Самоустанавливающийся планетарный механизм

Изобретение относится к машиностроению, в частности к планетарным зубчатым механизмам. Самоустанавливающийся планетарный механизм содержит центральное подвижное колесо (1) с внешним зацеплением, неподвижное колесо (8) с внутренним зацеплением, водило (7), три сателлита (2, 3, 4), один из которых - основной (2), шарнирно соединен с водилом (7) непосредственно, а два пассивных сателлита (3, 4) соединены с водилом посредством дополнительных шатунов (5,6), шарнирно связанных как с водилом, так и с пассивными сателлитами. Такое выполнение механизма позволяет устранить избыточные связи и создать самоустанавливающийся механизм. 1 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, а конкретнее к зубчатым планетарным механизмам, в которых одно из центральных колес неподвижно, а сателлиты имеют подвижные геометрические оси.

Известен планетарный механизм [1, стр.495, рис.22.2.а]. В нем сателлит, установленный между подвижным колесом и неподвижным колесом, выполненным за одно целое со стойкой, относительно которой рассматривается движение, вращается вокруг своей подвижной геометрической оси и движется вместе с водилом относительно общей неподвижной геометрической оси. Подвижность такого плоского механизма определяется по формуле Чебышева П.Л. [1, стр.39, формула (2.5)]

где n - число подвижных звеньев,

p₅ - число кинематических пар пятого класса,

р₄ - число кинематических пар четвертого класса.

В механизме число подвижных звеньев n=3, число кинематических пар p₅=3, р₄=2. По формуле (1) Чебышева П.Л. подвижность такого планетарного механизма равна единице

W=3n-2p₅-p₄=9-6-2=1,

означающей, что если задать движение ведущему колесу, все остальные звенья будут также подвижными и двигаться вполне определенно.

Недостатком такого механизма является то, что при движении сателлита, имеющего смещенную относительно оси вращения всего механизма массу, в механизме появляется дисбаланс сил, вызванный переменной по направлению инерционной силой сателлита. Для устранения этого дисбаланса в механизм добавляют один или более сателлитов, которые компенсируют инерционные силы друг друга и уравновешивают весь механизм. Чаще всего для этой цели используют три сателлита [1, стр.498, рис.22.3.б]. Увеличение числа сателлитов производится не только для уравновешивания механизма, но и с целью разделения потоков мощности от ведущего колеса к водилу через три сателлита, что уменьшает усилия в соединениях ведущего колеса с каждым из сателлитов и каждого из сателлитов с водилом. При этом один из сателлитов является основным, а два других называются пассивными [2, стр.408].

Однако механизму с тремя сателлитами [1, стр.498, рис.22.3.б], принятому за прототип, присущ недостаток. В этом механизме число подвижных звеньев n=5 (ведущее звено, водило и три сателлита), число кинематических пар p₅=5 (ведущее колесо со стойкой, трижды сателлиты с водилом и водило со стойкой), р₄=6 (по два раза соединения зубьев трех сателлитов соответственно с ведущим звеном и с неподвижным колесом). По формуле (1) Чебышева П.Л. подвижность такого планетарного механизма равна

W=3n-2p₅-p₄=15-10-6=-1

Для планетарного механизма с тремя сателлитами подвижность, равная минус единице, свидетельствует о его неработоспособности, неспособности к движению. Такие системы относят к дважды статически неопределимым [3, стр.269]. В теории машин такой результат объясняют наличием так называемых избыточных связей [4, стр.224]. О том, что в планетарном механизме с тремя сателлитами имеются избыточные связи, указывается в [2, стр.408]. Механизмы, в которых избыточные связи отсутствуют, называют самоустанавливающимися. Если механизм с избыточными связями насильно принудить к движению, то это, во-первых, приведет к большим потерям на трение, а значит к низкому коэффициенту полезного действия, а во-вторых, к неизбежному износу звеньев в местах лишних связей-контактов. В реальности это ведет к быстрому износу зубьев сателлитов, потере их контактов с ведущим звеном и к передаче мощности лишь через один - основной, сателлит, т.е. через какое-то время два пассивных сателлита начинают свободно вращаться, не передавая мощности.

Задачей изобретения является создание самоустанавливающегося планетарного механизма путем устранения в нем избыточных связей. Это обеспечит свободное, безызносное движение сателлитов, увеличит срок службы планетарного механизма и позволит передавать мощность всеми сателлитами за все время работы механизма.

Решение задачи достигается свободной установкой двух из трех сателлитов трехсателлитного планетарного механизма относительно водила через посредство дополнительных шатунов.

Сущность изобретения заключается в том, что создается самоустанавливающийся планетарный механизм, включающий центральное подвижное колесо с внешним зацеплением, неподвижное колесо с внутренним зацеплением, водило, три сателлита, один из которых - основной, соединен с водилом в шарнир непосредственно, а два пассивных сателлита соединяются с водилом через посредство дополнительных шатунов, связанных в шарниры как с водилом, так и с пассивными сателлитами.

На чертеже представлен предлагаемый самоустанавливающийся планетарный механизм. Механизм содержит в своем составе центральное подвижное колесо 1 с внешним зацеплением, основной сателлит 2, два пассивных сателлита 3 и 4, два дополнительных шатуна 5 и 6, водило 7, ось которого является центральной осью механизма, центральное неподвижное колесо 8 с внутренним зацеплением, выполненное за одно целое со стойкой, относительно которой рассматривается движение. Оси колес 1 и 8 соосны с центральной осью, а оси сателлитов 2, 3 и 4 выполнены подвижными.

Как следует из чертежа, неподвижным центральным колесом с внутренним зацеплением является колесо 8. Подвижным центральным колесом является колесо 1 с внешним зацеплением. Основной сателлит 2 соединен в шарнир с водилом 7, пассивные сателлиты 3 и 4 соединены с водилом 7 через посредство дополнительных шатунов 5 и 6, которые как с сателлитами 3 и 4, так и с водилом 7 соединены в шарниры. Благодаря такому соединению пассивные сателлиты 3 и 4 имеют возможность самоустанавливаться относительно ведущего колеса 1 и неподвижного колеса 8.

Работает механизм следующим образом. При приведении в движение центрального подвижного колеса 1 за счет зацепления с ним приходят в движение все три сателлита. При этом сателлит 2, как основной, отталкивается от неподвижного звена 8, приводит в движение водило 7, а два пассивных сателлита 3 и 4 свои части мощности передают на водило 7 через дополнительные шатуны 5 и 6, что позволяет этим сателлитам самоустанавливаться относительно колес 1 и 8.

Отсутствие избыточных связей и работоспособность такого механизма в отличие от прототипа доказывается формулой (1) Чебышева П.Л. В предлагаемом механизме число подвижных звеньев n=7: колеса 1, 2, 3, 4, шатуны 5, 6 и водило 7; число шарниров p₅=7 - это соединения с опорой колеса 1 и водила 7, соединение колеса 2 с водилом 7, соединения колес 3 и 4 с шатунами 5 и 6, соединения шатунов 5 и 6 с водилом 7; число кинематических пар р₄=6: контакты сателлитов 2, 3 и 4 соответственно с колесами 1 и 8. По формуле (1) Чебышева П.Л. имеем

W=3n-2p₅-p₄=21-14-6=1,

что доказывает работоспособность, безызбыточность предложенного самоустанавливающегося планетарного механизма.

Источники информации

1. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. Изд. 3-е. - М.: Наука, 1975. - 640 с., ил.

2. Теория механизмов и машин: Учеб. для втузов / К.В.Фролов, С.А.Попов, А.К.Мусатов и др.; Под ред. К.В.Фролова. - М.: Высш. шк., 1987. - 496 с.: ил.

3. Строительная механика. Изд. 7-е, перераб. и доп. Под ред. А.В.Даркова. Учебник для вузов. - М.: "Высш. школа", 1976. - 600 с., ил.

4. Крайнев А.Ф. Механика машин. Фундаментальный словарь. - М.: Машиностроение, 2000. - 904 с., ил.

Самоустанавливающийся планетарный механизм, включающий центральное подвижное колесо с внешним зацеплением, неподвижное колесо с внутренним зацеплением, водило, три сателлита, один из которых, основной, шарнирно соединен с водилом непосредственно, отличающийся тем, что два пассивных сателлита соединены с водилом посредством дополнительных шатунов, шарнирно связанных как с водилом, так и с пассивными сателлитами.