Планетарный прецессионный редуктор

(5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУСВИДЕТЕЛЬСТВУ и выходнои валы, водило в . вошипа, установленный на вый сателлит, неподвижно зубчатые колеса, Зубья ве выполнены в виде сфери зубья зубчатыхколес - в ви впадин с закрепленными в ному диаметру винтовых с жин; Предпочтительно вып впадин колес и сателлитов ше единицы, и зубья - и проволоки.с б,1 мм или винтовые сферические пруж упругим кольцом, 4 з,п.ф-лы алое и В,А.Яков 52099, кл. Е 16 Н приборо.82.ЦЕССИОННЬ троение, Сущ ный прецесси рпус, входной основным является то. что сферические зубья выполнены упруго-деформируемыми.При стальных сплошных зубьях (т.е.стальных шарах) мы ожидаемого эффекта не получим. Существенное в том, что один зуб (группа зубьев) не имеют возможность упру- в гой деформации, Но вся передача получает- ф) ся кинематической точной безлюфтовой передачей, способной передавать большие у нагрузки, ибо усилие передается (распределяется) по значительной площади сферической ьф оболочки. Кроме того. налицо деформирующие свойства передачи, К тому же, трудно- ФЬ сти изготовления мелкомодульного конического аацеппение рп =О.о мм) при ф угле делительных конусов р90 снимаются заменой его на специальное, сборное крупномодульное зацепление (йри в 1 и у 900), зубья которого выполнены из сферических винтовых пружин и расположены в соответствующих сферических впадинах взаимодействующих шестерен. зу н Ц(54) ПЛАН ЕТА РН Ы Й ПРЕРЕДУКТОР(57) Использование: машинность изобретения: планетонный редуктор содержит Изобретение относится к области машиностроения и может быть применен в приборостроении, станкостроении, во всевозможных видах транспорта. в системах автоматического регулирования, в дистанционном и программном управлении процессами ядерной промышленности. в роботах и манипуляторах, а автоматике управляемых летательных объектов, космических аппаратов, в подеодныхлодках,торпедах без применения специальных средств щумопо- давления,Целью изобретения является повышение долговечности, надежности, мощности, передаваемого момента. увеличение работоспособности в особых условиях и расширение областей применения планетарного прецессионного редуктора,Поставленная цель решаетс,тем, чтобчатое зацепление, е обычном понима.- ии, заменено на зубчатое сферическое заепление, Но этого недостаточно. 8 ажным,виде косого кринем двухвенцое и подвижное нцов сателлитов ческих впадин, де сферических них по делительферических пруолнять профили с модулем больрессованием изштамповкой, а ины закреплять ,3 ил.В результате устраняются недостаткипрототипа и повышаются технические характеристики ППР, К ним относятся;- количество конических ступеней2;- передаточное отношение может бытьбольше и меньше 10 (1 .10 );- модуль зубчатого зацепления в 1 приугле делительных конусов р90 О, без применения специальных импортных зубодолбежных станков;- максимальное тяговое усилие на выходе еых100 кгс;- высокая точность (до угловых минут науправляющий импульс);- эффективность 80000-100000 гсм/кг;- расширен диапазон по мощности от100 Вт до 1000 КВт и по скорости;- повышена работоспособность в условиях радиации, вакуума, на дне океана, вагрессивных средах, инерционных и вибрационных нагрузок,Тем самым расширена область применения редуктора ППР в приводах высокоточных систем навигации, роботов-манипуляторов, летательных аппаратов, транспортных средств, повышена их надежность, точность, экономичность и технологичность.Повышен ресурс работы, КПД редуктора,снижена его металлоемкость, стали ненужными дорогостоящие импортные станки, расширено использование ППР в приборнойтехнике, роботах-манипуляторах, кибернетике, в промышленности и на транспорте.Возможен выигрыш по весам и габаритам редуктора .при лучших энергетическиххарактеристиках, достигаются большие передаточные отношения при одной паре зацепления,Отсутствие всевозможных люфтов, возросшая точность передаточного отношения,бесшумный и безударный характер работыППР (пружинный ротор выполняет роль демпфера), при сокращении весов и габаритов, упруго-деформируемое зацеплениепружинного ротора делает предлагаемуюконструкцию весьма перспективной для работы в экстремальных условиях: в вакууме,на дне океана, при радиации, ППР допускает перегрузки по моменту на выходе системы без поломок и разрушения редуктора.При воздействии активной нагрузки, превышающей расчетную, данная конструкцияпозволяет восстанавливать свои функциЬнальные свойства. Это достигается за счетупругого звена, в виде пружинного ротора,которое выполняет функции сглажиаающего Фильтра.Замена эвольвентного профиля зубьевпередачи сферическими зубьями достигает- т ся за счет применения в качестве зубьеввинтовых сферических пружин с определенной навивкой витков, допускающих упругуюдеформацию зубьев - пружин и с вогнутым5 профилем зубьев на статоре (неподвижнойшестерне) и других подвижных шестернях"повторяющих" сферический профиль зубьев - пружин ротора.Сферический профиль зуба, при прочихравных условиях работы привода, дает наименьший износ как профиля впадин шестерен, так и зубьев-пружин. Это объясняетсяравномерным распределением по сфереусилий и. следовательно. меньшей величи 15 ной контактных напряжений сжатия междувзаимодействующими зубьями-пружинамии впадинами шестерен.На фиг.1-3 показано устройство планетарного прецессионного редуктора (ППР),20 В неподвижном корпусе - 1 закрепленашестерня - 2 статора. Под статором понимается общая сборка корпуса с.неподвижнойшестерней - 2, Соосно со статором в корпусе (по оси "ее") расположены на.подшипни 25 ках 8,9,11 ведущий вал с водилом в видекосого кривошипа - 7 и ведомый вал с шестерней - 10, соединяемой с нагрузкой. Всферических впадинах шестерен 2 и 10 упруго расположены сферические упругоде 30 формируемые зубья - пружины - 3, которыев этом положении зафиксированы с помощью колец - 4, Ведущий вал - 7 соосно состатором шлицевым или другим соединением соединяется с первичным двигателем35 (электрическим, гидравлическим, пневматическим и т,д.)На водиле в виде косого кривошипа - 7с угловым эксцентриситетом - а по. оси"0-0" расположен подшипник - б, йри помо 40 щи которого сателлит (прецессионное колесо) - 5 также подвижно и с угловым эксцентриситетом а - расположен относительно оси"ее", обеспечивая тем самым постоянное контактирование его. со сферическими зубьями 45 пружинами, расположенными в соответствующих впадинах шестерен 2 и 10,В качестве силового подшипника - бнами выбран 2-х рядный силовой подшипник, На фиг,2 изображен образец ППР впоперечном разрезе по А-А, на фиг,З сферический зуб-пружина и его геометрическиепараметры в масштабе М 2;1: а-а - центральные крепежные отверстия; О, б - наружный и внутренний диаметры зуба-пружины; Ь,уЬ,ф- линейный, угловой и технологический шаги зуба-пружины; 1, Ь - ширина и высота витка пружины,Редуктор ППР работает следующим образом, Под действием первичного двигате 182 )914ля ведущий вал с водилом в виде косого кривошипа - 7 заставляет сателлит - 5 обкатываться по зубьям-пружинам 3,4 шестерен 2, 10, обеспечивая тем самым поочередное и одновременное контактирование зубьев пружин с впадинами неподвижной шестерни в корпусе и шестерни ведомого вала, За счет разности в числе зубьев 22. 25 и в числе впадин 7 з и 74 происходит вращение выходного. вала со скоростью, определяемой пе О редаточным отношениемггпу входаО в/в О) ведомого вала (выходного)=15Для рассматриваемого нами реверсивного образца ППР с одной 2-х сторонней зоной деформации передаточное отношение определяется зависимостью2071 7"171 7 о74Расчетом определены .оптимальныезначениЯ 72, 7 з, 74, 7 о, пРи котоРом = гпах. 25 Знак передаточного отношения определяет направление вращения ведомого (выходного) вала, Конструкция ППР реверсивна. Так.для изготавливаемого образца ППР принято: 22=:24, 7 з 25, 24:26, 7:25. В этих усло виях 1=625.Образец ППР выполняется с одной 2-хсторонней зоной деформации, ибо при этом конструкция получается проще, обеспечивзется наибольшее передаточное отноше ние при неизменном числе зубьев шестерен и сателлита (ротора и статора), достигается достаточно большая зона контактирования между зубьями и впадинами, которая доходит до 1/3 зубчатого зацепления. Одновре менно нужно отметить, что конструкция ППР работоспособна как при использовании механического генератора волн, так и любого другого: электромагнитного, гидравлического, пневматического и т,п. 45Предварительные испытания модификаций ППР подтверждают его преимущества:- плавность и бесшумность работы, т,е.передача мощности происходит беэ ударов, 50 толчков и вибраций;- эластичность и отсутствие люфтов в конструкции обеспечивают лучшую воспринимаемость динамических воздействий по сравнению с обычными зубчатыв, переда чэми;- прогрессивно равномерное распределение нагрузки между зубьями и впадинами, поскольку в работе участвуют до 1/3 общего числа зубьев. э у ру 1 ий эрэкгер деформирования зубьев и 1 звпляе 1 распределить нагрузку между всягя 1 1 уг 1 ь 1 н 1, участвующими В эдцепг 1 е 1111 и;- быстроходносгь и вь 1 гм 11 й КПЩ передачи;- компактность и прос 1 О 1 э конструкции при значительных передаваемых мощностях;- возможность полчения бол.ьших передаточных отношений всего лишь при двух парах зацепления;- высокая кинематическая точность передачи, возможность получения беззазорных реверсивных приводов:- соосное расположение ведущего и ведомого валов;- технологичность конструкции и ее изготовления.В предлагаемой конструкции ППР упругодеформируемый сферический зуб-пружина контактирует с вогнутым сферическим профилем впадин неподвижной шестерни и шестерни ведомого вала. Контакт между зубьями при деформации происходит по сфере, которая существенно увеличивается, эа счет упругости самого зуба-пружины. Следовательно, нагрузка воспринимается не узкой полоской, как при эвольвентном зацеплении, а большей поверхностью сферы зуба. Этим достигается более равномерное распределение нагрузки, что позволяет увеличить мощность при меньших габаритах конструкции. Внутренний характер зацепления у ППР благоприятствует увеличению зоны зацепления до 100 о при одной волне деформации, тем самым обеспечивается безлюфтовое, демпферное соединение нагрузки с первичным двигателем.Предлагаемая конструкция отличается высокой технологичностью и не требует высокоточных зубодолбежных станков, Геометрия вогнутого сферического зуба на неподвижной шестерне и шестерне выходного вала наиболее удобна для прогрессивных форм обработки; прессования, порошковой и литейной металлургии, обработка взрывом, давлением и т.д, Навивка сферических зубьев-пружин также является высокотехнологическим процессом и освоена промышленностью.Технологичность изготовления предлагаемого зацепления, практически идеальная гладкая поверхность с уплотйенным и термообработанным верхним слоем пружинных зубьев совместно со шлифованными (выдавленными) вогнутыми впадинами шестерен при правильном вь 1 боре контактирующих пар обеСпечивают весьма высокое КПД передачи (порядка 0,8). Этому благо 1825914приятствует и упругий характер работы зубьев ротора, поскольку при работе ППР небольшие колебания зубьев уменьшают коэффициент трения и снижают общие потери в зубчатом сцеплении,Существенны преимущества ППР и с точки зрения характера упругих деформаций гибких зубьев-пружин,В обычных конструкциях волновых передач упругая деформация цельной гибкой шестерни требует значительных усилий и связана с деформацией всего зубчатого стакана; все это ограничивает мощность передаваемых нагрузок. В предлагаемой. конструкции радиальная деформация зубьев-пружин (их сжатие) не требует значительных усилий и носит локальный характер и в значительной степени распределяется между рядом зубьев, В машиностроении довольно редко встречаются условия работы винтовых пружин с такими минимальными, порядка десятых долей мм, деформациями. При таком виде деформация пружин вызывает рабс у витков пружины на.закручивание и изгиб. Расчет напряжений, возникающих в винтовых сферических зубьях-пружинах, показывает. что они существенно меньше напряжений, возникающих при деформации непружинных зубьев зубчатого "упругодеформируемого" стакана (шестерни) у волновых редукторов. Последнее позволяет повысить надежность и ресурс работы ППР,Исходя из возможных условий работы конструкции (в высокотемпературной среде, в вакууме, в химически активной и радиационной средах и т,д.) основные детали Г.ПР, такие, как зубья-.пружины, могут быть выполнены из высокотемпературных, специальных сплавов типа 50 ХФА и др, что значительно расширяет области возможного применения предлагаемой конструкции, Корпус ППР иэ алюминиевого сплава,Экспериментальные исследования данного вопроса показывают, Во-первых, сателлит ППР целесообразно выполнять сборным иэ чашек с выштампованными сферическими впадинами для расположения и взаимодействия их со сферическими зубьями-пружинами, Производство такого вида зацепления со сферическими впадинами и технологичнее. и значительно дешевле обычных зубодолбежн ых работ. Кроме того, сферическая зубчатая впадина - это, по существу, сферическая оболочка, у которой внутренние усилия болееравномерно распределяются по сфере, а5 главное, сочетают значительную жесткостьи прочность со сравнительно малой массой,Далее, сферические зубья-пружины технологичнее и эффективнее выполнять в виде прессованных шаров с центральным10 отверстием для соединительного кольца,Эксперимент показывает, что наилучшиерезультаты дает прессование зубьев-шаровиз низколегированной нержавеющей сталис диаметром проволоки б = 0,1 мм,15 После соответствующей термообработки и пропитки такие зубья-шары позволяютпередавать значительные нагрузки назубья-впадины при равномерном их распределении, демпфировать ударные и динами 20 ческие перегрузки, которые порою носятактивный характер. Это наиболее важнопри передаче значительных моментов имощностей в экстремальных условиях.Формула изобретения25 1. Планетарный прецессионный редуктор, содержащий корпус, ведущий с косымкривошипом и ведомый валы, установленные на них неподвижное зубчатое колесо,подвижное зубчатое колесо и двухвенцовый30 сателлит для взаимодействия с последними,о т л и ч а. ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения долговечности, мощности и передаваемого момента, зубья венцов сателлита выполнены в .виде сферических35 впадин, зубья зубчатых колес - в виде сферических впадин с закрепленными в них поделительному диаметру последних винтовыми сферическими пружинами,2, Редуктор поп,1, отл ича ющийся .40 тем, что профили впадин зубчатых колес исателлитов выполнены с модулем больше 1.3, Редукторпо п,2, отлич а ю щи й с ятем, что винтовые сферические пружиныимеют центральное отверстие и закреплены45 в сферической впадине упругим кольцом,4, Редуктор по п.3, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что винтовые сферические зубья выполнены. прессованием из проволоки диаметром 0,1 мм50 5. Редуктор по и. 4, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что зубчатые колеса и сателлит выполнены штамповкой.1825914 итель А.ЯкМ.Морген Корректо С;Кулаков Обруч Х ри ГКНТ СССР твЕннОгО 113035, М Гос рина, 10-издатЕ заодствЕ ул.Г Уж Редактор Заказ 231. ВНИИ раж, Подписноекомитета по изобретениям и открытиосква,Ж-З 5, Раушская наб 4/5Ф ий комбинат "Патент" Ч,