Фрикционная планетарная передача

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Старжинский Виктор Евгеньевич Басинюк Владимир Леонидович Мардосевич Елена Ивановна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(57) Фрикционная планетарная передача, содержащая корпус, входной вал, основные сателлиты, имеющие фрикционные наружные рабочие поверхности, солнечное колесо, жестко связанное с корпусом и имеющее внутреннюю фрикционную поверхность, установленную с возможностью взаимодействия с фрикционными наружными рабочими поверхностями основных сателлитов, выходной вал и водило, связанное с выходным валом,отличающаяся тем, что включает дополнительное колесо с внутренней фрикционной 14151 1 2011.04.30 рабочей поверхностью, неразъемно связанное с выходным валом, и эксцентрично расположенные относительно оси входного вала и жестко связанные с ним цилиндрические элементы, на которых размещены основные сателлиты, при этом каждый основной сателлит снабжен дополнительным сателлитом, имеющим фрикционную наружную поверхность и установленным с возможностью взаимодействия с внутренней фрикционной рабочей поверхностью дополнительного колеса, каждый основной и дополнительный сателлиты выполнены в виде двух коаксиально расположенных колец, между которыми размещен упруго-эластичный кольцевой элемент, причем оси цилиндрических элементов,на которых размещены сателлиты, расположены на расстоянииот оси входного вала,выбранном из выражения,1 2 где- максимальный момент на выходном валу фрикционной передачи 1 - диаметр внутренней фрикционной рабочей поверхности дополнительного колеса 1 - диаметр фрикционной рабочей поверхности дополнительного сателлита- число сателлитов- радиальная жесткость кольцевого упруго-эластичного элемента,причем дополнительное колесо выполнено с диаметром внутренней фрикционной рабочей поверхности, определенным из выражения 11,где- диаметр фрикционной рабочей поверхности основного сателлита- диаметр фрикционной рабочей поверхности солнечного колеса. Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводных сервисных устройствах мобильной и бытовой техники, станков и технологического оборудования. Известна фрикционная планетарная передача 1, содержащая корпус, входной вал,центральное колесо, жестко связанное с входным валом и имеющее фрикционную наружную рабочую поверхность, гибкое солнечное колесо, жестко связанное с корпусом и имеющее фрикционную внутреннюю поверхность, установленные между упомянутыми колесами с возможностью взаимодействия с последними диаметрально противоположными участками наружной поверхности сателлиты, выходной вал, водило, связанное с осями сателлитов и выходным валом. Прижатие сателлитов наружными рабочими поверхностями к наружной рабочей поверхности центрального колеса и внутренней рабочей поверхности солнечного колеса осуществляется при изготовлении за счет деформации солнечного колеса и сборки всех упомянутых колес с натягом. Недостатком такой передачи является то, что для обеспечения требуемого натяга необходимы повышенная точность изготовления всех элементов передачи, высокая стабильность жесткостных параметров подшипниковых узлов и повышенная износостойкость рабочих поверхностей. В случае, когда требуется получить большие передаточные отношения, к недостаткам также можно отнести значительные габаритные размеры, за счет наличия центрального колеса, а также необходимость использования в осевом направлении гибкого элемента, жестко связывающего солнечное колесо с корпусом. Из известных наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности относится выбранная в качестве прототипа фрикционная планетарная передача 2, содержащая корпус, входной вал с эксцентрично расположенными относительно его оси цилиндрическими элементами, жестко связанными с входным валом, сателлиты, число которых равно 2 14151 1 2011.04.30 числу эксцентрично расположенных на входном валу цилиндрических элементов, каждый из которых имеет фрикционную наружную рабочую поверхность и установлен на соответствующем цилиндрическом элементе с возможностью вращения относительно его оси,солнечное колесо, жестко связанное с корпусом и имеющее внутреннюю фрикционную поверхность, установленную с возможностью взаимодействия с фрикционными наружными рабочими поверхностями сателлитов, кольцевой элемент из упруго-эластичного материала, размещенный между солнечным колесом и корпусом, выходной вал и водило,связанное с выходным валом. Существенными недостатками конструкции является то, что она имеет относительно большие осевые размеры и ограниченный ресурс работоспособности вследствие циклического изгиба солнечного колеса. Кроме того, кольцевой элемент из упруго-эластичного материала, размещенный между солнечным колесом и корпусом, работает на срез, что обусловливает существенное снижение нагрузочной способности передачи. Задачей изобретения являются уменьшение осевых размеров и повышение ресурса работоспособности и нагрузочной способности фрикционной передачи. Решение поставленной задачи достигается тем, что фрикционная планетарная передача, содержащая корпус, входной вал, основные сателлиты, имеющие фрикционные наружные рабочие поверхности, солнечное колесо, жестко связанное с корпусом и имеющее внутреннюю фрикционную поверхность, установленную с возможностью взаимодействия с фрикционными наружными рабочими поверхностями основных сателлитов,выходной вал и водило, связанное с выходным валом, согласно изобретению, включает дополнительное колесо с внутренней фрикционной рабочей поверхностью, неразъемно связанное с выходным валом, и эксцентрично расположенные относительно оси входного вала и жестко связанные с ним цилиндрические элементы, на которых размещены основные сателлиты, при этом каждый основной сателлит снабжен дополнительным сателлитом, имеющим фрикционную наружную рабочую поверхность и установленным с возможностью взаимодействия с внутренней фрикционной рабочей поверхностью дополнительного колеса, каждый основной и дополнительный сателлит выполнен в виде двух коаксиально расположенных колец, между которыми размещен общий упруго-эластичный кольцевой элемент, причем оси цилиндрических элементов, на которых размещены сателлиты, расположены на расстоянииот оси входного вала, выбираемом из соотношения,1 2 где- максимальный момент на выходном валу фрикционной передачи 1 - диаметр фрикционной рабочей поверхности дополнительного колеса 1 - диаметр фрикционных рабочих поверхностей дополнительных сателлитов- число сателлитов- радиальная жесткость кольцевого упруго-эластичного элемента,причем дополнительное колесо выполнено с диаметром внутренней фрикционной рабочей поверхности, определенном из выражения 11,где- диаметр фрикционной рабочей поверхности солнечного колеса- диаметр фрикционных рабочих поверхностей основных сателлитов. Диаметры рабочих фрикционных поверхностей дополнительных колеса и сателлитов с диаметрами выбираются с учетом диаметров рабочих поверхностей основного колеса,основных сателлитов и передаточного числа передачи исходя из следующего. Реализуемое в передаче передаточное число определяется из известной зависимости 1 14151 1 2011.04.30 где- диаметр фрикционной рабочей поверхности основного колеса- диаметр фрикционных рабочих поверхностей основных сателлитов. Поскольку 11,(2) то Отсюда, после выделения соотношения 1/ Выбор величиныопределяется исходя из следующего. При 1,33/(1)0,5(11) существенно снижается стабильность значений усилий прижатия рабочих поверхностей сателлитов и значительно возрастают требования к точностным параметрам рабочих поверхностей центрального и солнечных колес, а также сателлитов. При 1,5/(1)0,5(11) резко возрастает нагруженность упруго-эластичных элементов, что приводит к значительному снижению их долговечности. Уменьшение осевых размеров в предлагаемой фрикционной передаче достигается за счет того, что все сателлиты (3 и более) размещаются в одной плоскости, перпендикулярной оси входного вала. При этом осевые габаритные размеры передачи уменьшаются в 1,5 раза и более. Повышение ресурса работоспособности и нагрузочной способности фрикционной передачи достигается вследствие следующего солнечные колеса и наружные кольца сателлитов выполняются жесткими в радиальном направлении, вследствие чего при работе в них возникают относительно небольшие изгибные напряжения, что способствует увеличению ресурса работоспособности как самих элементов, так и покрытий из фрикционной оксидокерамики упруго-эластичный материал в предлагаемом техническом решении работает только на сжатие, и в нем отсутствуют напряжения, связанные с работой на срез. Дополнительным эффектом повышения жесткости солнечного и дополнительного колес и наружных колец сателлитов является существенное повышение КПД фрикционной передачи за счет снижения коэффициентов трения качения. На фигуре схема фрикционной передачи. Фрикционная передача состоит из входного вала 1 эксцентрика 2, выполненного в виде фланца 2 а с консольно установленными цилиндрическими пальцами 2 б, оси которых размещены на одинаковом расстоянииот оси входного вала 1, определяемом из соотношения (3) основных сателлитов, размещенных на пальцах эксцентрика 2, каждый из которых состоит из коаксиально установленных наружного кольца 3 с цилиндрической внешней рабочей поверхностью с диаметром , имеющей покрытие из фрикционной оксидокерамики, внутреннего кольца 4 из антифрикционного материала, например бронзы,установленного на соответствующий палец эксцентрика 2 с возможностью вращения относительно его оси, и упруго-эластичного кольцевого элемента 5, неразъемно соединенного с соответствующими внутренним 4 и наружным 3 кольцами основных сателлитов солнечного колеса 6, имеющего диаметрвнутренней фрикционной рабочей поверхности корпуса 7, жестко связанного с основным солнечным колесом 6 дополнительных сателлитов, каждый из которых состоит из коаксиально установленных наружного кольца 8,имеющего внешнюю цилиндрическую рабочую поверхность с диаметром 1 с покрытием из фрикционной оксидокерамики, и внутреннего кольца 9, размещенного на пальце соответствующего основного сателлита, кольца 8 и 9 неразъемно связаны с наружным 3 и 4 14151 1 2011.04.30 внутренним 4 кольцами соответствующих основных сателлитов, и между кольцами 8 и 9 размещен упруго-эластичный кольцевой элемент 5 соответствующего основного сателлита дополнительного колеса 10 с диаметром внутренней рабочей поверхности 1, имеющего покрытие из антифрикционной оксидокерамики и установленного с возможностью взаимодействия с внешними рабочими поверхностями наружных колец 8 дополнительных сателлитов выходного вала 11, жестко связанного фланцем 12 с дополнительным колесом 10. Основной и дополнительный сателлиты внутренними кольцами 4 и 9 взаимодействуют с соответствующими пальцами эксцентрика 2 в радиальном направлении. Дополнительное центральное колесо 10 установлено с возможностью вращения вокруг своей оси. Каждый упруго-эластичный кольцевой элемент 5 при сборке деформирован в направлении оси входного вала на одинаковую величину, определяемую значением радиуса . Это обеспечивает требуемый (для создания заданного крутящего момента на выходном валу 11 фрикционной передачи) уровень прижатия наружных рабочих поверхностей наружных колец 3 и 8 основного и дополнительного сателлитов к соответствующим внутренним рабочим поверхностям колес 6 и 10. Величинаопределяется из соотношения (3), позволяющего комплексно обеспечить необходимый уровень нагрузочной способности при заданном ресурсе работоспособности упруго-эластичного кольцевого элемента 5. При работе передачи вращение с угловой скоростью ВХ входного вала 1 передается на эксцентрик 2, который поворачивает оси основных и жестко связанных с ними дополнительных сателлитов в окружном направлении. При этом наружные кольца 3 и 8 этих сателлитов взаимодействуют без скольжения с внутренними рабочими поверхностями соответственно солнечного 6 и дополнительного 10 колес (катятся по ним), вращаясь вокруг своей оси. Вследствие разности диаметров наружных колец 3 и 8 основного и дополнительного сателлитов и разности диаметров ответных им внутренних рабочих поверхностей солнечного 6 и дополнительного 10 колес дополнительное колесо 10 и жестко связанный с ним выходной вал 11 начинают вращаться с угловой скоростью ВЫХ, определяемой из соотношения 1 ВЫХВХ 1,(5)1 реализуя передаточное число , определяемое в соответствии с зависимостью (1). Пример расчета параметров передачи. Исходные данные диаметр цилиндрической фрикционной рабочей поверхности основного сателлита 2 равен 10 мм диаметр цилиндрической фрикционной рабочей поверхности солнечного колеса 6 равен 60 мм передаточное число передачи 50 максимальный момент на выходном валу фрикционной передачи 10 м 104 мм число сателлитов 6 радиальная жесткость кольцевого упруго-эластичного элемента,размещенного между наружным и внутренним кольцами сателлита,90 Н/мм. Тогда 11011/50(110/60)10/609,76 мм 609,761059,76 мм 10000 59,769,76 25,4125,46 мм.(1,331,5) 59,76690 2 1 2 Направление вращения выходного вала 11 определяется следующим при диаметре рабочей поверхности дополнительного колеса 10, большем диаметра рабочей поверхности солнечного колеса 6, выходной вал вращается в противоположном вращению входного вала направлении при диаметре рабочей поверхности дополнительного колеса 10, меньшем диаметра рабочей поверхности солнечного колеса 6, выходной вал вращается в направлении вращения входного вала передачи. 1. Бакаев Н.А., Волошина О.Н. Основы проектирования фрикционных передач. - С. 8, 9,рис. 1.1. 2. Патент РБ 9499. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.