Планетарный редуктор с внутренним зацеплением

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в электромеханических приводах повышенной кинематической точности и реверсивных передачах для преобразования вращательного движения. Планетарный редуктор с внутренним зацеплением содержит входной вал с эксцентриком 7, обойму с цевками 13 в виде усеченных конусов, зацепляющиеся с ними сателлиты 8,9, имеющие профиль, ответный профилю цевок 13, и средство для передачи составляющей свободного вращения сателлитов на выходной вал 3 через пальцы 21. Цевки 13 подпружинены относительно внутреннего торца обоймы или относительно внутреннего торца обоймы или относительно друг друга со стороны большего основания усеченного конуса цевки с возможностью перемещения навстречу сателлитам в осевом направлении. Это позволяет создать сопряжение рабочих профилей цевки и сателлита с натягом, что не приводит к заклиниванию и исключает люфт при износе поверхностей зацепляющихся высших пар. Технический результат – устранение люфта в передаче, повышение кинетической точности и увеличение нагрузочной способности. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению и может применяться в электромеханических приводах повышенной кинематической точности и реверсивных передачах для преобразования вращательного движения, например в системах позиционирования; в станочном оборудовании; в качестве редуктора для привода исполнительного органа робота.

Известна планетарная передача для преобразования вращательного движения (см. пат. GB №1516959 F 16 H 1/32, опубл. 1978 г.). Редуктор содержит вал с двойным эксцентриком, части которого смещены между собой на 180°, сателлиты, имеющие профиль, выполненный в форме эквидистанты укороченной эпициклоиды, солнечное колесо с внутренним венцом, находящееся в зацеплении с сателлитами, выходной вал, кинематически связанный с сателлитами с помощью приспособления, передающего только составляющую свободного вращения. Для того чтобы увеличить количество одновременно зацепляющихся цевок, уменьшить люфт передачи и устранить удар, возникающий при зацеплении вершины зуба сателлита с цевкой, профиль сателлитов корригирован. Недостатком данной передачи является наличие люфта, что недопустимо в случае использования данного типа редуктора в реверсивных прецессионных системах.

Известен циклоидальный редуктор (см. ас. SU №1778415 A1 F 16 H 1/32, опубл. 1992 г.), содержащий поворотные обоймы, размещенные в них с возможностью вращения цевки, и эксцентрик с сателлитами. Каждая обойма состоит из двух колец из металла и упругого материала. Данная конструкция предназначена для обеспечения беззазорного зацепления циклоидальных колес и солнечного колеса. Недостатком данной конструкции является сложность изготовления, низкая кинематическая точность, наличие упругих элементов (пружина, упругое кольцо, эластичное кольцо), к которым приложено значительное усилие со стороны сателлита, что при длительной работе приводит к уменьшению их жесткости и соответственно к изменению технических характеристик передачи.

Известен редуктор (см. ас. SU №1772503 F 16 H 1/32, опубл. 1992 г.), который содержит цилиндрический корпус, обойму с цевками, сателлиты, имеющие профиль в виде эквидистанты укороченной эпициклоиды, установленные на секционном эксцентрике, выполняющем роль водила, посредством роликов. Сателлиты выполнены с канавкой по форме цевок, а цевки представляют собой шарики или бочкообразные ролики. Данная конструкция предназначена для повышения кинематической точности передачи. Недостатком данной конструкции является сложность образования канавки сферической формы на сателлитах и возникновение люфта при износе поверхностей контактирующих пар.

Из известных наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является планетарный редуктор с внутренним зацеплением (см. патент US 5145468 А, 08.09.1992 г.), содержащий входной вал с секционным эксцентриком; сателлиты, взаимодействующие с последним через ролики; солнечное колесо, выполненное в виде обоймы с цевками, установленными с возможностью вращения вокруг своих осей на окружности, концентричной входному валу, и выполненными в виде усеченных конусов, зацепляющихся с сателлитами, имеющими профиль, ответный профилю цевок, которые установлены с возможностью перемещения навстречу сателлитам в осевом направлении, и средство для передачи составляющей свободного вращения сателлитов на выходной вал через пальцы.

Использование данного технического решения позволяет уменьшить свободный ход в редукторе, однако не может его устранить, поскольку в нем должны быть оставлены зазоры, позволяющие исключить заклинивание передачи из-за неизбежных погрешностей шага зацепления и теплового расширения элементов системы. Кроме того, погрешности шага зацепления приводят к неравномерному распределению нагрузки между цевками, снижающему нагрузочную способность передачи.

Задачей изобретения является получение беззазорного зацепления при высокой кинематической точности и увеличение нагрузочной способности редуктора.

Для решения поставленной задачи в планетарном редукторе с внутренним зацеплением, содержащем входной вал с секционным эксцентриком; сателлиты, взаимодействующие с последним через ролики; солнечное колесо, выполненное в виде обоймы с цевками, установленными с возможностью вращения вокруг своих осей на окружности, концентричной входному валу, и выполненными в виде усеченных конусов, зацепляющихся с сателлитами, имеющими профиль, ответный профилю цевок, которые установлены с возможностью перемещения навстречу сателлитам в осевом направлении, и средство для передачи составляющей свободного вращения сателлитов на выходной вал через пальцы, цевки подпружинены относительно внутреннего торца обоймы или относительно друг друга со стороны большего основания усеченного конуса цевки.

Угол конусности цевок α выбирают из соотношения:

где В - ширина сателлита;

D - максимальный диаметр вершин зубьев сателлитов.

Целесообразно, чтобы цевки были выполнены разъемными из двух частей, обращенных друг к другу одноименными основаниями, и подпружинены друг относительно друга со стороны больших оснований.

Упругие элементы позволяют создать сопряжение рабочих профилей цевки и сателлита с натягом, что, с одной стороны, не приведет к заклиниванию передачи, а с другой обеспечит, возможность исключения люфта при износе поверхностей зацепляющихся высших пар, таким образом достигается самоустанавливающееся сопряжение контактирующих профилей.

Суммарная жесткость системы при регулировке положения цевок для устранения люфта не изменяется (не используются упругие элементы в узлах передачи крутящего момента), следовательно, повышается кинематическая точность передачи.

Нагрузочная способность редуктора возрастает, так как при совпадении профилей цевок и сателлитов увеличивается количество одновременно находящихся в зацеплении пар цевка - зуб сателлита.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 приведен поперечный разрез передачи по варианту 1.

На фиг.2 - сечение А-А фиг.1.

На фиг.3 - сечение В-В фиг.1.

На фиг.4 - возможные варианты регулирования осевого положения цевок и упругих элементов для различных исполнений сопряжения цевок и сателлитов.

На фиг.5 - поперечный разрез редуктора с дополнительными секционным эксцентриком.

На фиг.6 - сечение А-А фиг.5.

На фиг.7 - сечение В-В фиг.5.

На фиг.8 представлены схемы определения перемещения цевки в осевом направлении, необходимого для совпадения профилей цевок и сателлита.

Передача (фиг.1) содержит входной вал 1, который установлен в корпусе 2 и в выходном валу 3 посредством подшипников 4 и 5. На входном валу 1 на шпонке 6 посажен секционный эксцентрик 7, число секций которого равно числу N используемых в редукторе сателлитов 8, 9, причем секции эксцентрика сдвинуты относительно друг друга на угол 2π/N. Сателлиты 8, 9, профили 10, 11 которых (фиг.2, фиг.3) имеют форму эквидистанты укороченной эпициклоиды в поперечном сечении, установлены на секционном эксцентрике 7 посредством роликов 12. Сателлиты 8, 9 находятся во внутреннем зацеплении с цевками 13, выполненными в форме усеченного конуса и расположенными по окружности в обойме 14, причем цевки 13 при зацеплении с зубьями сателлитов 8, 9 вращаются на осях 15. В продольном сечении сателлиты 8, 9 имеют форму, ответную форме цевок 13. Устройство 16 для регулировки положения цевок 13 в осевом направлении (фиг.4) состоит из гаек 17, 18 с микрометрической резьбой. Упругие элементы 19 служат для создания сопряжения с натягом цевок 13 и сателлитов 8, 9. Сателлиты 8, 9 имеют отверстия 20, центры которых расположены на окружности, концентричной с соответствующими осями секций эксцентрика 7. Средство для передачи на выходной вал 3 составляющей свободного вращения сателлитов 8, 9 содержит пальцы 21, центры которых расположены на окружности, концентричной оси входного вала 1, и проходящие сквозь отверстия 20 сателлитов 8, 9, игольчатые подшипники 22 и опорное кольцо 23. При обкатывании поверхностей отверстий 20 по пальцам 21 последние имеют возможность вращаться вокруг собственной оси благодаря игольчатым подшипникам 22. Опорное кольцо 23 предназначено для обеспечения равномерной нагрузки пальцев 21. Выходной вал 3 установлен в корпусе 24 посредством шарикоподшипников 25 и 26. Манжеты 27, 28 предназначены для предотвращения утечки смазки и проникновения пыли. Корпус 2, обойма 14 и корпус 24 стянуты с помощью болтов 29.

Планетарный редуктор, показанный на фиг.5, отличается от показанного на фиг.1 тем, что он снабжен дополнительными секционными эксцентриками 30, 31, причем все эксцентрики 7, 30, 31 установлены на валах 32, расположенных на окружности, концентричной входному валу 1, и связаны с последним через зубчатую передачу 33. Опорное кольцо 23 и выходной вал 3 стянуты винтами 34 и установлены в корпусе 2 с помощью подшипников 35, 36.

Передача работает следующим образом. При повороте входного вала 1 на эксцентрике 7, выполняющем роль водила, возникает усилие, которое стремится повернуть сателлиты 8 и 9 в сторону, совпадающую с направлением вращения входного вала 1, но поскольку зубья сателлитов 8, 9 опираются на цевки 13, сателлиты 8 и 9 начинают вращаться в противоположную сторону, обкатываясь по эксцентрику 7 с помощью роликов 12. Сателлиты 8 и 9 совершают сложное плоское движение по отношению к оси входного вала 1. Для преобразования сложного плоского движения сателлитов 8 и 9 в концентрическое движение выходного вала 3 используется устройство для передачи составляющей свободного вращения сателлитов, состоящее из пальцев 21 и опорного кольца 23. Пальцы 21 установлены в опорном кольце 23 и выходном валу на игольчатых подшипниках 22. Причем при скольжении поверхности отверстий сателлитов 8 и 9 по пальцам 21 последние будет вращаться вокруг собственных осей благодаря подшипникам качения 22.

Отличие работы редуктора, выполненного в соответствии с фиг.5, состоит в том, что вращение входного вала 1 передается на эксцентрики 7, 30, 31 (фиг.6, фиг.7) через зубчатый редуктор 33 (фиг.5).

Закручиванием гаек 17 и 18 (фиг.4) цевки 13 перемещаются навстречу сателлитам 8 и 9 в осевом направлении. Зная допуски на изготовление сателлитов 8, 9 и цевок 13, можно определить положение 13’ цевки (фиг.8) после регулировки, и соответственно перемещение, которое требуется сообщить цевкам 13 для совпадения их профилей с профилем сателлитов 8, 9.

Предложенное изобретение позволит устранить люфт в передаче, повысить кинематическую точность и увеличить нагрузочную способность редуктора.

1. Планетарный редуктор с внутренним зацеплением, содержащий входной вал с секционным эксцентриком, сателлиты, взаимодействующие с последним через ролики, солнечное колесо, выполненное в виде обоймы с цевками, установленными с возможностью вращения вокруг своих осей на окружности, концентричной входному валу, и выполненными в виде усеченных конусов, зацепляющихся с сателлитами, имеющими профиль, ответный профилю цевок, которые установлены с возможностью перемещения навстречу сателлитам в осевом направлении, и средство для передачи составляющей свободного вращения сателлитов на выходной вал через пальцы, отличающийся тем, что цевки подпружинены относительно внутреннего торца обоймы или относительно друг друга со стороны большего основания усеченного конуса цевки.

2. Планетарный редуктор по п.1, отличающийся тем, что угол конусности цевок α выбирают из соотношения:

где В - ширина сателлита;

D - максимальный диаметр вершин зубьев сателлитов.

3. Планетарный редуктор по п.1, отличающийся тем, что цевки выполнены разъемными из двух частей, обращенных друг к другу одноименными основаниями и подпружинены относительно друг друга со стороны больших оснований.