Фрикционная планетарная передача

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(72) Авторы Громыко Петр Николаевич Доконов Леонид Геннадьевич Пусков Олег Михайлович Доконов Тимофей Геннадьевич Лябик Владимир Ильич(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(57) 1. Фрикционная планетарная передача, содержащая корпус, входной и выходной валы,наклонный кривошип, связанный с входным валом муфтой и установленный благодаря муфте с возможностью перемещения относительно входного вала вдоль его оси, сателлит,составляющий посредством подшипников вращательную пару с наклонным кривошипом,имеющий конусообразную фрикционную рабочую поверхность, контактирующую с конусообразной фрикционной рабочей поверхностью первого центрального колеса, жестко связанного с корпусом, отличающаяся тем, что первое центральное колесо с конусообразной фрикционной рабочей поверхностью выполнено с возможностью осевого перемещения и подпружинено с помощью упругих элементов в направлении конусообразной 15751 1 2012.04.30 фрикционной рабочей поверхности сателлита с возможностью контакта с последней, а на противоположном торце сателлита выполнена вторая конусообразная фрикционная рабочая поверхность, которая контактирует с конусообразной фрикционной рабочей поверхностью второго центрального колеса, жестко связанного с выходным валом, причем конусообразные фрикционные рабочие поверхности сателлита выполнены внутренними с углами конусностии , связанными соотношением ,где- угол между осями вращения входного вала и сателлита- передаточное отношение,а конусообразные фрикционные рабочие поверхности первого и второго центральных колес выполнены наружными с углами конусности соответственно 1 и 1, определяемыми из соотношений 1,1. 2. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что конусообразные фрикционные рабочие поверхности сателлита выполнены как боковые поверхности клиновых ремней, жестко закрепленных на противоположных торцевых поверхностях сателлита. Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве передачи в приводах различных машин, например в приводных сервисных устройствах мобильной техники, приводах бытовой техники, станков и технологическом оборудовании. Известна фрикционная планетарная передача, содержащая корпус, жестко связанный с входным валом кривошип, неподвижное центральное солнечное колесо, имеющее внутреннюю фрикционную рабочую поверхность, сателлит, фрикционная наружная рабочая поверхность которого взаимодействует с внутренней рабочей поверхностью неподвижного центрального солнечного колеса, выходной вал 1. Создание необходимого усилия в контакте взаимодействующих фрикционных рабочих поверхностей центрального солнечного колеса и сателлита в передаче-прототипе осуществляется за счет создания в контакте указанных звеньев предварительного натяга,обеспечиваемого точностью изготовления звеньев. В процессе работы передачи-прототипа происходит износ фрикционных рабочих контактирующих поверхностей солнечного колеса и сателлита, а также износ других звеньев, обеспечивающих требуемый натяг в контакте передачи. Вследствие указанного происходит ослабление натяга в контакте рабочих фрикционных поверхностей, что приводит к потере нагрузочной способности передачи, а следовательно, и ее работоспособности. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой передаче является фрикционная планетарная передача, содержащая корпус, наклонный кривошип, жестко связанный с входным валом и установленный с возможностью перемещения относительно входного вала вдоль его оси, сателлит, составляющий посредством подшипников вращательную пару с наклонным кривошипом, имеющий конусообразную фрикционную поверхность, контактирующую с конусообразной фрикционной поверхностью центрального колеса, жестко связанного с корпусом передачи 2. При необходимости разработки фрикционного редуктора на основе схемы передачипрототипа с высоким передаточным отношением (например, более 100) значения угла наклона оси наклонного кривошипа к оси вращения входного вала, обеспечивающие указанные значения передаточного отношения, должны быть минимальны (менее 1 градуса). Это приводит к резкому падению КПД передачи из-за наличия фрикционного взаимодействия между конусными рабочими поверхностями сателлита и взаимодействующего с ним центрального колеса на участках с высокими скоростями относительного скольжения. При проектировании фрикционного редуктора со значениями угла наклона оси наклонно 2 15751 1 2012.04.30 го кривошипа к оси вращения входного вала свыше 2 градусов, обеспечивающими приемлемые значения КПД, невозможно достичь по чисто кинематическим соображениям высоких значений передаточного отношения. Задачей настоящего изобретения является расширение кинематических возможностей фрикционной планетарной передачи, т.е. увеличение верхней границы передаточного отношения, с обеспечением трансформации вращения с относительно высокими значениями КПД. Указанная задача достигается тем, что во фрикционной планетарной передаче, содержащей корпус, входной и выходной валы, наклонный кривошип, связанный с входным валом муфтой и установленный благодаря муфте с возможностью перемещения относительно входного вала вдоль его оси, сателлит, составляющий посредством подшипников вращательную пару с наклонным кривошипом, имеющий конусообразную фрикционную рабочую поверхность, контактирующую с конусообразной фрикционной рабочей поверхностью первого центрального колеса, жестко связанного с корпусом передачи, согласно изобретению, первое центральное колесо с конусообразной фрикционной рабочей поверхностью выполнено с возможностью осевого перемещения и подпружинено с помощью упругих элементов в направлении конусообразной фрикционной рабочей поверхности сателлита с возможностью контакта с последней, а на противоположном торце сателлита выполнена вторая конусообразная фрикционная рабочая поверхность, которая контактирует с конусообразной фрикционной рабочей поверхностью второго центрального колеса,жестко связанного с выходным валом передачи, причем конусообразные фрикционные рабочие поверхности сателлита выполнены внутренними с углами конусностии , взаимосвязанными соотношением,где- угол между осями вращения входного вала и сателлита- передаточное отношение,а конусообразные фрикционные рабочие поверхности первого и второго центральных колес выполнены наружными с углами конусности соответственно 1 и 1, определяемыми из соотношений 1,1. Допустимо, чтобы во фрикционной планетарной передаче, согласно изобретению,конусообразные фрикционные рабочие поверхности сателлита выполнены как боковые поверхности клиновых ремней, жестко закрепленных на противоположных торцевых поверхностях сателлита. Боковые поверхности клиновых ремней закреплены таким образом, чтобы одна из боковых поверхностей первого клинового ремня образовывала внутреннюю конусообразную поверхность с углом конусности 2, а одна из боковых поверхностей второго клинового ремня образовывала внутреннюю конусообразную поверхность с углом конусности 2, причем углы конусности и угол между осями вращения входного вала и сателлита взаимосвязаны следующим соотношением(22)(2)2,где- угол между осями вращения входного вала и сателлита- передаточное отношение,при этом необходимо, чтобы указанные боковые поверхности первого и второго клиновых ремней имели возможность контакта соответственно с наружными конусообразными рабочими поверхностями первого и второго центральных колес. В предлагаемой фрикционной планетарной передаче, в отличие от прототипа, возможно достижение трансформации вращения с большими значениями передаточных отношений с одновременным обеспечением относительно высоких значений КПД. Это возможно за счет разницы между значениями углов конусностии , в то время как у 3 15751 1 2012.04.30 прототипа достижение значительных передаточных отношений возможно за счет уменьшения значений угламежду осями вращения входного вала и сателлита. Однако в передаче-прототипе это приводит к участию в контактном взаимодействии рабочих участков конических поверхностей сателлита и центрального колеса, на которых скорости относительного скольжения высоки, а следовательно, это приводит к низкому значению КПД. В предлагаемой передаче также возможно использовать в контакте клиновые ремни,что позволяет приблизить условия работы предлагаемой передачи к условиям работы клиноременной передачи, как известно имеющей относительно высокий КПД по сравнению с известными другими видами фрикционных передач. Поясним вышесказанное. На фиг. 1 показана условная структурная схема предлагаемой фрикционной планетарной передачи. На фиг. 2 - структурная схема предлагаемой фрикционной планетарной передачи с применением в ее конструкции двух клиновых ремней. Фрикционная планетарная передача содержит входной вал 1, который связан посредством муфты 2 с кривошипным валом 3. Конструкция муфты 2 обеспечивает возможность осевого перемещения кривошипному валу 3. Наклонная часть кривошипного вала 3 составляет вращательную пару с сателлитом 4, представляющим собой диск, на левом торце которого выполнена внутренняя конусная поверхность с углом конусности , а на правом торце которого выполнена внутренняя конусная поверхность с углом конусности . Левая внутренняя конусная поверхность сателлита 4 имеет возможность контакта с наружной конусной поверхностью центрального колеса 5 с углом конусности 1 (зона контакта ), а правая внутренняя конусная поверхность сателлита - с наружной конусной поверхностью центрального колеса 9 с углом конусности 1 (зона контакта ). Механизм прижатия конусообразных фрикционных рабочих поверхностей сателлита 4 и центральных колес 5 и 9 реализован путем выполнения на поверхности центрального колеса 5 осевых пазов и входящих в пазы штырей 6, жестко закрепленных в корпусе 7, с одновременным подпружиниванием центрального колеса 5 в осевом направлении упругими элементами (пружинами) 8. Центральное колесо 9 жестко связано с выходным валом 10. Кроме этого, на двух торцевых поверхностях сателлита 4 в кольцевых проточках могут быть размещены два клиновых ремня 11 и 12 таким образом, чтобы боковая поверхность левого клинового ремня 11 имела возможность взаимодействия с наружной конусообразной фрикционной поверхностью центрального колеса 5, а боковая поверхность правого клинового ремня 12 - с наружной конусообразной поверхностью центрального колеса 9 (фиг. 2). Работает фрикционная передача следующим образом. Вращение от входного вала 1 посредством муфты 2, дающей возможность кривошипному валу 3 иметь смещение в осевом направлении, передается на указанный кривошипный вал 3. Размещенный на наклонной части кривошипного вала 3 и составляющий с ним вращательную пару сателлит 4 совершает относительно точки прецессиисферическое движение. При этом левая внутренняя конусообразная поверхность сателлита 4 обкатывается по наружной фрикционной конусообразной поверхности центрального колеса 5, а правая внутренняя конусообразная поверхность сателлита 4 обкатывается по внутренней конусообразной фрикционной поверхности центрального колеса 9. Необходимым условием обкатки с минимумом скольжения внутренних конических поверхностей сателлита 4 и наружных конусообразных поверхностей центральных колес 5 и 9 является правильный выбор углов конусности сателлита 4 ии углов конусности 1 и 1 центральных колес 5 и 9. Получим выражения для определения указанных углов. Для этого обратимся к фиг. 1. Скорость точкиисходя из заданной угловой скорости входного вала 1 1 может быть определена 1. 15751 1 2012.04.30 Учитывая, что сателлит совершает сферическое движение и при этом мгновенная ось его вращения - это ось , скоростьможет быть подсчитана по следующей формуле 4,где 4 - угловая скорость сателлита 4. Исходя из вышеприведенных формул, угловая скорость сателлита 4 может быть определена Скорость точки , принадлежащей наружной конусообразной поверхности центрального колеса 9, можно рассчитать, зная угловую скорость 4 сателлита 4 по следующей формуле 1 1 .Угловая скорость выходного вала 10 определитсяУчитывая, что передаточное отношение равно частному от деления угловой скорости входного вала 1 на угловую скорость выходного вала 10, получим. 10 Тогда взаимосвязь углов конусности сателлитаибудет иметь следующий вид. Формулы для расчета углов конусности наружных конусообразных фрикционных рабочих поверхностей центральных колес 5 и 9 соответственно 1 и 1 имеют вид (фиг. 1)1,1. Прижим контактирующих фрикционных конусообразных поверхностей сателлита 4 и центральных колес 5 и 9 в зонах контактаиосуществляется за счет упругих элементов, показанных на фиг. 1 в виде пружин 8. Так как наклонный кривошип 2, связанный с входным валом 1, установлен с возможностью перемещения относительно входного вала вдоль его оси, то сателлит 4, размещенный на наклонном кривошипе, также имеет свободу перемещения относительно оси входного вала, что обеспечивает создание равных сил прижатия в контактирующих зонахипри создании усилия прижатия с помощью пружин 8. Сателлит 4, благодаря фрикционному взаимодействию с центральным колесом 5, совершает вращательное движение относительно наклонной оси кривошипного вала 3. Одновременно уже вращающийся сателлит 5 совершает фрикционное взаимодействие с центральным колесом 9, приводя его во вращение относительно оси выходного вала с угловой скоростью 10, формула для расчета которой приведена выше. Центральное колесо 9 приводит во вращение жестко связанный с ним выходной вал 10. Формула для расчета передаточного отношения в передаче-прототипе имеет следующий вид 15751 1 2012.04.30 где- угол конусности сателлита- угол между осями вращения входного вала и сателлита. В предлагаемой передаче передаточное отношение определится. 10 Анализ формул для расчета передаточного отношения в передаче-прототипе и предлагаемой передаче позволил сделать вывод, что в передаче-прототипе величина передаточного отношения может иметь большое значение только при малых величинах угламежду осями вращения входного вала и сателлита. В предлагаемой передаче кроме указанного углав большей степени на передаточное отношение влияет разность углов конусности левой и правой внутренних конусообразных поверхностей сателлита 4. Таким образом, в предлагаемой передаче достигать больших значений передаточных отношений можно путем минимизации указанной разности углов конусности сателлита,делая при этом значения угла между осями вращения входного вала и сателлитав приемлемых для обеспечения высоких значений КПД пределах. Вывод о том, что уменьшение угла между осями вращения входного вала и сателлитаснижает КПД рассматриваемых фрикционных передач, основывается не только на том, что уменьшение указанного угла приводит к сближению конусообразных фрикционных контактирующих поверхностей сателлита и центральных колес, а следовательно, ввод в контакт дополнительных поверхностей, отличающихся скоростями относительного скольжения. Данный вывод также подтвержден исследованиями компьютерных моделей предлагаемой фрикционной передачи и передачи-прототипа (при необходимости эти результаты будут представлены экспертизе). Возможен также вариант предлагаемой передачи, у которой на двух торцевых поверхностях сателлита 4 в кольцевых проточках могут быть размещены два клиновых ремня 11 и 12 (фиг. 2). Принцип работы данного варианта планетарной фрикционной передачи не отличается от описанного выше принципа работы фрикционной передачи. Однако в случае контакта поверхности клиновых ремней 11 и 12 с поверхностями сателлита 4 и поверхностями центральных колес 5 и 9 создаются условия взаимодействия близкие к условиям при работе клиноременной передачи. Как известно, клиноременная передача имеет относительно высокий КПД. Поэтому в предлагаемой передаче применение клиновых ремней будет способствовать повышению КПД. Следует отметить, что углы конусности 2 и 2, образованные боковыми поверхностями каждого из клиновых ремней с осью сателлита, определятся из соотношения (фиг. 2)( 22 )( 2)2 . Вышеприведенное соотношение для определения углов конусности 2 и 2 совпадает с полученным выше соотношением для определения углов конусностии . Конструктивно обеспечение рассчитанных углов конусности 2 и 2 может быть обеспечено формой кольцевых проточек сателлита 4. При этом радиусы кольцевых проточек сателлита 4 должны быть подобраны таким образом, чтобы клиновые ремни на их поверхности были надеты с натягом. При необходимости клиновой ремень может быть жестко закреплен в кольцевой проточке сателлита 4 механическим способом или с помощью клеевого соединения. Таким образом, в предлагаемой фрикционной планетарной передаче, по сравнению с передачей-прототипом, расширяются кинематические возможности, т.е. имеется возможность увеличения верхней границы передаточного отношения с обеспечением трансформации вращения с высокими значениями КПД. Дополнительное применение в конструкции передачи клиновых ремней способствует созданию фрикционного взаимодействия в зонах зацепления, близкого к фрикционному взаимодействию в клиноременной передаче, что также позволит обеспечить высокие значения КПД предлагаемой передачи. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.