Планетарная зубчато-шариковая передача

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(72) Автор Лустенков Михаил Евгеньевич(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(57) Планетарная зубчато-шариковая передача с двумя внутренними зубчатыми зацеплениями, содержащая корпус, водило, соединенное с входным валом, два центральных колеса, одно из которых является неподвижным и соединено с корпусом, а второе соединено с выходным валом, двухвенцовый сателлит, в который встроена планетарная шариковая передача, состоящая из трех основных звеньев, внутреннего кулачка, наружного кулачка и вала с пазами, при этом одно из основных звеньев планетарной шариковой передачи соединено с водилом, другое - с зубчатым венцом двухвенцового сателлита, который находится в зацеплении с неподвижным центральным зубчатым колесом, а третье - с зубчатым венцом двухвенцового сателлита, который находится в зацеплении с центральным зубчатым колесом, соединенным с выходным валом, при этом зубчатые венцы двухвенцового сателлита имеют возможность вращаться с разной угловой скоростью относительно водила. 14130 1 2011.02.28 Изобретение относится к машиностроению, а именно к передачам для изменения скорости вращения. Известна планетарная шариковая передача, состоящая из составного внутреннего кулачка с эллипсообразной беговой дорожкой, неподвижного наружного кулачка с профильной рабочей поверхностью, вала с пазами и тел качения 1. Однако данная передача имеет низкие кинематические возможности, так как в одной ступени можно реализовать небольшие значения передаточных отношений. Рациональный диапазон передаточных отношений - от 0,25 до 9. Известна также планетарная передача с двумя внутренними зубчатыми зацеплениями,конструкция которой включает водило, соединенное с входным валом, двухвенцовый сателлит и два центральных колеса, одно из которых является неподвижным и соединено с корпусом, а второе соединено с выходным валом 2. Однако при увеличении значений передаточного отношения КПД данной передачи резко снижается. Задачей изобретения является увеличение КПД передачи и ее кинематических возможностей. Поставленная задача достигается тем, что в планетарной зубчато-шариковой передаче с двумя внутренними зубчатыми зацеплениями, содержащей корпус, водило, соединенное с входным валом, два центральных колеса, одно из которых является неподвижным и соединено с корпусом, а второе соединено с выходным валом, двухвенцовый сателлит, в который встроена планетарная шариковая передача, состоящая из трех основных звеньев,внутреннего кулачка, наружного кулачка и вала с пазами, при этом одно из основных звеньев планетарной шариковой передачи соединено с водилом, другое - с зубчатым венцом двухвенцового сателлита, который находится в зацеплении с неподвижным центральным зубчатым колесом, а третье - с зубчатым венцом двухвенцового сателлита, который находится в зацеплении с центральным зубчатым колесом, соединенным с выходным валом,при этом зубчатые венцы двухвенцового сателлита имеют возможность вращаться с разной угловой скоростью относительно водила. Предлагаемая передача позволит использовать такое преимущество передачипрототипа 2, как большие значения передаточных отношений, при сохранении высокого КПД. При этом у предлагаемой планетарной зубчато-шариковой передачи также сохраняется одно из основных преимуществ планетарной шариковой передачи - малые габариты в радиальном направлении. Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена схема предлагаемой планетарной зубчато-шариковой передачи, на фиг. 2 изображены основные детали планетарной шариковой передачи, встроенной в двухвенцовый сателлит предлагаемой планетарной зубчато-шариковой передачи. Планетарная зубчато-шариковая передача (фиг. 1) состоит из входного вала 1, связанного с водилом 2, на котором закреплен внутренний кулачок 3. В эллипсообразном пазу 10 внутреннего кулачка 3 располагаются шарики 4. Наружный кулачок 5 установлен концентрично внутреннему кулачку 3 и может вращаться относительно него. С наружным кулачком 5 жестко соединен зубчатый венец 6, который зацепляется с центральным зубчатым колесом 7 посредством внутреннего зацепления. Центральное зубчатое колесо 7 закреплено в корпусе 8. Концентрично внутреннему кулачку 3 и наружному кулачку 5 установлен вал с пазами 9, который может вращаться относительно внутреннего кулачка 3 и наружного кулачка 5. Шарики 4 контактируют с эллипсообразным пазом 10 внутреннего кулачка 3, с профильными торцовыми поверхностями 11 наружного кулачка 5 и с пазами 12 вала с пазами 9. С валом с пазами 9 соединен зубчатый венец 13, который зацепляется с центральным зубчатым колесом 14 посредством внутреннего зацепления. Центральное зубчатое колесо 14 соединено с выходным валом 15 передачи. Внутренний кулачок 3, наружный кулачок 5, вал с пазами 9, шарики 4 и венцы 6 и 13 образуют двухвенцовый сателлит 16. 2 14130 1 2011.02.28 На фиг. 2 представлены основные детали планетарной шариковой передачи, встраиваемой в двухвенцовый сателлит 16 предлагаемой передачи внутренний кулачок 3, шарики 4, наружный кулачок 5, вал с пазами 9. Вал с пазами 9 имеет пазы 12, внутренний кулачок 3 имеет эллипсообразный паз 10, а наружный кулачок 5 имеет профильную торцовую рабочую поверхность 11 с выступами. Планетарная зубчато-шариковая передача работает следующим образом. При вращении входного вала 1 вращается водило 2 и жестко соединенный с ним внутренний кулачок 3. Также начинает зацепляться зубчатый венец 6 с неподвижным центральным зубчатым колесом 7, вынуждая наружный кулачок 5 поворачиваться относительно внутреннего кулачка 3. При этом тела качения 4 начинают перемещаться по эллипсообразному пазу 10 внутреннего кулачка 3 вдоль рабочих торцовых поверхностей 11 наружного кулачка 5 и вдоль пазов 12 вала с пазами 9. Вал с пазами 9 при этом начинает поворачиваться относительно водила 2, внутреннего кулачка 3, наружного кулачка 5 и вынуждает поворачиваться соединенный с валом с пазами 9 зубчатый венец 13, который зацепляется с центральным зубчатым колесом 14, вынуждая его вращаться, и, соответственно, вращается связанный с этим центральным зубчатым колесом 14 выходной вал 15. Зубчатые венцы 6 и 13 при этом могут вращаться с разной угловой скоростью относительно водила 2. Передаточное отношение известной планетарной зубчатой передачи-прототипа 2 определяется по формуле 1(1) 1 614 где 7 - число зубьев неподвижного центрального зубчатого колеса 7 6 - число зубьев зубчатого венца 6 13 - число зубьев зубчатого венца 13 14 - число зубьев центрального зубчатого колеса 14. При этом КПД передачи резко снижается при увеличении передаточного отношения . В предлагаемой зубчато-шариковой передаче передаточное число будет определяться по формуле 1(2) 1 ш 614 где ш - передаточное число планетарной шариковой передачи, встраиваемой в двухвенцовый сателлит 16 предлагаемой передачи. Передаточное число планетарной шариковой передачи ш определяется в зависимости от применяемой кинематической схемы. На фиг. 1 приведена кинематическая схема, в которой внутренний кулачок 3 остановлен в относительном движении (относительно водила 2), наружный кулачок 5 является входным звеном, а вал с пазами 9 является выходным звеном относительно водила 2. При этом 5 ш,(3) 35 где 3 - число периодов беговой дорожки внутреннего кулачка 3 5 - число периодов (выступов) профильной торцовой поверхности 11 наружного кулачка 5. При рассмотрении развертки пространственного эллипсообразного паза 10 на плоскость эллипс вырождается в однопериодную синусоиду, значит, 31. Для рассматриваемой на фиг. 1 схемы при 748, 635, 1319, 1432 и при отсутствии встроенной в двухвенцовый сателлит 16 планетарной шариковой передачи передаточное отношениесоставило бы 5,385. В предлагаемой планетарной зубчатошариковой передаче с вышеуказанными параметрами и с параметрами 31, 54 оно равно -56, согласно формулам (2) и (3). При этом КПД в зубчатых зацеплениях больше 0,98, так как передаточное отношение невелико 2. КПД планетарной шариковой переда 3 14130 1 2011.02.28 чи составляет 0,9. Общий КПД предлагаемой планетарной зубчато-шариковой передачи будет равен произведению КПД двух передач, зубчатой и шариковой, и составит 0,88. При попытке реализовать такое же передаточное число, равное 56, в передаче-прототипе 2, ее КПД составил бы 0,78, что значительно ниже КПД предлагаемой передачи. Если затормозить в относительном движении внутренний кулачок 3, жестко соединив его с водилом 2, вал с пазами 9 соединить с зубчатым венцом 6, а наружный кулачок 5 соединить с зубчатым венцом 13 (установив кулачок 5 не с левой стороны, как на фиг. 1, а с правой стороны), то передаточное отношение планетарной шариковой передачи, встроенной в двухвенцовый сателлит, определится по формуле 5 ш 3(4) 5 В этом случае, например, при 729, 619, 1334, 1444 общее передаточное отношениеопределится по формуле (2). При отсутствии встроенной в двухвенцовый сателлит планетарной шариковой передачи передаточное отношение составило бы -5,573. В предлагаемой передаче с теми же параметрами и с параметрами 31, 54 оно равно 58,326, согласно формулам (2) и (4). При этом также происходит выигрыш в КПД по сравнению с передачей-прототипом 2. Всего возможно реализовать 6 различных кинематических схем, поочередно соединяя с водилом 2, т.е. тормозя в относительном движении, одно из трех основных звеньев планетарной шариковой передачи в планетарной зубчато-шариковой передаче (внутренний кулачок 3, наружный кулачок 5 или вал с пазами 9), другое основное звено делая при этом ведущим и соединяя с зубчатым венцом 6, а оставшееся основное звено делая ведомым и соединяя с зубчатым венцом 13. Передаточное отношение планетарной зубчатошариковой передачи при этом будет определяться по формуле (2), а передаточное отношение ш можно определять согласно таблице 2.1 3. Источники информации 1. Лустенков М.Е. Определение основных геометрических параметров планетарных шариковых передач // Сборка в машиностроении и приборостроении. - 2008. -1. - С. 12. 2. Решетов Д.Н. Детали машин Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. Машиностроение, 1989. С. 216 (схема 4) (прототип). 3. Лустенков М.Е., Макаревич Д.М. Планетарные шариковые передачи цилиндрического типа монография. - Могилев Бел.-Рос. ун-т, 2005. - 123 с. ил. - С. 42, табл. 2.1. Фиг. 2 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4