RU2397384C1

RU2397384C1 - Equalised self self-aligning planetary train

Info

Publication number: RU2397384C1
Application number: RU2009122331/11A
Authority: RU
Inventors: Леонид Трофимович Дворников (RU); Леонид Трофимович Дворников; Владимир Сергеевич Бондаренко (RU); Владимир Сергеевич Бондаренко; Виктор Владимирович Дмитриев (RU); Виктор Владимирович Дмитриев
Original assignee: Леонид Трофимович Дворников
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2010-08-20

Abstract

FIELD: transport. ^ SUBSTANCE: equalised self-aligning planetary train comprises central movable outer gearing wheel (1), fixed inner gearing wheel (2), pinion frame (3), three differential gears (4, 5, 6) arranged at equal angles to common axis of rotation, one said gear (4) engaged with pinion frame (3) to make rotating joint, while the other two gears (5, 6) engage with pinion frame via cams that allow eccentricity approximating half the engagement pitch of planetary train wheels. ^ EFFECT: longer life, power transfer by all differential gears. ^ 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а конкретнее, к зубчатым планетарным механизмам, в которых одно из центральных колес неподвижно, а сателлиты имеют подвижные геометрические оси.The invention relates to mechanical engineering, and more specifically, to planetary gear mechanisms, in which one of the central wheels is stationary, and the satellites have movable geometric axes.

Известен планетарный механизм с тремя сателлитами [1, стр.502, рис.24.3]. Три сателлита, устанавливаемые под равными углами относительно общей геометрической оси вращения, компенсируют инерционные силы друг друга и уравновешивают весь механизм. Кроме того, они позволяют разделить потоки мощности от ведущего колеса к водилу, 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 - дополнительными. Этот механизм примем за аналог.Known planetary mechanism with three satellites [1, p. 502, Fig. 24.3]. Three satellites mounted at equal angles with respect to the common geometric axis of rotation compensate each other's inertial forces and balance the entire mechanism. In addition, they allow you to separate the power flows from the drive wheel to the carrier, which reduces the efforts in the connections of the drive wheel with each of the satellites and each of the satellites with the carrier. In this case, one of the satellites is the main, and the other two are additional. We will take this mechanism as an analog.

Однако такому планетарному механизму с тремя сателлитами присущ серьезный недостаток. В этом механизме число подвижных звеньев n=5 (ведущее звено - 1, водило - 3 и три сателлита - 2, 5, 6), число одноподвижных вращательных кинематических пар р₅=5 (а именно, соединения ведущего колеса со стойкой, трижды сателлитов с водилом и водила со стойкой), число двухподвижных кинематических пар р₄=6 (по два соединения зубьев трех сателлитов соответственно с ведущим звеном и неподвижным колесом). По формуле Чебышева П.Л. [1, стр.38, формула (2.5)] подвижность такого планетарного механизма равнаHowever, such a planetary mechanism with three satellites has a serious drawback. In this mechanism, the number of movable links is n = 5 (the leading link is 1, the carrier is 3, and three satellites are 2, 5, 6), the number of one-moving rotational kinematic pairs is p ₅ = 5 (namely, the connection of the drive wheel to the rack, three satellites with a carrier and a carrier with a rack), the number of two-moving kinematic pairs is p ₄ = 6 (two tooth joints of three satellites, respectively, with a driving link and a fixed wheel). According to the formula of Chebyshev P.L. [1, p. 38, formula (2.5)] the mobility of such a planetary mechanism is

W=3n-2p₅-p₄=15-10-6=-1.W = 3n-2p ₅ -p ₄ = 15-10-6 = -1.

Такой результат свидетельствует о неработоспособности трехсателлитного механизма. Такие системы относят к статически неопределимым [2, стр.269]. В теории машин такой результат объясняют наличием так называемых избыточных связей [3, стр.224]. О том что в планетарном механизме с тремя сателлитами имеются избыточные связи, указывается в [4, стр.408]. Если механизм с избыточными связями насильно принудить к движению, то это, во-первых, приводит 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 практике это ведет к быстрому износу зубьев сателлитов, к потери их контактов с ведущим звеном и к передаче мощности лишь через один - основной - сателлит, то есть два дополнительных сателлита начинают свободно вращаться, не передавая мощности.This result indicates the inoperability of the three-satellite mechanism. Such systems are classified as statically indeterminate [2, p. 269]. In machine theory, this result is explained by the presence of so-called redundant bonds [3, p. 224]. The fact that in the planetary mechanism with three satellites there are excessive connections is indicated in [4, p. 408]. If a mechanism with excessive bonds is forcibly forced to move, then this, firstly, leads to large friction losses, and therefore, to a low coefficient of efficiency, and secondly, to the inevitable wear of links in places of excess connections - contacts. In practice, this leads to rapid wear of the teeth of the satellites, to the loss of their contacts with the leading link and to the transfer of power through only one - the main - satellite, that is, two additional satellites begin to rotate freely without transmitting power.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является самоустанавливающийся планетарный механизм [5]. В нем избыточные связи устранены за счет свободной установки относительно водила двух из трех сателлитов трехсателлитного планетарного механизма через посредство дополнительных шатунов, связанных в шарниры как с водилом, так и с сателлитами.Closest to the proposed invention is a self-aligning planetary mechanism [5]. In it, excess connections were eliminated due to the free installation of two of the three satellites of the three-satellite planetary gear relative to the carrier via additional connecting rods connected to the hinges of both the carrier and the satellites.

Однако и этому механизму, принятому за прототип, присущ серьезный недостаток, заключающийся в том, что в зависимости от длин шатунов, связывающих оси, положения сателлитов могут оказаться неуравновешенными, и в механизме появятся дополнительные динамические нагрузки от сил инерции сателлитов. Динамические нагрузки, возникающие при движении механизма, являются источниками дополнительных сил трения в кинематических парах, вибраций, дополнительных напряжений в некоторых звеньях механизма, причиной шума и т.д. [1, стр.275].However, this mechanism, taken as a prototype, has a serious drawback, namely, that depending on the length of the connecting rods connecting the axes, the positions of the satellites may be unbalanced, and additional dynamic loads from the inertia forces of the satellites will appear in the mechanism. Dynamic loads arising during movement of the mechanism are sources of additional friction forces in kinematic pairs, vibrations, additional stresses in some parts of the mechanism, cause noise, etc. [1, p. 275].

Задачей изобретения является, в частности, уравновешивание сил инерции сателлитов планетарного механизма. Для этого необходимо максимальным образом приблизить центры вращения дополнительных сателлитов к центрам вращения связывающих их шатунов с водилом. Указанное расстояние не может быть нулевым, так как в этом случае рассматриваемый механизм вырождается в аналог.The objective of the invention is, in particular, the balancing of the inertia of the satellites of the planetary mechanism. For this, it is necessary to maximally approximate the centers of rotation of the additional satellites to the centers of rotation of the connecting rods connecting them with the carrier. The indicated distance cannot be zero, since in this case the mechanism under consideration degenerates into an analog.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагается уравновешенный самоустанавливающийся планетарный механизм, включающий центральное подвижное колесо с внешним зацеплением, неподвижное колесо с внутренним зацеплением, водило, три установленных под равными углами относительно общей геометрической оси вращения сателлита, один из которых - основной - соединен с водилом в шарнир непосредственно, а два дополнительных сателлита соединены с водилом через посредство эксцентриковых осей с двумя опорными цилиндрическими поверхностями, взаимодействующими соответственно с водилом и сателлитом, при этом эксцентриситет эксцентриковых осей принимается не менее половины модуля зацепления колес планетарного механизма.The essence of the invention lies in the fact that a balanced self-aligning planetary mechanism is proposed, including a central movable wheel with external gearing, a fixed wheel with internal gearing, a carrier, three angles mounted at equal angles with respect to the general geometric axis of rotation of the satellite, one of which is connected to the carrier into the hinge directly, and two additional satellites are connected to the carrier via eccentric axes with two supporting cylindrical surfaces, interacting respectively with the carrier and satellite, while the eccentricity of the eccentric axes is taken as at least half of the gearing module of the wheels of the planetary mechanism.

На чертежах показан предлагаемый уравновешенный самоустанавливающийся планетарный механизм: на фиг.1 - общий вид механизма и на фиг.2 - сечение механизма по линии А-А. Механизм включает в себя: 1 - центральное подвижное колесо с внешним зацеплением; 2 - неподвижное колесо с внутренним зацеплением; 3 - водило; 4, 5, 6 - три установленных под равными углами относительно общей геометрической оси вращения сателлита, один из которых 4 - основной - соединен с водилом 3 в шарнир непосредственно, а два дополнительных сателлита 5 и 6 соединяются с водилом 3 через посредство эксцентриковых осей 7 и 8, обеспечивающих величину эксцентриситета е не менее половины модуля зацепления.The drawings show the proposed balanced self-aligning planetary mechanism: figure 1 is a General view of the mechanism and figure 2 is a section of the mechanism along the line aa. The mechanism includes: 1 - a central movable wheel with external gearing; 2 - fixed wheel with internal gearing; 3 - carrier; 4, 5, 6 - three satellites installed at equal angles to the common geometric axis of rotation of the satellite, one of which 4 - the main one - is connected directly to the carrier 3, and two additional satellites 5 and 6 are connected to the carrier 3 through the eccentric axes 7 and 8, providing an eccentricity value e of at least half of the engagement modulus.

Под осью в данном случае понимается деталь машины в строгом соответствии с определением оси как детали, приведенном в [6, стр.958]. Упомянутые оси входят во вращательные кинематические пары с водилом 3 и с дополнительными сателлитами 5 и 6. Отличие осей 7 и 8 от обычных осей заключается в том, что геометрические оси соединений с сателлитами и с водилом (под геометрическими осями понимаются оси симметрии в математическом смысле, как это объяснено в [6, стр.958] в статье, приведенной после статьи об оси как детали машины) выполнены с некоторым эксцентриситетом относительно друг друга. Этот эксцентриситет геометрических осей позволяет дополнительным сателлитам иметь возможность смещаться в радиальном направлении от неподвижных колес. При этом не должно происходить события, при котором сателлит мог бы выйти из зацепления с ведущим колесом и неподвижным. Этого не произойдет, если эксцентриситет геометрических осей деталей 7 и 8 будет ограничен по величине. Можно гарантировать, что сателлит не выйдет из зацепления, если принятый эксцентриситет осей будет более половины модуля зацепления, то есть половины высоты зуба.An axis in this case is understood as a machine part in strict accordance with the definition of an axis as a part given in [6, p. 958]. The mentioned axes are included in rotational kinematic pairs with carrier 3 and with additional satellites 5 and 6. The difference between axes 7 and 8 from conventional axes is that the geometric axes of the connections to the satellites and the carrier (geometric axes are understood as symmetry axes in the mathematical sense, as explained in [6, p. 958] in the article cited after the article on the axis as machine parts) are made with some eccentricity relative to each other. This eccentricity of the geometric axes allows the additional satellites to be able to move radially from the fixed wheels. In this case, there should be no event in which the satellite could disengage from the drive wheel and stationary. This will not happen if the eccentricity of the geometric axes of parts 7 and 8 is limited in size. It can be guaranteed that the satellite will not disengage if the adopted eccentricity of the axes is more than half of the engagement module, i.e. half the height of the tooth.

Работает механизм следующим образом. При приведении в движение центрального подвижного колеса 1 за счет зацепления с ним приходят в движение все три сателлита 4, 5 и 6. Во время движения сателлиты 5 и 6 имеют возможность самоустанавливаться за счет эксцентриковых осей 7 и 8. Одна из эксцентриковых осей 7 опорной поверхностью 9 взаимодействует с сателлитом 5, а опорной поверхностью 10 с водилом 3. Эксцентриковая ось 7 позволяет сателлиту 5 на опоре 9 провернуться относительно водила 3, при этом произойдет смещение оси сателлита относительно оси водила на величину, лежащую в пределах величины эксцентриситета е, которая назначается не менее половины модуля зацепления. Аналогичным образом происходит взаимодействие эксцентриковой оси 8 с сателлитом 6 и водилом 3.The mechanism works as follows. When the central movable wheel 1 is set in motion due to engagement with it, all three satellites 4, 5 and 6 are set in motion. During the movement, the satellites 5 and 6 are able to self-install due to the eccentric axes 7 and 8. One of the eccentric axes 7 has a supporting surface 9 interacts with the satellite 5, and the supporting surface 10 with the carrier 3. The eccentric axis 7 allows the satellite 5 on the support 9 to rotate relative to the carrier 3, and the axis of the satellite relative to the axis of the carrier will shift by an amount lying within ranks eccentricity e, which is assigned to at least half of the engagement module. Similarly, the eccentric axis 8 interacts with satellite 6 and carrier 3.

В результате возможности самоустановления дополнительных сателлитов, а также максимального приближения центров вращения этих сателлитов и центров вращения связывающих их эксцентриковых осей с водилом происходит уравновешивание сил инерции предложенного планетарного механизма, который будет самоустанавливающимся и уравновешенным.As a result of the possibility of self-determination of additional satellites, as well as the maximum approximation of the centers of rotation of these satellites and the centers of rotation of the eccentric axes connecting them with the carrier, the inertia forces of the proposed planetary mechanism are balanced, which will be self-settling and balanced.

Источники информацииInformation sources

1. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин: Учеб. для втузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. - 640 с.1. Artobolevsky I.I. Theory of mechanisms and machines: Textbook. for technical colleges. - 4th ed., Revised. and add. - M .: Science. Ch. ed. Phys.-Math. lit., 1988 .-- 640 p.

2. Строительная механика. Изд. 7-е, перераб. и доп. Под ред. А.В.Даркова. Учебник для вузов. - М.: Высш. школа, 1976. - 600 с., ил.2. Building mechanics. Ed. 7th, rev. and add. Ed. A.V. Darkova. Textbook for high schools. - M .: Higher. School, 1976. - 600 p., ill.

3. Крайнов А.Ф. Механика машин. Фундаментальный словарь. - М.: Машиностроение, 2000. - 904 с., ил.3. Krainov A.F. Mechanics of cars. Fundamental Dictionary. - M.: Mechanical Engineering, 2000 .-- 904 p., Ill.

4. 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.4. Theory of mechanisms and machines: Textbook. for technical colleges / K.V. Frolov, S.A. Popov, A.K. Musatov et al. Ed. K.V. Frolova. - M .: Higher. school., 1987 .-- 496 p., ill.

5. Патент RU 2342573 С1, МПК8 F16H 1/48, заявленный 11.07.2007.5. Patent RU 2342573 C1, IPC8 F16H 1/48, filed July 11, 2007.

6. Советский энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1981.6. Soviet encyclopedic dictionary. - M .: Soviet Encyclopedia, 1981.

Claims

A balanced self-aligning planetary mechanism, including a central movable wheel with external gearing, a fixed wheel with internal gearing, a carrier, three mounted at equal angles to the common geometric axis of rotation of the satellite, one of which is the main one connected directly to the carrier, characterized in that two additional satellites are connected to the carrier via eccentric axes with two supporting cylindrical surfaces interacting with Odile and satellite, while the eccentricity of the eccentric axes of at least half the wheels meshing planetary gear unit is selected.