RU2156900C1 - Planetary reduction gear - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering; planetary reduction gears. SUBSTANCE: internal meshing planetary reduction gear with little difference in number of gear teeth has housing consisting of front cover, internal tooth gear and rear cover with driven shaft. Axis of housing rotation is displaced relative to axis of driving shaft installed in housing on eccentric bushings. Driving shaft has three eccentrics arranged at angle of 120 degrees relative to each other. Planetary pinions are installed on driving shaft. Bearing holes of planet pinions are displaced relative to their geometrical centers. Eccentricities provide constant contact of planet pinion and gear. EFFECT: increased efficiency and gear ratio at small overall dimensions of reduction gear. 5 dwg

Description

Функциональные аналоги данного изобретения описаны в следующей литературе:
1. Шанников В.М. "Планетарные редукторы с внецентроидным зацеплением". Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, Москва, Ленинград, 1948 г., стр. 6-8, 26-27, 57-64, 78-87, 113-116.Functional analogues of this invention are described in the following literature:
1. Shannikov V.M. "Planetary gears with eccentric gearing." State Scientific and Technical Publishing House of Engineering Literature, Moscow, Leningrad, 1948, pp. 6-8, 26-27, 57-64, 78-87, 113-116.

2. Колчин Н.И. "Механика машин" часть 3, МАШГИЗ, Москва, Ленинград, 1952 г., стр. 176-178. 2. Kolchin N.I. "Mechanics of machines" part 3, MASHGIZ, Moscow, Leningrad, 1952, pp. 176-178.

3. Кудрявцев В.Н. "Выбор типов передач", МАШГИЗ, Москва, Ленинград, 1955 г., стр. 10, 11, 26-29, 35. 3. Kudryavtsev V.N. "The choice of transmission types", MASHGIZ, Moscow, Leningrad, 1955, p. 10, 11, 26-29, 35.

4. Кожевников С. Н., Есипенко Я.И., Раскин Я.М. "Механизмы", Машиностроение, Москва, 1965 г., стр. 327-238. 4. Kozhevnikov S. N., Esipenko Ya. I., Raskin Ya. M. "Mechanisms", Engineering, Moscow, 1965, pp. 327-238.

5. Скворцова Н.А. "Внутреннее эвольвентное зацепление для случая, когда разность чисел зубьев равна единице". Труды МВТУ, выпуск 11, 1950 г. 5. Skvortsova N.A. "Internal involute gearing for the case when the difference in the number of teeth is equal to one." Proceedings of MVTU, issue 11, 1950

6. Кудрявцев В.Н. "Планетарные передачи". Машиностроение, Москва, Ленинград, 1966 г., стр. 10-13, 260, 261, 272. 6. Kudryavtsev V.N. "Planetary gears." Engineering, Moscow, Leningrad, 1966, pp. 10-13, 260, 261, 272.

Во всех функциональных аналогах изобретения, как и в нем самом, для достижения большого передаточного отношения используется внутреннее зацепление с малой разницей чисел зубьев. Колесо с внешними зубьями обкатывается по колесу с внутренними зубьями, вращаясь на эксцентрике вала. При этом сложно-плоское движение ведущего зубчатого колеса преобразуется во вращательное движение ведомого с помощью механизма параллельных кривошипов или параллелограмма ([1] стр. 6, 7, [2] стр. 177, [3] стр. 28, [6] стр. 10-13, 260, 261), либо с помощью муфты Ольдгема ([1] стр. 7, [3] стр. 28). Эти механизмы значительно усложняют конструкцию редуктора ([1], [3], [4]), существенно увеличивают потери на трение и снижают коэффициент полезного действия. In all functional analogues of the invention, as well as in itself, to achieve a large gear ratio, internal gearing is used with a small difference in the number of teeth. A wheel with external teeth is driven around the wheel with internal teeth, rotating on the shaft eccentric. In this case, the complex-plane motion of the drive gear is converted into the rotational movement of the driven gear using the parallel crank mechanism or parallelogram ([1] p. 6, 7, [2] p. 177, [3] p. 28, [6] p. 10-13, 260, 261), or using the Oldham coupling ([1] p. 7, [3] p. 28). These mechanisms significantly complicate the design of the gearbox ([1], [3], [4]), significantly increase friction losses and reduce the efficiency.

Минимальная разница чисел зубьев колес внутреннего зацепления и потому большое передаточное отношение в одной ступени - 100 и выше в большинстве передач-аналогов ([1]-[4], [6] стр. 260, 261) достигается благодаря применению колес с зубьями специального циклоидального профиля. Недостатками таких передач являются необходимость разработки специального режущего инструмента и оснастки для их изготовления, жесткие требования к точности. The minimum difference in the number of teeth of the internal gear wheels, and therefore a large gear ratio in one gear step - 100 and higher in most analog gears ([1] - [4], [6] p. 260, 261) is achieved through the use of special cycloidal gear wheels profile. The disadvantages of such gears are the need to develop special cutting tools and accessories for their manufacture, stringent requirements for accuracy.

Этих недостатков лишены передачи с эвольвентным зацеплением [5], изготавливающиеся стандартным режущим инструментом. Однако и в них неизменным остается громоздкий, требующий высокой точности изготовления механизм параллельных кривошипов. Кроме того, этот механизм ограничивает несущую способность редуктора ([6] стр. 272), так как его применение затруднено при использовании более двух сателлитов, а также самой его конструкцией, испытывающей при работе значительные контактные и изгибные напряжения. These drawbacks are deprived of gears with involute gearing [5], manufactured by a standard cutting tool. However, in them the bulky mechanism of parallel cranks, which requires high precision manufacturing, remains unchanged. In addition, this mechanism limits the bearing capacity of the gearbox ([6] p. 272), since its use is difficult when using more than two satellites, as well as its design, which experiences significant contact and bending stresses during operation.

В основу настоящего изобретения поставлена техническая задача создания простого в изготовлении, надежного и дешевого редуктора с большим передаточным отношением, высоким коэффициентом полезного действия, способного передавать нагрузки, сравнимые с традиционными планетарными редукторами, при малых габаритах, характерных для редукторов с малой разницей чисел зубьев колес. Поставленная задача решается тем, что согласно фиг. 1 планетарный редуктор с внутренним зацеплением колес с малой разницей чисел зубьев отличается тем, что ось вращения корпуса, состоящего из передней крышки 1, колеса с внутренними зубьями 2 и задней крышки 3 с ведомым валом 4, смещена относительно оси ведущего вала 5, установленного в корпусе на эксцентриковых втулках 6, имеющего три эксцентрика 7, расположенных друг относительно друга под углом 120 градусов с установленными на них сателлитами 8, подшипниковые отверстия которых смещены относительно их геометрических центров, а эксцентриситеты ориентированы таким образом, чтобы обеспечивать постоянный контакт сателлитов с колесом. The present invention is based on the technical task of creating an easy-to-manufacture, reliable and cheap gearbox with a high gear ratio, high efficiency, capable of transferring loads comparable to traditional planetary gearboxes, with the small dimensions characteristic of gearboxes with a small difference in the number of gear teeth. The problem is solved in that according to FIG. 1 planetary gear with internal gearing of the wheels with a small difference in the number of teeth is characterized in that the axis of rotation of the housing, consisting of the front cover 1, the wheel with internal teeth 2 and the rear cover 3 with the driven shaft 4, is offset relative to the axis of the drive shaft 5 mounted in the housing on eccentric bushings 6, having three eccentrics 7 located relative to each other at an angle of 120 degrees with satellites 8 mounted on them, the bearing holes of which are offset relative to their geometric centers, and the eccentricities oriented in such a way as to ensure constant contact of the satellites with the wheel.

В редукторе (фиг. 2, фиг. 3) величины эксцентриситетов ведущего вала, смещение расточек подшипников сателлитов относительно их геометрических осей и смещение оси ведомого вала относительно ведущего одинаковы и равны расчетному межцентровому расстоянию зубчатых колес ε. Такая система эксцентриситетов играет роль скрытого механизма параллелограмма, с помощью которого организуется мгновенно-поступательное движение сателлитов и сохраняется межцентровое расстояние зацепления. Угловыми точками скрытого механизма параллелограмма являются (фиг. 2, фиг. 3) неподвижные центры ведущего О_в и ведомого О_к валов и подвижные точки - геометрический центр сателлита O_г и его подшипника О_п, отверстие для которого смещено относительно геометрического центра сателлита на величину ε.In the gearbox (Fig. 2, Fig. 3), the values of the eccentricities of the drive shaft, the displacement of the bearings of the bearings of the satellites relative to their geometric axes, and the displacement of the axis of the driven shaft relative to the drive are the same and equal to the calculated center distance of the gear wheels ε. Such a system of eccentricities plays the role of a hidden parallelogram mechanism, with the help of which the instantaneous translational motion of the satellites is organized and the center-to-center distance of engagement is maintained. The angular points of the hidden parallelogram mechanism are (Fig. 2, Fig. 3) the fixed centers of the driving O _in and the driven O _{to the} shafts and the moving points are the geometric center of the satellite O _g and its bearing O _p , the hole for which is offset relative to the geometric center of the satellite by ε.

Для компенсации центробежных сил каждый из сателлитов должен быть сбалансирован относительно оси подшипникового отверстия, а вал в сборе - динамически относительно собственной оси. To compensate for centrifugal forces, each of the satellites must be balanced relative to the axis of the bearing bore, and the shaft assembly must be dynamically relative to its own axis.

Точка приложения радиальных составляющих сил в зацеплениях, действующих на сателлиты, - ось ведущего вала 5 О_в, на эпицикл, - ось ведомого вала 4 О_к (фиг. 4). При равномерном распределении нагрузки между сателлитами 8 радиальные составляющие сил в зацеплениях равны и взаимно компенсируются.The point of application of the radial components of the forces in the gears acting on the satellites is the axis of the drive shaft 5 O _in , on the epicyclic axis is the axis of the driven shaft 4 O _to (Fig. 4). With a uniform distribution of the load between the satellites 8, the radial components of the forces in the gearings are equal and mutually compensated.

Таким образом, теоретически в редукторе нет некомпенсированных сил, отсутствует реактивный момент, и потому нет принципиальной необходимости в опорах редуктора, которые призваны гасить момент о фундаментные конструкции и воспринимать вес. Эксцентриковые втулки 6, являющиеся фиксатором взаимного положения валов и центром приложения сил, нагрузок не испытывают и неподвижны (фиг. 4). Соответственно, нет необходимости в неподвижном корпусе редуктора. Однако выполнение заявленного редуктора в неподвижном корпусе с опорами не представляет никакой технической сложности (фиг. 5). Thus, theoretically, there are no uncompensated forces in the gearbox, there is no reactive moment, and therefore there is no fundamental need for gearbox mountings, which are designed to extinguish the moment on the foundation structures and perceive weight. The eccentric bushings 6, which are the clamp of the relative position of the shafts and the center of application of forces, do not experience loads and are stationary (Fig. 4). Accordingly, there is no need for a fixed gear housing. However, the implementation of the inventive gear in a fixed housing with supports does not present any technical complexity (Fig. 5).

В связи с отсутствием механизма параллельных кривошипов как механического узла редуктор имеет более высокий коэффициент полезного действия по сравнению с аналогами. По этой же причине применение в редукторе более двух сателлитов не вызывает никаких технических трудностей, что делает его несущую способность сравнимой с традиционными планетарными редукторами, но с более широкими кинематическими возможностями. При этом сохраняются преимущества функциональных аналогов - малые габариты, большое передаточное отношение, малые скорости в зацеплениях ([2], [5]). Применение колес с эвольвентным профилем зубьев позволяет сделать предалагаемый редуктор значительно проще в изготовлении и дешевле как традиционных планетарных, так и редукторов-аналогов. Due to the lack of a parallel crank mechanism as a mechanical unit, the gearbox has a higher efficiency compared to analogues. For the same reason, the use of more than two satellites in the gearbox does not cause any technical difficulties, which makes its bearing capacity comparable to traditional planetary gearboxes, but with wider kinematic capabilities. At the same time, the advantages of functional analogs are retained - small dimensions, large gear ratio, low gear speeds ([2], [5]). The use of wheels with an involute tooth profile makes it possible to make the proposed gearbox much easier to manufacture and cheaper than traditional planetary gears or similar gears.

Работает редуктор следующим образом. В начальный момент времени сателлит 8, колесо 2, ведущий 5 и ведомый 4 валы редуктора установлены таким образом, чтобы все эксцентриситеты, имеющие равные величины, располагались на одной прямой (фиг. 3а). При этом эксцентриситет сателлита 8 компенсирует смещение ведомого вала 4 относительно ведущего 5. На этой же прямой расположена точка контакта P центроид сателлита 8 и колеса 2. (Центроиды - это воображаемые окружности, по которым происходит обкатывание сопряженных зубчатых колес). В этом положении расстояние от оси ведущего вала до точки контакта P центроид минимально. Начальный момент одинаков для всех сателлитов - это положение деталей редуктора, реализуемое технологической последовательностью сборки. The gearbox operates as follows. At the initial moment of time, satellite 8, wheel 2, drive 5 and driven 4 shafts of the gearbox are installed so that all eccentricities having equal values are located on one straight line (Fig. 3a). In this case, the eccentricity of the satellite 8 compensates for the displacement of the driven shaft 4 relative to the driving 5. The contact point P is the centroid of the satellite 8 and the wheel 2. (Centroids are imaginary circles around which the mating gears are run). In this position, the distance from the axis of the drive shaft to the contact point P centroid is minimal. The initial moment is the same for all satellites - this is the position of the gearbox parts, implemented by the assembly technological sequence.

Точка контакта центроид в любом планетарном редукторе движется с угловой скоростью и в направлении вращения оси сателлита относительно колеса. При повороте ведущего вала 5 (фиг. 2, фиг. 3) на некоторый угол α радиус ρ колеса 2, отслеживающий положение точки контакта P, повернется на тот же угол α. Между центроидами отсутствует скольжение, что обусловлено зубчатым зацеплением. Стремление сателлита повернуться вокруг оси подшипника в сторону, противоположную вращению веющего вала, ведет к увеличению межцентрового расстояния колес, что физически невозможно. Возникает усилие в контакте, и эпицикл вынужден повернуться на необходимый угол в сторону вращения ведущего вала, обеспечивая постоянство межцентрового расстояния и трансформацию момента. Поэтому в любой момент времени точки контакта сателлита и колеса имеют одинаковую линейную скорость V, направленную перпендикулярно радиусу центроида колеса ρ, проведенному в точку P. Следовательно, центроиды постоянно находятся в контакте, и геометрический центр сателлита О_г всегда лежит на радиусе ρ.
Так как радиус ρ параллелен эксцентриситету ε ведущего вала, то центр вращения сателлита О_п и точка контакта его центроиды вместе с множеством точек радиуса ρ имеют равные угловые скорости Ω₁ относительно двух разных точек - центра ведущего вала О_в и центра колеса О_к соответственно. Это означает, что сателлит совершает мгновенно-поступательное движение, при котором в любой момент времени каждая его точка имеет равные и однонаправленные линейные скорости
V = εΩ₁.
Такой вид движения организуется с помощью механизма параллелограмма. В данном случае угловыми точками такого скрытого механизма являются О_в, О_п, О_г, О_к.The centroid contact point in any planetary gearbox moves with angular velocity and in the direction of rotation of the satellite axis relative to the wheel. When the drive shaft 5 (Fig. 2, Fig. 3) is rotated by a certain angle α, the radius ρ of the wheel 2, which tracks the position of the contact point P, will turn by the same angle α. There is no slipping between the centroids due to gearing. The desire of the satellite to rotate around the axis of the bearing in the direction opposite to the rotation of the blowing shaft leads to an increase in the center distance of the wheels, which is physically impossible. There is a force in the contact, and the epicycle is forced to rotate the required angle in the direction of rotation of the drive shaft, ensuring a constant center-to-center distance and transformation of the moment. Therefore, at any moment of time, the contact points of the satellite and the wheel have the same linear velocity V directed perpendicular to the radius of the centroid of the wheel ρ drawn at point P. Therefore, the centroids are constantly in contact, and the geometric center of the satellite _Og always lies on the radius ρ.
Since the radius ρ is parallel to the eccentricity ε of the drive shaft, the center of rotation of the satellite O _p and the contact point of its centroid together with the set of points of radius ρ have equal angular velocities Ω ₁ with respect to two different points - the center of the drive shaft O _в and the center of the wheel О _к, respectively. This means that the satellite performs an instantly-translational motion, in which at any moment of time each of its points has equal and unidirectional linear speeds
V = εΩ ₁ .
This type of movement is organized using the parallelogram mechanism. In this case, the corner points of such a hidden mechanism are O _in , O _p , O _g , O _to .

Угловая скорость колеса или ведомого вала определяется как
Ω₂= V/ρ.
Передаточное отношение редуктора
I = Ω₁/Ω₂= ρ/ε.
Направления вращения ведущего и ведомого валов совпадают.The angular velocity of the wheel or output shaft is defined as
Ω ₂ = V / ρ.
Gear ratio
I = Ω ₁ / Ω ₂ = ρ / ε.
The directions of rotation of the drive and driven shafts are the same.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в силовых и кинематических приводах различного рода механизмов и машин, где при передаче любых мощностей требуются высокие передаточные отношения и малые габариты - в турбоприводах, приводах судовых энергетических установок, генераторов, насосов, в транспортных средствах, подъемном оборудовании, приводах транспортеров шнеков. The invention relates to mechanical engineering and can be used in power and kinematic drives of various kinds of mechanisms and machines, where the transmission of any power requires high gear ratios and small dimensions - in turbo drives, drives of marine power plants, generators, pumps, in vehicles, lifting equipment , auger conveyor drives.

Claims (1)

Планетарный редуктор с внутренним зацеплением колес с малой разницей чисел зубьев, отличающийся тем, что ось вращения корпуса, состоящего из передней крышки, колеса с внутренними зубьями и задней крышки с ведомым валом, смещена относительно оси ведущего вала, установленного в корпусе на эксцентриковых втулках, имеющего три эксцентрика, расположенных друг относительно друга под углом 120^o с установленными на них сателлитами, подшипниковые отверстия которых смещены относительно их геометрических центров, а эксцентриситеты ориентированы таким образом, чтобы обеспечивать постоянный контакт сателлитов с колесом.A planetary gear with internal gearing of the wheels with a small difference in the number of teeth, characterized in that the axis of rotation of the housing, consisting of a front cover, a wheel with internal teeth and a rear cover with a driven shaft, is offset relative to the axis of the drive shaft mounted in the housing on eccentric bushings having three eccentric arranged relative to each other at an angle of 120 ^o with mounted pinions, which bearing apertures are offset relative to their geometric centers and eccentricities are oriented mayor as to ensure permanent contact with the satellite wheel.

Images