надежности работы и кинематической точности, КПД и несущей способности редуктора, особенно при температурах, вибрационных и ударных нагрузках, в агрессивной и абразивной средах. The objective of the invention is to ensure the integrity of the gearing, increasing the multiplicity of gearing up to 100% and, accordingly, increasing the reliability and kinematic accuracy, efficiency and bearing capacity of the gearbox, especially at temperatures, vibration and shock loads, in aggressive and abrasive environments.
Новизна изобретения состоит в том, что силовой узел включает пружинные компенсаторы в виде бочкообразных витых роликов-пружин, установленных на подшипниках. The novelty of the invention lies in the fact that the power unit includes spring compensators in the form of barrel-shaped twisted spring rollers mounted on bearings.
Одновременно бочкообразные витые ролики-пружины за счет многопарности в зацеплении (до ≈ 100%) позволяют увеличить передаваемые редукторов моменты и усилия. В результате возросла нагрузочная способность, надежность и долговечность планетарного циклоидального редуктора при снижении веса и габаритов его примерно в 1,5 раза. Химоэлектрополирование зацепления бочкообразных витых роликов-пружин и сателлитов, помимо технологичности, снижает трение, увеличивает коррозионную стойкость зацепления и КПД привода. На основе опыта ряда НИИ (ЭНИМС, ВНИИПП и др.) в качестве материала для зацепления бочкообразных пружин и сателлитов можно рекомендовать стали ШХ15 (ШХ9). At the same time, barrel-shaped twisted spring rollers, due to the multiplicity of gearing (up to ≈ 100%), allow to increase the moments and forces transmitted by the gearboxes. As a result, the load capacity, reliability and durability of the planetary cycloidal gearbox increased while reducing its weight and dimensions by about 1.5 times. Chemoelectric polishing of the meshing of barrel-shaped twisted rollers-springs and satellites, in addition to manufacturability, reduces friction, increases the corrosion resistance of meshing and drive efficiency. Based on the experience of a number of research institutes (ENIMS, VNIIPP, etc.), steel ШХ15 (ШХ9) can be recommended as a material for meshing barrel-shaped springs and satellites.
Проведенные исследования показали, что остальные силовые элементы планетарного циклоидального редуктора: эксцентриковый вал, корпусные детали и узлы, особенно на стадии освоения, могут быть выполнены из термообработанного высокопрочного алюминиевого сплава В95Т (Д16Т). Studies have shown that the rest of the power elements of the planetary cycloidal gearbox: eccentric shaft, body parts and components, especially at the development stage, can be made of heat-treated high-strength aluminum alloy V95T (D16T).
В изобретении многопарность зацепления между всей зубчатой поверхностью сателлитов и бочкообразными витыми роликами-пружинами обеспечивается не только за счет самих пружин, но и за счет консольного характера зацепления пружин в подшипниках с расчетным предварительным их натягом в зацеплении. При работе редуктора многопарность зацепления реализуется обкатыванием бочкообразных витых роликов-пружин по эпициклоидальным поверхностям сателлитов. In the invention, the multiplicity of gearing between the entire gear surface of the satellites and barrel-shaped twisted rollers-springs is provided not only due to the springs themselves, but also due to the cantilever nature of the engagement of the springs in the bearings with their estimated preload in engagement. When the gearbox is operating, the multi-pair engagement is realized by rolling in barrel-shaped twisted spring rollers on the epicycloidal surfaces of the satellites.
Это достигается вращением указанных роликов-пружин в подшипниках, чем снимается трение скольженния в зацеплении и заменяется трением качения в подшипниках. This is achieved by rotation of the indicated spring rollers in the bearings, which removes sliding friction in the engagement and is replaced by rolling friction in the bearings.
Поставленная задача достигается тем, что в планетарном цевочном циклоидальном редукторе, содержащем корпус, крышку, входной и выходной валы, неподвижное центральное колесо, блок циклоидальных сателлитов, установленный на входном валу на подшипниках и эксцентрично расположенный внутри центрального колеса, причем эпициклоидальные зубья сателлитов зацепляются с зубьями центральных колес, пальцы, запрессованные во фланцы выходного вала (подвижного центрального колеса) и свободно надетые на них ролики, входящие в зацепление с сателлитом блока сателлитов, ролики (цевки) центральных колес выполнены в виде бочкообразных витых роликов-пружин, консольно закрепленных в подшипниках качения и находящихся в постоянном зацеплении с сателлитами с расчетным предварительным натягом, чем обеспечивается качения роликов-пружин по сателлитам без проскальзывания; причем максимальный радиус бочкообразных витых роликов-пружин принят равным половине минимального радиуса кривизны теоретического профиля эпициклоидального зуба сателлита. The task is achieved in that in a planetary gear cycloidal gearbox containing a housing, a cover, an input and output shafts, a fixed central wheel, a cycloidal satellite block mounted on an input shaft on bearings and eccentrically located inside the central wheel, the gearbox epicycloidal gears meshing with the teeth central wheels, fingers pressed into the flanges of the output shaft (movable central wheel) and freely put on the rollers that engage with the satellite Lok satellites rollers (bobbin) of the central wheels are designed as barrel-shaped rollers twisted-springs, cantilevered in rolling bearings and are in constant mesh with pinions with the calculated preload, which ensures the rolling-rollers by springs satellites without slippage; moreover, the maximum radius of the barrel-shaped twisted roller springs is taken to be equal to half the minimum radius of curvature of the theoretical profile of the satellite epicycloidal tooth.
На фиг. 1 изображен планетарный циклоидальный редуктор, продольный разрез; на фиг. 2 сателлит с основными параметрами; на фиг. 3 бочкообразный витой ролик-пружина с подшипником. In FIG. 1 shows a planetary cycloidal reducer, a longitudinal section; in FIG. 2 satellite with basic parameters; in FIG. 3 barrel-shaped twisted spring roller with bearing.
Планетарный циклоидальный редуктор содержит корпус 1, крышку 2, неподвижно закрепленное в корпусе центральное колесо с зубьями-цевками, выполненными в виде бочкообразных витых роликов-пружин 3, установленных в подшипниках качения 4, закрепленных в корпусе; соответственно бочкообразные витые ролики-пружины 5 расположены в подшипниках 6, последние закреплены на центральном колесе, установленном на выходном валу 7 на подшипнике 8. Входной эксцентриковый вал 9 установлен на подшипниках 10, 11, 12. Корпус редуктора соединен с крышкой шпильками. The planetary cycloidal gearbox comprises a
Максимальный радиус бочкообразного витого ролика-пружины (фиг. 3) Rб.рол равен половине минимального радиуса кривизны выпуклого участка теоретического профиля (фиг. 2) эпициклоидальных зубьев блока сателлитов 13 и 14. Последнее вытекает из исследования приведенного радиуса кривизны сопряженных профилей зубьев колес на минимум.The maximum radius of the barrel-shaped twisted spring roller (Fig. 3) R b.rol is equal to half the minimum radius of curvature of the convex section of the theoretical profile (Fig. 2) of the epicycloidal teeth of the
Проведенные исследования-расчеты по формуле Герца указывают на минимальные контактные напряжения в зацеплении σн при Rб.рол= 
σн= 0,418 
Fп нормальная нагрузка в зацеплении;
В ширина сателлита в зацеплении;
ρтмин минимальный радиус кривизны теоретического профиля эпициклоидальных зубьев сателлитов.σ n = 0.418
F p normal load in engagement;
The width of the satellite is engaged;
ρ caraway minimum radius of curvature of the theoretical profile of the epicycloidal teeth of the satellites.
Планетарный циклоидальный редуктор работает следующим образом. Planetary cycloidal gear works as follows.
При вращении входного вала 9 сателлиты 13 и 14, установленные на подшипниках 11, обкатываются по витым роликам-пружинам 3 центрального неподвижного колеса (выполненного с корпусом 1) и по роликам-пружинам 5 центрального подвижного колеса (выходного вала 7) и передают движение выходному валу. When the
Указанное обкатывание достигается тем, что часть входного вала 9, взаимодействующая через подшипники 11 с сателлитами 13 и 14, выполнена с эксцентриситетом e. The specified rolling is achieved in that the part of the
Выполнение цевок центральных колес в виде бочкообразных витых роликов-пружин на подшипниках позволяет выполнить сборку зацеплений циклоидального редуктора с расчетным минимальным натягом, компенсирующим погрешности изготовления и монтажные зазоры за счет податливости пружин, что значительно увеличивает число пар зубьев (практически до 100%), передающих одновременно нагрузку, и обеспечивает беззазорность зацепления, повышает надежность, плавность, кинематическую точность, несущую способность редуктора. Бочкообразные витые ролики-пружины выполняют также роль компенсаторов и демпфируют ударные, вибрационные, температурные и фрикционные нагрузки, возникающие при эксплуатации редуктора в экстремальных условиях. Высокая технологичность изготовления бочкообразных витых роликов-пружин повышает эффективность предлагаемой конструкции редуктора и ее экономичность. The execution of the sprockets of the central wheels in the form of barrel-shaped twisted roller-springs on the bearings allows assembling the gears of the cycloidal gearbox with a calculated minimum interference fit that compensates for manufacturing errors and mounting clearances due to the flexibility of the springs, which significantly increases the number of tooth pairs (almost up to 100%) transmitting simultaneously load, and provides a clearance-free gearing, increases reliability, smoothness, kinematic accuracy, bearing capacity of the gearbox. Barrel-shaped twisted spring rollers also play the role of compensators and dampen shock, vibration, temperature and frictional loads that occur during operation of the gearbox in extreme conditions. High manufacturability of manufacturing barrel-shaped twisted roller-springs increases the efficiency of the proposed design of the gearbox and its efficiency.
Передаточное отношение i редуктора (по модулю) определяется зависимостью
i
Z14 число зубьев сателлита 14;
Z3 число бочкообразных витых роликов-пружин неподвижного центрального колеса;
Z5 число бочкообразных витых роликов-пружин подвижного центрального колеса (выходного вала).The gear ratio i of the gearbox (modulo) is determined by the dependence
i
Z 14 the number of teeth of the
Z 3 the number of barrel-shaped twisted spring rollers of the fixed central wheel;
Z 5 the number of barrel-shaped twisted spring rollers of the movable central wheel (output shaft).
Испытания образца опытного редуктора показали, что многопарность в зацеплении составила ≈ 100% а замена трения скольжения на трение качения повысила его кинематическую точность до 4 угл.сек. КПД редуктора до 0,95, и ресурс работы составил 70000 часов. Tests of the test gear prototype sample showed that the multipair in gearing was ≈ 100% and the replacement of sliding friction by rolling friction increased its kinematic accuracy to 4 angular sec. The gearbox efficiency is up to 0.95, and the service life was 70,000 hours.
Остальные параметры привода (ЭД с редуктором) составляют:
скорость вращения на входном валу ≈3000 об/мин;
скорость вращения на выходе 30 об/мин при передаточном отношении редуктора i 100;
крутящий момент на выходе ≈ 300 Нм ( ≈ 30 кгм);
корректированный уровень звуковой мощности ≈ 63 дБл.The remaining parameters of the drive (ED with gear) are:
rotation speed on the input shaft ≈3000 rpm;
output rotation speed of 30 rpm with a gear ratio of gear i 100;
output torque ≈ 300 Nm (≈ 30 kgm);
corrected sound power level ≈ 63 dBl.
Особенностью конструкции является то, что "чистое" качение, обкатывание бочкообразных витых роликов-пружин по сателлитам (без проскальзывания) обеспечивается рядом мероприятий. Во-первых, жесткое, неподвижное соединение ролика-пружины с внутренним кольцом подшипника; возможна конструкция с неподвижной посадкой роликов-пружин и на наружное кольцо подшипника. A design feature is that the "clean" rolling, rolling in barrel-shaped twisted roller springs on the satellites (without slipping) is provided by a number of measures. Firstly, a rigid, fixed connection of the roller-spring with the inner ring of the bearing; a design with a fixed landing of the roller springs and on the outer ring of the bearing is possible.
Во-вторых, ролики-пружины во внутреннем (наружном) кольце подшипника жестко зафиксированы от продольного их перемещения запорным кольцом. Secondly, the spring rollers in the inner (outer) bearing ring are rigidly fixed from their longitudinal movement by the locking ring.
В-третьих, подшипники могут быть как шариковые, так и роликовые, т.е. любые, в зависимости от условий работы редуктора; сами подшипники (их наружные кольца) крепятся в центральных колесах по неподвижной посадке, т.е. ролик-пружина работает как балка с одним защемленным концом. Thirdly, bearings can be either ball or roller, i.e. any, depending on the operating conditions of the gearbox; the bearings themselves (their outer rings) are mounted in the central wheels by a fixed fit, i.e. the spring roller works like a beam with one pinched end.
Основным для "чистого" обкатывания служит и то, что эксцентриситет e, обеспечивающий это обкатывание, является замыкающим звеном в расчете и при изготовлении, особенно при начальном производстве редукторов. Для приборных редукторов с мощностью до 1 кВт можно рекомендовать эксцентриситет в пределах e ≈ 0,8-1,5 мм, т.е. рассчитывается применительно к данной конструкции ПЦР. The main thing for “pure” rolling is that the eccentricity e, which ensures this rolling, is the closing link in the calculation and in the manufacture, especially in the initial production of gearboxes. For instrument gearboxes with power up to 1 kW, an eccentricity of e ≈ 0.8-1.5 mm can be recommended, i.e. calculated in relation to this PCR design.
Для широкого внедрения ПЦР в приводы общепромышленного назначения, в роботехнику, в учебно-лабораторные, научные исследования, изготовление металлических (для учебно-исследовательских целей пластмассовых) бочкообразных витых роликов-пружин и сателлитов целесообразно выполнить методом точного литья. For the widespread use of PCR in drives for general industrial use, in robotics, in educational laboratory, scientific research, the manufacture of metal (for educational research purposes plastic) barrel-shaped twisted rollers, springs and satellites, it is advisable to perform the method of precision casting.
При практическом отсутствии станочного оборудования для шлифования эпициклоидальных сателлитов, при существенном упрощении технологии производства и эксплуатации указанный метод точного литья дает значительный экономический эффект. With the practical absence of machine tools for grinding epicycloidal satellites, with a significant simplification of the production and operation technology, this method of precision casting gives a significant economic effect.
Под упомянутым методом точного литья подразумеваются: литье в оболочковые формы, литье по выплавляемым моделям и другие виды литья с последующей доводкой химоэлектрополированием и т.п. By the mentioned precision casting method is meant: shell casting, lost wax casting and other types of casting followed by fine-tuning by electrochemical polishing, etc.
При проектировании и производстве низкоскоростных силовых редукторов конструктивно и технологически проще витые ролики-пружины изготовлять цилиндрическими. В этих случаях, видимо, целесообразно ставить периферийные кольцевые ограничители от значительных радиальных деформаций роликов-пружин на вылете. When designing and manufacturing low-speed power reducers, it is structurally and technologically simpler to produce coiled spring rollers as cylindrical. In these cases, it is apparently advisable to set the peripheral ring limiters from significant radial deformations of the spring rollers at the offset.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93018248A RU2059131C1 (en) | 1993-04-07 | 1993-04-07 | Planet cycloid reduction gear |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93018248A RU2059131C1 (en) | 1993-04-07 | 1993-04-07 | Planet cycloid reduction gear |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93018248A RU93018248A (en) | 1995-11-27 |
| RU2059131C1 true RU2059131C1 (en) | 1996-04-27 |
Family
ID=20139982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93018248A RU2059131C1 (en) | 1993-04-07 | 1993-04-07 | Planet cycloid reduction gear |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2059131C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100348890C (en) * | 2005-12-23 | 2007-11-14 | 重庆大学 | Double-disc cycloid cam planet driving device |
| RU2506685C2 (en) * | 2011-06-16 | 2014-02-10 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ | Power converter based on planetary cyclo gear box (pcpcgb) |
-
1993
- 1993-04-07 RU RU93018248A patent/RU2059131C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Шанников В.М. Планетарные редукторы с внецентроидным зацеплением. М-Л.: Машгиз, 1948, с.124-126. 2. Патент США N 4282777, кл. F 16H 1/32, 1981. 3. Проспект планетарно-целевого редуктора с циклоидным зацеплением. Институт проблем надежности и долговечности машин АН БССР, Минск, 1988. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100348890C (en) * | 2005-12-23 | 2007-11-14 | 重庆大学 | Double-disc cycloid cam planet driving device |
| RU2506685C2 (en) * | 2011-06-16 | 2014-02-10 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ | Power converter based on planetary cyclo gear box (pcpcgb) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0207206B1 (en) | Gearless differential speed reducer | |
| EP1918612A1 (en) | Planetary device for conversion between rotary motion and linear motion | |
| JPH0756324B2 (en) | Conical rolling equal tooth bevel gear device and processing method of the same device | |
| CN108843746B (en) | Precise speed reducer for robot | |
| Penčić et al. | Development of the Low Backlash Planetary Gearbox for Humanoid Robots. | |
| EP1047887B1 (en) | Free standing teeth (fst) gear reducer | |
| CN113404819A (en) | Gap-adjustable helical gear speed reducer | |
| RU2059131C1 (en) | Planet cycloid reduction gear | |
| US11473653B2 (en) | Fixed ratio traction or friction drive | |
| EA016184B1 (en) | Two stage planetary cycloid reduction gear | |
| RU2123627C1 (en) | Cycloidal reduction gear | |
| HARACHOVA et al. | Possibilities of use and characteristics of high-precision transmissions in machinery | |
| RU2733447C1 (en) | Two-stage cycloidal reducer | |
| RU2506685C2 (en) | Power converter based on planetary cyclo gear box (pcpcgb) | |
| CN111868412A (en) | Planetary gearbox and related robot joint and robot | |
| KR100242207B1 (en) | Planetary gear system | |
| RU2153613C1 (en) | Planetary cycloid reduction gear | |
| RU2244181C2 (en) | Planet gear | |
| Varadharajan et al. | Unconventional Gear Profiles in Planetary Gearboxes | |
| CN106838266B (en) | Bearing speed reducer retainer | |
| CN101349322B (en) | Small inclination drive gearbox | |
| Stocco | The orbitless drive | |
| RU2726245C1 (en) | Planetary reduction gear | |
| KR930008554B1 (en) | Reduction gear | |
| WO2021115119A1 (en) | A gear transmission device |