Прецизионная планетарная передача
Прецизионная планетарная передача содержит зубчатое колесо, подвижную кольцевую шестерню, фиксированную кольцевую шестерню, одну или более планетарных шестерен. Каждая планетарная шестерня выполнена с возможностью одновременного зацепления с зубчатым колесом, фиксированной кольцевой шестерней и подвижной кольцевой шестерней. Зубчатое колесо содержит шестерню с конусовидным зубчатым венцом, при этом каждая планетарная шестерня содержит шестерню с конусовидным зубчатым венцом, а конусовидный зубчатый венец имеет коррекцию (х), линейно изменяющуюся вдоль продольного направления зуба (Z), при этом каждый зуб (Z) конусовидного зубчатого венца имеет толщину (s) и высоту (h), изменяющиеся при перемещении от вершины (V) указанной конусовидной шестерни вдоль продольного направления зуба (Z). Обеспечивается улучшение эксплуатационных характеристик. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится к прецизионной планетарной передаче, например, для применения в промышленных роботах для работы механических рук.
В частности, изобретение относится к планетарной передаче, которая выполнена с возможностью установки вблизи шарнирных сочленений механической руки и может передавать необходимые крутящие моменты, одновременно обеспечивая: точную передачу углового положения, малые размеры, легкий вес и жесткость и устойчивость к внешним нагрузкам.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны планетарные передачи, имеющие конические шестерни для компенсации осевых усилий, оказываемых на шестерни самой планетарной передачи, см., например, DE 10 2010 046958 А1.
Кроме того, для ограничения зазоров между коническими шестернями, известно использование системы осевого усилия с пружиной, которая удерживает зубья конических шестерен в контакте друг с другом.
Описанные выше планетарные передачи обладают тем недостатком, что они недостаточно прецизионны и имеют ограниченное передаточное отношение.
Конусовидные шестерни рассматриваются и обсуждаются в следующих публикациях:
Н.Е. Merritt, "Gears", Pitman, London, 1955, страницы 165-170;
A.S. Beam, "Beveloid Gearing", Machine Design, Vol.26, декабрь 1954, страницы 220-238;
S.C. Purkiss, "Conical Involute Gears: Part 1", Machinery 89, 1956, страницы 1403-1420; и
C.C. Liu, C.B. Tsay, "Contact characteristics of beveloid gears", Mech. Mach. Theory, No. 37, 2002, страницы 333-350.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей изобретения является создание планетарной шестерни, в которой устранены описанные выше недостатки.
В частности, задачей изобретения является создание прецизионной планетарной шестерни, которая является компактной и недорогой и имеет: высокое передаточное отношение; хорошие рабочие характеристики; и отсутствие зазоров между шестернями.
Согласно настоящему изобретению представлена планетарная передача согласно прилагаемой формуле изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение описано ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показан его не ограничивающий вариант осуществления, и на которых:
- на фиг.1 показано схематическое изображение конструкции планетарной передачи согласно изобретению;
- на фиг.2 показан покомпонентный вид планетарной передачи согласно изобретению;
- на фиг.3 показан продольный разрез планетарной передачи, показанной на фиг.2;
- на фиг.4 показан вариант планетарной передачи согласно изобретению;
- на фиг.5 показан схематический вид детали планетарной передачи согласно изобретению;
- на фиг.6 показана теоретическая модель шестерни с конусовидным зубчатым венцом с прямыми зубьями согласно изобретению; и
- на фиг.7 показан еще один вариант планетарной передачи согласно изобретению.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1-3 номер позиции 1 обозначает в целом планетарную передачу, имеющую входную сторону Ε и выходную сторону О. Под "входной стороной Е" понимается сторона планетарной передачи 1, выполненная с возможностью размещения зубчатого колеса 2 и соединения с зубчатым колесом 2, соединенным известным способом с внешним двигателем (не показан), в частности с электрическим двигателем. Под "выходной стороной О" понимается сторона, выполненная с возможностью соединения с компонентом (не показан), например механической рукой, на который она передает движение.
Согласно фиг.2 и 3 планетарная передача 1 содержит наружный цилиндрический корпус 3, имеющий внутреннюю сквозную полость 4 и продольную ось L1. Полость 4 обращена к наружной части корпуса 3 через концевые отверстия 5 и 6, расположенные в области входной стороны Ε и выходной стороны О, соответственно. Предпочтительно в полости 4 может быть размещена смазочная уплотнительная система (известная и, следовательно, не показанная) для обеспечения уплотнения планетарной передачи 1 и ее защиты от загрязнений.
Корпус 3 выполнен с возможностью оставаться неподвижным в процессе использования планетарной передачи 1. В частности, корпус 3 содержит фланец 7, выступающий радиально наружу от планетарной передачи 1 и имеющий отверстия 8, равномерно распределенные вокруг оси L1 для прохода винтов (не показаны), которые могут фиксировать корпус 3 на соответствующей руке (не показана) промышленного робота.
Планетарная передача 1 дополнительно содержит фиксированную кольцевую шестерню 9, соединенную с корпусом 3 способом с фиксацией в угловом и осевом направлении. Фиксированная кольцевая шестерня 9 выступает радиально вовнутрь полости 4. Фиксированная кольцевая шестерня 9 по существу перпендикулярна оси L1. Фиксированная кольцевая шестерня 9 разделяет полость на входную часть 10 и выходную часть 11.
Согласно чертежам, фиксированная кольцевая шестерня 9 изготовлена в виде одной детали вместе с корпусом 3, образуя, таким образом, единый элемент; при этом жесткость планетарной передачи 1 увеличивается, а время и затраты, необходимые для сборки планетарной передачи 1, уменьшаются. Согласно не показанному варианту осуществления, фиксированная кольцевая шестерня 9 выполнена отдельно от корпуса 3 и соединена с корпусом 3.
Планетарная передача 1 дополнительно содержит водило 12 планетарной передачи, вставленное вовнутрь корпуса 3 через отверстие 7 во входной части 10. Водило 12 планетарной передачи соосно с осью L1 и установлено так, чтобы вращаться вокруг оси L1.
В частности, водило 12 планетарной передачи содержит дискообразную пластину 13, имеющую центральное отверстие 14 круглой формы, через которое зубчатое колесо 2 может быть вставлено в планетарную передачу 1. Предпочтительно, отверстие 4 выполнено с возможностью размещения в нем смазочной уплотнительной системы (известной и, следовательно, не показанной) для обеспечения уплотнения планетарной передачи 1 и ее защиты от загрязнений. Согласно не показанному варианту осуществления изобретения, отверстие 14 выполнено с возможностью размещения в нем (известного) подшипника, который может ограничивать в осевом и/или радиальном направлении положение зубчатого колеса 2 для улучшения функциональности и точности планетарной передачи 1.
Известным образом планетарная передача 1 содержит средства, расположенные между водилом 12 планетарной передачи и корпусом 3, для обеспечения относительного вращения между указанным водилом 12 планетарной передачи и указанным корпусом 3. Например, планетарная передача 1 содержит подшипник c1 и соответствующие прокладки g1, установленные на пластине 13 водила 12 планетарной передачи, чтобы обеспечить возможность относительного вращения между водилом 12 планетарной передачи и входной частью 10 корпуса 3.
Согласно не показанному варианту осуществления, подшипник c1 между водилом 12 планетарной передачи и корпусом 3 не имеет наружного кольца, при этом ролики подшипника непосредственно катятся по входной части 19 корпуса 3, надлежащим образом подготовленной и обработанной. Таким образом, занимаемое пространство уменьшается, при этом жесткость и компактность планетарной передачи 1 увеличиваются.
Пластина 13 водила 12 планетарной передачи расположена, вдоль оси L1, рядом с фиксированной кольцевой шестерней 9, однако она отделена от последней для предотвращения относительного трения между фиксированной кольцевой шестерней 9 и пластиной.
Водило 12 планетарной передачи дополнительно содержит множество штифтов 15, каждый из которых имеет ось L2, по существу параллельную оси L1.
Штифты 15 равномерно распределены вокруг оси L1. В показанном примере имеются три штифта, причем все они выступают от одной и той же стороны пластины 13 вовнутрь полости 4 по направлению к отверстию 6. Согласно не показанному варианту осуществления, количество штифтов 15 различно, при этом оно зависит от типа применения планетарной передачи 1. Тот факт, что штифты 15 изготовлены в виде одной детали вместе с пластиной 13 водила 12 планетарной передачи, увеличивает жесткость и сопротивление планетарной передачи 1, улучшая при этом время эффективность с учетом стоимости и компактность планетарной передачи 1. Согласно не показанному варианту осуществления, каждый штифт 15 представляет собой отдельный элемент, соединенный с пластиной 13 водила 12 планетарной передачи.
В показанном варианте осуществления, каждый штифт 15 имеет цилиндрический корпус, имеющий в продольном направлении: концевую часть 16 и промежуточную часть 17, расположенную между концевой частью 16 и пластиной 13. Концевая часть 16 имеет диаметр, меньший диаметра промежуточной части 17. Каждый штифт 15 имеет резьбовое отверстие 18, соосное с соответствующей осью L2 и выполненное внутри концевой части 16. Отверстие 18 сообщается с наружной частью через отверстие, выполненное вблизи свободного конца штифта 15.
Планетарная передача 1 дополнительно содержит множество планетарных шестерен 19. Каждая планетарная шестерня 19 содержит шестерню с конусовидным зубчатым венцом, которая далее называется конусовидной шестерней.
Под "шестерней с конусовидным зубчатым венцом" или "конусовидной шестерней" понимается зубчатая эвольвентная шестерня, обычно известная как коническая эвольвентная шестерня или конусовидная шестерня (ее теоретическая модель показана на фиг.6) с толщиной s зуба Z, корнем зуба и внешним диаметром, которые сужаются вдоль оси делительного цилиндра. Конусовидные шестерни не являются обычными коническими шестернями, так как все нормальные сечения на осевой линии представляют собой одну и ту же цилиндрическую шестерню с прямыми зубьями со своим собственным значением коррекции х. Поскольку коррекция x линейно изменяется вдоль продольного направления зуба Ζ, толщина s и высота h зуба Ζ увеличиваются при перемещении от вершины V вдоль продольного направления зуба Ζ.
На фиг.6 показана теоретическая модель зуба Ζ конусовидной шестерни с прямыми зубьями. На фиг.6 bc обозначает основной цилиндр, a bh обозначает основную винтовую линию, которая положительна на одной боковой поверхности ih и отрицательна на другой боковой поверхности. В случае, когда основная винтовая линия bh на одной боковой поверхности ih имеет значение, равное и противоположное значению другой боковой поверхности ih, получается конусовидная шестерня с прямыми зубьями, в противном случае шестерня определяется как наклонная шестерня. Начало всех эвольвент происходит от основной винтовой линии bh. Все эвольвенты соединяются друг с другом в области верхней части К. Боковая поверхность ih зуба Ζ представляет собой эвольвентный геликоид. Зуб Ζ имеет верхнюю грань tc и нижнюю грань tf, сужающиеся вдоль продольного направления зуба Z. В конусовидной шестерне с прямыми зубьями все нормальные сечения на осевой линии представляют собой цилиндрическую шестерню с прямыми зубьями со своим собственным значением коррекции х. На фиг.6 показана передняя плоская поверхность ff зуба Z.
В частности, каждая планетарная шестерня 19 содержит конусовидную шестерню с прямыми зубьями. Каждая планетарная шестерня 19 имеет конусность γ.
Фиксированная кольцевая шестерня 9 выполнена внутри зубчатой с конусовидным зубчатым венцом, аналогичным венцу одной из планетарных шестерен 19. Планетарные шестерни 19 имеют вершину V, обращенную к входной стороне Е. Таким образом, зубчатое колесо 2 может быть вставлено после установки планетарной передачи 1, при этом электрические компоненты (электрический двигатель и зубчатое колесо) могут быть удалены и, при необходимости, заменены без необходимости демонтажа планетарной передачи 1.
Каждая планетарная шестерня 19 имеет внутреннюю сквозную полость 29, являющуюся соосной и имеющую по существу цилиндрическую форму. Согласно примеру, показанному на чертежах, планетарная передача 1 содержит три планетарных шестерни 19. Каждая планетарная шестерня 19 установлена вокруг промежуточной части 17 соответствующего штифта 15 и зацепляется с фиксированной кольцевой шестерней 9. Каждая планетарная шестерня 19 установлена таким образом, что ее конусность γ противоположна конусности фиксированной кольцевой шестерни 9. Известным образом планетарная передача 1 содержит множество подшипников с2 (в показанном случае их три), каждый из которых установлен вокруг соответствующего штифта 15 и расположен между штифтом 15 и соответствующей планетарной шестерней 19. В показанном варианте подшипник с2 является игольчатым роликовым подшипником.
В случае, когда каждый штифт 15 представляет собой отдельный элемент, соединенный с пластиной 13 водила 12 планетарной передачи, можно использовать обработку закалкой для каждого штифта 15, так что каждый подшипник с2, установленный между соответствующим штифтом 15 и соответствующей планетарной шестерней 19, может не иметь внутреннего кольца, имея, таким образом, ролики, которые непосредственно катятся в контакте со штифтом 15. Таким образом, размеры и вес планетарной передачи 1 уменьшаются.
Планетарная передача 1 дополнительно содержит выходной блок 21, выполненный с возможностью передачи движения на соответствующую руку (не показана) промышленного робота. Выходной блок 21 имеет по существу цилиндрический корпус и внутреннюю полость 22, обращенную наружу через концевые отверстия 23 и 24. Отверстие 23 обращено к входной стороне Е, при этом отверстие 24 обращено к выходной стороне О. Выходной блок 21 является соосным с осью L1 и установлен так, чтобы вращаться вокруг оси L1.
Выходной блок 21 содержит, в свою очередь, подвижную кольцевую шестерню 25, соединенную с выходным блоком 21 с фиксацией в угловом и осевом направлении. Подвижная кольцевая шестерня 25 выступает радиально вовнутрь полости 22. Подвижная кольцевая шестерня 25 по существу соосна оси L1.
Согласно чертежам, подвижная кольцевая шестерня 25 изготовлена в виде одной детали вместе с выходным блоком 21, образуя, таким образом, единый элемент; при этом жесткость планетарной передачи 1 увеличивается, а время и затраты, необходимые для сборки планетарной передачи 1, уменьшаются. Согласно не показанному варианту осуществления, подвижная кольцевая шестерня 25 может быть соединена с выходным блоком 21. Подвижная кольцевая шестерня 25 может вращаться вокруг оси L1 вместе с выходным блоком 21.
Подвижная кольцевая шестерня 25 выполнена внутри зубчатой с конусовидным зубчатым венцом, являющимся ответным зубчатому венцу конусовидных шестерен планетарных шестерен 19. Иными словами, конусность γ подвижной кольцевой шестерни 25 противоположна конусности γ каждой планетарной шестерни 19.
Выходной блок 21 вставлен вовнутрь выходной части 11 корпуса 3, причем подвижная кольцевая шестерня 25 расположена смежно с фиксированной кольцевой шестерней 9. Фиксированная кольцевая шестерня 9 является ответной к каждой планетарной шестерне 19. Иными словами, подвижная кольцевая шестерня 25 имеет конусность γ, равную конусности γ фиксированной кольцевой шестерни 9. В частности, конусность γ подвижной кольцевой шестерни 25 противоположна конусности γ каждой планетарной шестерни 19.
Согласно чертежам, фиксированная кольцевая шестерня 9 обращена к входной стороне Е. Внутренний диаметр фиксированной кольцевой шестерни 9 имеет меньшую протяженность по сравнению с внутренним диаметром подвижной кольцевой шестерни 25.
Подвижная кольцевая шестерня 25 и фиксированная кольцевая шестерня 9 расположены рядом друг с другом. Подвижная кольцевая шестерня 25 и фиксированная кольцевая шестерня 9 расположены на достаточном расстоянии друг от друга так, чтобы позволить кольцевой шестерне (25, подвижная шестерня) вращаться относительно другой кольцевой шестерни (9, фиксированная шестерня) без трения. Между подвижной кольцевой шестерней 25 и фиксированной кольцевой шестерней 9 имеется камера v; предпочтительно, камера v имеет протяженность в несколько миллиметров. Предпочтительно, протяженность камеры v является такой, чтобы позволить смазочному средству течь по направлению к подшипникам с для обеспечения достаточной смазки. Протяженность камеры v зависит от типа применения планетарной передачи 1.
Известным образом планетарная передача 1 содержит подшипники с3, с4 и соответствующие прокладки g2, распорки d и маслосъемные кольца r, установленные на выходном блоке 21 так, чтобы обеспечить возможность относительного вращения между выходным блоком 21 и корпусом 3. Согласно показанному примеру, планетарная передача 1 содержит пару подшипников с3, с4 качения с расположением "друг за другом". Предпочтительно, протяженность камеры v является такой, чтобы позволить смазочному средству течь по направлению к подшипникам с3, с4 для обеспечения соответствующей смазки.
Выходной блок 21 дополнительно содержит фланец 26, выступающий радиально вовнутрь планетарной передачи 1 вблизи свободного конца выходного блока 21. Опционально, планетарная передача 1 содержит крышку 27 (показана на фиг.3), выполненную с возможностью вставки вовнутрь и закрытия полости 22 выходного блока 21 и для прижатия к внутреннему упору.
Каждая планетарная шестерня 19 одновременно зацепляется как с фиксированной кольцевой шестерней 9, так и с подвижной кольцевой шестерней 25. В частности, каждая планетарная шестерня 19 содержит одну единственную конусовидную шестерню, одновременно зацепляющуюся как с фиксированной кольцевой шестерней 9, так и с подвижной кольцевой шестерней 25.
Планетарная передача 1 дополнительно содержит, для каждой планетарной шестерни 19, систему 28 регулировки зазора, выполненную с возможностью прижатия в осевом направлении соответствующей планетарной шестерни 19 к фиксированной кольцевой шестерне 9 и подвижной кольцевой шестерне 25 для предотвращения возможных зазоров.
Каждая система 28 содержит, в свою очередь:
- диск 29, установленный на концевой части 16 штифта 15 и прижимаемый в осевом направлении так, чтобы упираться в соответствующую планетарную шестерню 19;
- пружину 30, установленную на концевой части 16 и имеющую конец, контактирующий с диском 29, и другой конец, выступающий в осевом направлении от концевой части 16;
- дискообразную пластину 31;
- винт 32, проходящий через пластину 31 и ввинченный в резьбовое отверстие 18 штифта 15.
Винт 32 выполнен с возможностью прижатия пластины 31 к диску 30 и планетарной шестерне 19 для предварительной нагрузки пружины 30. Путем регулировки степени завинчивания винта 32 вовнутрь отверстия 18 можно регулировать осевое усилие F, с которым прижимают соответствующую планетарную шестерню 19 к подвижной кольцевой шестерне 25 и фиксированной кольцевой шестерне 9 так, чтобы исключить осевой зазор. Согласно не показанному варианту осуществления, система 28 регулировки может содержать, вместо винта, элемент предварительной нагрузки, эквивалентный винту, а именно компонент, выполненный с возможностью регулировки относительного положения между диском 29 и пластиной 31 так, чтобы изменять предварительную нагрузку пружины 30.
Согласно фиг.1-3, зубчатое колесо 2 содержит шестерню 33 с конусовидным зубчатым венцом (также известную как коническая эвольвентная шестерня) и вал 34.
Зубчатое колесо 2 вставлено, через отверстие 14 водила 12 планетарной передачи и соосно относительно оси L1, вовнутрь корпуса 3, выходного блока 21 и водила 12 планетарной передачи. Шестерня 33 зубчатого колеса 2 зацепляется с каждой планетарной шестерней 19. Конусность γ шестерни 33 противоположна конусности γ каждой планетарной шестерни 19.
На фиг.4 показан вариант 101 планетарной передачи согласно изобретению; в частности, планетарная передача 101 представляет собой планетарную передачу с полым сквозным валом.
На фиг.4 элементы, общие с планетарной передачей 1, имеют те же самые номера позиций. Планетарная передача 101 содержит зубчатое колесо 102, в свою очередь содержащее полый вал 40, проходящий через планетарную передачу 101 и выполненный с возможностью соединения, через его внутреннюю полость, входной стороны Ε с выходной стороной О.
Зубчатое колесо 102 содержит шестерню 133 с конусовидным зубчатым венцом, выступающим радиально наружу от вала 40. Фиксированная кольцевая шестерня 102 имеет конусовидный зубчатый венец, сходный с венцом одной из планетарных шестерен 19. Конусность γ фиксированной кольцевой шестерни 102 противоположна конусности γ планетарных шестерен 19. Зубчатое колесо 102 вставлено через корпус 3, выходной блок 21 и водило 12 планетарной передачи. Фиксированная кольцевая шестерня 102 зацепляется с каждой планетарной шестерней 19.
На фиг.7 показан вариант 201 планетарной передачи согласно изобретению.
На фиг.7 элементы, общие с планетарной передачей 1, имеют те же самые номера позиций. Планетарная передача 201 содержит вариант, обозначенный номером позиции 219, планетарной шестерни 19. В частности, планетарная шестерня 219 имеет канавку 250. Канавка 250 является кольцевой и соосной с осью L2. Канавка 250 выполнена на конусовидном зубчатом венце планетарной шестерни 219. Канавка 250 разделяет две части 251 и 252 в осевом направлении. Часть 251 зацепляется с подвижной кольцевой шестерней 25. Часть 252 зацепляется с фиксированной кольцевой шестерней 9 и с зубчатым колесом 2.
Предпочтительно, канавка 250 уменьшает напряжение сдвига в промежуточной секции каждой части 251 и 252. Иными словами, канавка 250 уменьшает напряжение сдвига в промежуточной секции части 251 и, сходным образом, в промежуточной секции части 252. Таким образом, усталостное напряжение, оказываемое на планетарные шестерни 219 в процессе их использования, уменьшается, что увеличивает срок службы планетарных шестерен 219, а также долговечность и надежность планетарной передачи 201.
Предпочтительно, канавка 250 обеспечивает возможность равномерной деформации каждого зуба планетарной шестерни 219. Таким образом, весь зуб, содержащий часть 251 и часть 252, одновременно взаимодействует с зацеплением, обеспечивая возможность работы планетарной передачи 201 в идеальных условиях, что увеличивает ее долговечность и надежность.
Дополнительно, номер позиции 228 на фиг.7 обозначает вариант системы 28 регулировки зазора.
Согласно фиг.7, система 228 содержит подшипник с5, чашеобразный элемент 229, винт 232, пружину 230 и пластину 231.
Подшипник с5 соосен с осью L2 и установлен таким образом, чтобы упираться в осевом направлении в соответствующую планетарную шестерню 219. Подшипник с5 представляет собой осевой игольчатый роликовый подшипник.
Чашеобразный элемент 229 установлен таким образом, чтобы упираться в осевом направлении в подшипник с5; причем подшипник с5 расположен между чашеобразным элементом 229 и планетарной шестерней 219.
Чашеобразный элемент 229 имеет центральное отверстие 253, соосное с осью L2.
Винт 232 содержит головку 254 и стержень 255, имеющий резьбу 256.
Пластина 231 установлена на стержне 255 винта 232 и расположена в контакте с головкой 254.
Пружина 230 установлена на стержне 255 винта 232 и находится в контакте с пластиной 231.
Винт 232 ввинчен вовнутрь резьбового отверстия 18 штифта 15 для прижатия пластины 231 к чашеобразному элементу 232, предварительно нагружая, таким образом, пружину 230.
Путем регулировки степени завинчивания винта 232 вовнутрь отверстия 18 можно регулировать осевое усилие F, с которым прижимают соответствующую планетарную шестерню 219 к подвижной кольцевой шестерне 25 и фиксированной кольцевой шестерне 9 так, чтобы исключить осевой зазор.
Предпочтительно, наличие подшипника с5, расположенного между чашеобразным элементом 229 и планетарной шестерней 219, позволяет пользователю уменьшить потери, обусловленные трением и зазором, уменьшить количество загрязнений внутри планетарной передачи 201, ограничить вероятность отвинчивания винта 232, и направить пружину.
Наконец, планетарная передача 201, вместо подшипников с3 и с4, проходит через роликовые подшипники с6, что увеличивают жесткость планетарной передачи 201.
Согласно не показанному варианту осуществления, описанная выше планетарная передача 1 или 101 имеет систему 228 регулировки, такую как система, показанная на фиг.7, вместо системы 28 регулировки.
Согласно не показанному варианту осуществления, планетарная передача 1 или 101 содержит систему взаимодействия на входной стороне Е, которая позволяет пользователю настраивать планетарную передачу 1 на основе различных источников движения, вводить сменные предварительные ступени без воздействия на точность планетарной передачи 1, и, в случае планетарной передачи 1, получить вариант с полым сквозным валом. Указанная система взаимодействия показана на фиг.7, где она обозначена номером позиции 257.
На фиг.1 показана схема работы описанной выше планетарной передачи 1, 101 или 201. В частности, зубчатое колесо 2 или 102 обозначено римской цифрой I, каждая планетарная шестерня 19 или 219 обозначена как II, фиксированная кольцевая шестерня 9 обозначена как III и подвижная кольцевая шестерня 25 обозначена как IV.
Разность зубьев Ζ между фиксированной кольцевой шестерней III и подвижной кольцевой шестерней IV кратно количеству планетарных шестерен II. Предпочтительно, разность зубьев Ζ между фиксированной кольцевой шестерней III и подвижной кольцевой шестерней IV равна количеству планетарных шестерен II для ограничения величины диаметров и конусностей кольцевых шестерен III и IV, которые в противном случае были бы слишком большими для предполагаемого типа применения.
Количество зубьев фиксированной кольцевой шестерни III и подвижной кольцевой шестерни IV регулируется следующим уравнением:
z1=z2+n
где
z1 = количество зубьев кольцевой шестерни с наибольшим диаметром, в данном случае подвижной кольцевой шестерни IV;
z2 = количество зубьев кольцевой шестерни с наименьшим диаметром, в данном случае фиксированной кольцевой шестерни III; и
n = количество планетарных шестерен.
Фиксированная кольцевая шестерня III, подвижная кольцевая шестерня IV и планетарная шестерня II имеют один и тот же модуль m.
Согласно фиг.1, планетарная передача 1, 101 или 201 представляет собой планетарную передачу с двумя ступенями S1 и S2, при этом ступень S1 задается зацеплением зубчатого колеса I, планетарной шестерни II и фиксированной кольцевой шестерни III; тогда как ступень S2 задается зацеплением зубчатого колеса I, планетарной шестерни II и подвижной кольцевой шестерни IV.
Со ссылкой на схематический вид, показанный на фиг.5, фиксированная кольцевая шестерня II и подвижная кольцевая шестерня IV связаны друг с другом следующим соотношением:
где:
- хв значение коррекции планетарной шестерни II в середине В (схематично показана на фиг.5) области зацепления с кольцевой шестерней с наибольшим внутренним диаметром, в данном случае подвижной кольцевой шестерней IV;
- ха значение коррекции планетарной шестерни II в середине А (схематично показана на фиг.5) области зацепления с кольцевой шестерней с наименьшим внутренним диаметром, в данном случае фиксированной кольцевой шестерней III;
- LA - протяженность вдоль оси L2 кольцевой шестерни с наименьшим внутренним диаметром, в данном случае фиксированной кольцевой шестерни III;
- LB протяженность вдоль оси L2 кольцевой шестерни с наибольшим внутренним диаметром, в данном случае подвижной кольцевой шестерни IV;
- v - расстояние между фиксированной кольцевой шестерней III и подвижной кольцевой шестерней IV вдоль оси L2;
- γ - конусность планетарной шестерни II, фиксированной кольцевой шестерни III и подвижной кольцевой шестерни IV;
- m - модуль фиксированной кольцевой шестерни III, подвижной кольцевой шестерни IV и зубчатого колеса I.
Предпочтительно, конусность γ имеет значение от 1° до 3°.
Известным образом, модуль m зубчатой кольцевой шестерни определяется как отношение между делительным диаметром и количеством зубьев зубчатой кольцевой шестерни. А именно, согласно известной формуле:
где:
2R - диаметр периферийной наружной окружности зубчатой кольцевой шестерни;
z - количество зубьев зубчатой кольцевой шестерни.
При использовании зубчатое колесо I приводится в действие и вызывает вращение планетарных шестерен II, которые, как следствие, вращаются на фиксированной кольцевой шестерне III и, в свою очередь, вызывают вращение приводимой в действие подвижной кольцевой шестерни IV.
Использование конусовидных шестерен как для планетарных шестерен II, так и для зубчатого колеса I имеет следующие преимущества:
- конусовидные шестерни (I и II) могут быть соединены друг с другом с пересекающимися осями, без необходимости наличия общей вершины V конусов, как, например, при соединении конических шестерен;
- значение угла конуса не связано ни с величиной угла между осями шестерен, ни с передаточным отношением; таким образом, конусовидные шестерни (I и II) могут быть соединены друг с другом с получением любого типа передаточного отношения и угла между осями;
- устраняются последствия возможных ошибок сборки, поскольку осевые перемещения и небольшие изменения угла между осями не влияют на работу планетарной передачи 1 или 101;
- ошибки обработки, которые могут приводить к изменениям угла конуса, толщины зубьев Ζ или винтовой линии, не влияют на зацепление между конусовидными шестернями (I и II);
- в случае, когда конусовидные шестерни (I и II) установлены так, чтобы зацепляться друг с другом с параллельными осями, возможные зазоры устраняются путем осевого прижатия конусовидных шестерен друг к другу в осевом направлении; и
- конусовидные шестерни (I и II), зацепляющиеся друг с другом, выполнены таким образом, что контакт проходит вблизи центральной части поверхности зуба Ζ, таким образом, конусовидные шестерни (I и II) работают более точно и бесшумно по сравнению с коническими или цилиндрическими шестернями.
Предпочтительно, тот факт, что каждая планетарная шестерня 19 или 219 содержит одну единственную конусовидную шестерню, находящуюся в контакте как с фиксированной кольцевой шестерней 9, так и с подвижной кольцевой шестерней 25, позволяет шлифовать каждую планетарную шестерню 19 или 219 одним одиночным ходом шлифовального круга. Иными словами, тот факт, что каждая планетарная шестерня 19 или 219 содержит одну единственную конусовидную шестерню, позволяет пользователю сократить время обработки и сборки, повысить качество и точность планетарной шестерни 19 или 219 и получить небольшие допуски, увеличивая, таким образом, точность планетарной передачи 1, 101 или 201 в целом.
Система 28 или 228 регулировки зазора обладает тем преимуществом, что она минимизирует зазор между планетарной шестерней II, фиксированной кольцевой шестерней III и подвижной кольцевой шестерней IV; таким образом, обеспечивается уменьшение ошибок угловой передачи между конусовидными шестернями планетарной шестерни II, фиксированной кольцевой шестерни III, и подвижной кольцевой шестерни IV, поскольку этот зазор является основной причиной ошибок угловой передачи.
Описанная выше система 28 или 228 регулировки обладает тем преимуществом, что она является особенно компактной, что сводит, таким образом, к минимуму как пространство, занимаемое в продольном направлении, так и вес планетарной передачи 1, 101 или 201.
Система 28 или 228 регулировки, содержащая пружину 30 или 230, а именно орган регулировки с коэффициентом упругости, изменяемым в широком диапазоне, которая предварительно нагружена винтом 32 или 232, а именно крепежным средством, ход которого может регулироваться в широком диапазоне, позволяет пользователю получить большой спектр усилий F предварительной нагрузки посредством простого выбора типа пружины и/или степени завинчивания винта 32 или 232. Таким образом, одна и та же планетарная передача 1, 101 или 201 может быть легко и быстро отрегулирована для разных применений, в частности осевое усилие F, действующее на планетарные шестерни 19 или 219, может быть отрегулировано в зависимости от их осевого перемещения в течение использования.
Предпочтительно, факт использования независимой системы 28 или 228 регулировки для каждой планетарной шестерни 19 или 219 позволяет выполнять специальные регулировки для каждой планетарной шестерни 19 или 219. Таким образом, каждая планетарная шестерня 19 или 219 всегда находится в состоянии зацепления с нулевым зазором независимо от возможных эксцентриситетов или несоосностей фиксированной кольцевой шестерни 9 и/или подвижной кольцевой шестерни 25, и/или планетарной шестерни 19 или 219.
Предпочтительно, благодаря равномерному распределению нагрузки, передаваемой зубчатым колесом 2 или 102 на каждую планетарную шестерню 19 или 219, и вследствие того, что ось L2 штифтов 15 параллельна оси L1 зубчатого колеса 2 или 102, планетарная передача 1, 101 или 201 обладает большей жесткостью и точностью с уменьшенным образованием шумов. Предпочтительно, эти результаты улучшаются путем применения подшипника (не показан) между валом 34 зубчатого колеса 2 и отверстием 14 водила 12 планетарной передачи.
Описанная выше планетарная передача 1, 101 или 201 гарантирует отличное переключение передач с рабочими характеристиками, сравнимыми с характеристиками обычных планетарных передач.
Описанная выше планетарная передача 1, 101 или 201 представляет собой очень компактную и прецизионную планетарную передачу. В частности, ограниченное количество компонентов в планетарной передаче 1, 101 или 201 позволяет производителям улучшить точность, увеличить жесткость (и, таким образом, точность позиционирования) и снизить производственные затраты.
Планетарная передача 1, 101 или 201, благодаря своей конструкции, минимизирует зазоры, вибрации и инерционность; это приводит к тому преимуществу, что обеспечиваются быстрые ускорения, точные движения и высокая точность позиционирования.
1. Прецизионная планетарная передача, содержащая: зубчатое колесо (I; 2; 102), имеющее первую ось (L1) вращения, подвижную кольцевую шестерню (IV; 25), фиксированную кольцевую шестерню (III; 9) и одну или более планетарных шестерен (II; 19; 219); причем подвижная кольцевая шестерня (IV; 25) и фиксированная кольцевая шестерня (III; 9) соосны с указанной первой осью (L1); при этом каждая планетарная шестерня (II; 19; 219) имеет вторую ось (L2) вращения; причем указанные первая и вторая оси (L2) по существу параллельны друг другу; при этом каждая планетарная шестерня (II; 19; 219) выполнена с возможностью одновременного зацепления с зубчатым колесом (I; 2; 102), фиксированной кольцевой шестерней (III; 9) и подвижной кольцевой шестерней (IV; 25);
причем планетарная шестерня (II; 19; 219), фиксированная кольцевая шестерня (III; 9) и подвижная кольцевая шестерня (IV; 25) представляют собой зубчатые кольцевые шестерни;
причем количество зубьев фиксированной кольцевой шестерни (III; 9) и подвижной кольцевой шестерни (IV; 25) определяется следующим уравнением:
z1=z2+n,
где
z1 - количество зубьев (Z) кольцевой шестерни с наибольшим диаметром;
z2 - количество зубьев (Z) кольцевой шестерни с наименьшим диаметром; и
n - количество планетарных шестерен (II; 19; 219);
причем зубчатое колесо (I; 2; 102) содержит шестерню с конусовидным зубчатым венцом; каждая планетарная шестерня (II; 19; 219) содержит шестерню с конусовидным зубчатым венцом; конусовидный зубчатый венец имеет коррекцию (х), линейно изменяющуюся вдоль продольного направления зубьев (Ζ) шестерни;
причем прецизионная планетарная передача отличается тем, что фиксированная кольцевая шестерня (III; 9) и подвижная кольцевая шестерня (IV; 25) связаны друг с другом следующим уравнением:
где
LA - протяженность вдоль второй оси (L2) кольцевой шестерни с наименьшим внутренним диаметром;
LB - протяженность вдоль второй оси (L2) кольцевой шестерни с наибольшим внутренним диаметром;
xB - значение коррекции планетарной шестерни (II; 19; 219) в середине области зацепления с кольцевой шестерней с наибольшим внутренним диаметром;
xA - значение коррекции планетарной шестерни (II; 19; 219) в середине области зацепления с кольцевой шестерней с наименьшим внутренним диаметром;
v - протяженность камеры между фиксированной кольцевой шестерней (III; 9) и подвижной кольцевой шестерней (IV; 25) вдоль второй оси (L2);
γ - конусность (γ) планетарной шестерни (II; 19; 219), фиксированной кольцевой шестерни (III; 9) и подвижной кольцевой шестерни (IV; 25);
причем планетарная шестерня (II; 19; 219), фиксированная кольцевая шестерня (III; 9) и подвижная кольцевая шестерня (IV; 25) имеют один и тот же модуль m=2R/z, где 2R - диаметр периферийной наружной окружности зубчатой кольцевой шестерни, z - количество зубьев зубчатой кольцевой шестерни.
2. Планетарная передача по п. 1, в которой каждая планетарная шестерня (II; 19; 219) расположена, в радиальном направлении относительно указанной первой оси (L1), как между зубчатым колесом (I; 2; 102) и фиксированной кольцевой шестерней (III; 9), так и между зубчатым колесом (I; 2; 102) и подвижной кольцевой шестерней (IV; 25); в частности, планетарная передача (1; 101) имеет две ступени (S1, S2).
3. Планетарная передача по п. 1 или 2, в которой зубчатое колесо (I; 2; 102), подвижная кольцевая шестерня (IV; 25) и фиксированная кольцевая шестерня (III; 9; 219) имеют вторую конусность (γ), равную и противоположную конусности каждой планетарной шестерни (II; 19); предпочтительно, конусность (γ) каждой планетарной шестерни (II; 19; 219) имеет значение в диапазоне от 1° до 3°.
4. Планетарная передача по любому из пп. 1-3, в которой фиксированная кольцевая шестерня (III; 9) и подвижная кольцевая шестерня (IV; 25) расположены непосредственно рядом друг с другом вдоль указанной первой оси (L1); при этом между подвижной кольцевой шестерней (IV; 25) и фиксированной кольцевой шестерней (III; 9) расположена камера (v); причем протяженность камеры (v) вдоль первой оси (L1) подобрана для предотвращения взаимного трения между фиксированной кольцевой шестерней (III; 9) и подвижной кольцевой шестерней (IV; 25).
5. Планетарная передача по любому из пп. 1-4, содержащая одно или более регулировочных средств (28; 228), выполненных с возможностью ограничения зазора между каждой планетарной шестерней (II; 19; 219) и фиксированной кольцевой шестерней (III; 9), а также подвижной кольцевой шестерней (IV; 25); причем каждое регулировочное средство (28; 228) выполнено с возможностью оказывать осевое усилие (F), прижимающее каждую планетарную шестерню (II; 19; 219) к подвижной кольцевой шестерне (IV; 25) и фиксированной кольцевой шестерне (III; 9).
6. Планетарная передача по п. 5, в которой каждое регулировочное средство (28; 228) содержит, в свою очередь: первый упорный элемент (29; 229), выполненный с возможностью зацепления с соответствующей планетарной шестерней (II; 19; 219); пружину (30; 230); второй упорный элемент (31; 231); и винт (32; 232); при этом пружина (30, 230) расположена между первым и вторым упорными элементами (29, 31; 229, 231), причем винт (32; 232) выполнен с возможностью изменения положения второго упорного элемента (31; 231) относительно первого упорного элемента (29; 229) так, чтобы соответственно изменять предварительную нагрузку пружины (30; 230) на первом упорном элементе (29; 229) и, таким образом, на соответствующей планетарной шестерне (II; 19; 219).
7. Планетарная передача по п. 6, в которой первый и второй упорные элементы (29, 31; 229; 231) представляют собой два дисковых элемента; причем вокруг винта (32; 232) каждого регулировочного средства (28; 228) установлены пружина (30; 230) и первый и второй упорные элементы (29, 31; 229, 231); причем каждая планетарная шестерня (II; 19; 219) имеет резьбовое отверстие (18), выполненное с возможностью по меньшей мере частичного размещения в нем указанного винта (32; 232); при этом предварительная нагрузка пружины (30; 230) каждого регулировочного средства (28; 228) пропорциональна степени завинчивания винта (32; 232) вовнутрь соответствующего отверстия (18).
8. Планетарная передача по п. 6 или 7, в которой каждое регулировочное средство (228) содержит подшипник (с5), в частности осевой игольчатый роликовый подшипник, расположенный вдоль второй оси (L2) между первым упорным элементом (229) и соответствующей планетарной шестерней (II; 19; 219).
9. Планетарная передача по любому из пп. 1-8, в которой шестерня с конусовидным зубчатым венцом каждой планетарной шестерни (II; 219) имеет кольцевую канавку (250), соосную со второй осью (L2) и разделяющую в осевом направлении первую и вторую части (251, 252) шестерни с конусовидным зубчатым венцом; при этом первая часть (251) выполнена с возможностью зацепления с подвижной кольцевой шестерней (IV; 25), а вторая часть (252) выполнена с возможностью зацепления с фиксированной кольцевой шестерней (III; 9).
