Проектирование многопоточной планетарной передачи

Объект исследования: многопоточная планетарная передача

Результат, полученный лично авторами: рассмотрен нетрадиционный способ проектирования планетарных передач с организацией многопоточной системы передачи усилий в зубчатом зацеплении.

Зубчатые передачи по массово - габаритным характеристикам в соотношении к передаваемой мощности практически достигли предела, и дальнейшее снижение удельной массы или габаритов возможно либо за счёт применения новых особо прочных материалов, либо за счёт реализации рациональной конструкции.

Решение задачи возможно за счёт применения многопоточной асинфазной зубчатой передачи. Многопоточная зубчатая передача – это многозвенный центроидный неделимый рычажно-зубчатый механизм с одной степенью свободы с неподвижными и подвижными осями вращения подвижных звеньев, в котором механическая энергия передаётся с входного зубчатого на выходное зубчатое звенья несколькими короткими параллельными кинематическими цепями (потоками) с одинаковой кинематикой их относительного движения (рис. 1).

Рис. 1. Схема асинфазной зубчатой передачи

Здесь φ_g - угловой шаг сателлитов; a_c - число сателлитов; τ_a и τ_b - угловой шаг зуба соответствен-но для центрального солнечного колеса и опорного; z_a и z_b - числа зубьев соответственно центрального солнечного колеса и опорного.

В процессе зацепления в каждом месте контакта сателлита с центральным колесом (солнечным или опорным) будем иметь случаи попеременного однопарного или двухпарного контакта. Однопарный контакт – это когда весь крутящий момент передаётся через одну пару зацепленных зубъев. Двухпарный контакт – это когда колёса находятся в таком полождении, что предыдущая пара зубьев ещё не успела выйти из зацепления, а последующая пара уже вошла, и при этом весь крутящий момент распределяется примерно поровну на два потока, т.е. фактическая нагрузка на пару зубьев уменьшается вдвое (оценивается коэффициентом торцового перекрытия ε_α).

Если использовать классический расчёт планетарных передач и соблюдать условие равных углов между сателлитами, то получим передачу с небольшим числом сателлитов (3, 4 и более), где действительная нагрузка на зубья в пиковом состоянии будет меньше входного момента в число сателлитов раз, т.к. распределится на число пар контакта.

Если использовать передачу с большим числом сателлитов и расположить их так, чтобы в каждый момент времени только в одном месте контакта было однопарное зацепление, а во всех других обязательно двухпарное, то можно получить значительное увеличение нагрузочной способности передачи из-за равномерного распределения нагрузки по силовым цепям (сателлитам), не прибегая к увеличению массы и габаритов редуктора.

Для осуществления такого режима необходимо выполнить 2 условия.

1. Найдём связь угловых параметров с геометрическими (числом зубъев):

Здесь С₁ и С₂ – коэффициенты отношений, или числа. При этом если числа С₁ и С₂ целые и кратны числу сателлитов a_c, то контактные точки центрального солнечного колеса с сателлитом и сателлита с опорным находятся в одной фазе, т.е. периодически будет иметь место то везде двухпарное зацепление в контакте, то однопарное (передача синфазная).

2. Потребуем, чтобы числа С₁ и С₂ имели целую часть, кратную числу сателлитов a_c и дробные части. Это приведёт к сдвигу полюсов на угол . Передача станет асинфазной и условие выполнится (рис. 2).

Рис. 2. Асинфазный планетарный редуктор

Суммарное число силовых потоков при заданном числе сателлитов a_c и угле зацепления φ_α со смещением Δ₁ будет

Условие асинфазности:

1. z_a + z_b / a_c = целому числу;

2. z_a / a_c ≠ целому числу;

3. z_b / a_c ≠ целому числу;

Выводы:

Целесообразно выполнять редуктор мелкомодульный с большим числом сателлитов, если условие не противоречит заданному передаточ-ному числу (m = 2,8 мм, передаваемая мощность 50 кВт).

2. Асинфазность передачи увеличивает число потоков мощности в ε_α, и в ε_α^0.33 уменьшает её размеры.

Материал поступил в редколлегию 14.04.2017

УДК 621.817

Д. А. Фролов

Научный руководитель: доцент кафедры «Детали машин», к.т.н.,

А.К. Толстошеев

denisfrolov007@yandex.ru