CC BY
32
УДК 621.833.6 С.В. Колмаков
ГБУДО «Детско-юношеский центр», г. Курган
фрикционная планетарная передача типа k-v-v
Аннотация. В статье рассмотрена конструкция новой фрикционной планетарной передачи. Она содержит эпициклический каток с внутренней рабочей поверхностью и расположенные внутри него сателлиты наружной и центральной групп. Наибольший сателлит наружной группы является ведомым. Ведущим может быть любой другой сателлит. Отсутствие единого водила позволяет значительно увеличить длину катков и тем самым повысить нагрузочную способность передачи, не увеличивая ее радиальные габариты.
Ключевые слова: фрикционная планетарная передача, сателлиты, водило, поводок, передаточное отношение.
S.V. Kolmakov
Kurgan Children and Youth Centre
the k-v-v friction
planetary gear
Annotation. The article describes the design of a new planetary friction transmission. It contains epicyclic rink with internal working surface and inboard-located satellites of outer and central groups. The largest satelliteof the outer group is a driven one. The leading one could be any other satellite. The lack of a single carrier allows increasing the length of the rollers and, thereby, to increase the power transmission without increasing its radial dimensions.
Keywords: friction planetary gear, satellites, aplanetary carrier,guide, gear ratio.
Фрикционные передачи, как правило, уступают зубчатым в нагрузочной способности. Однако имеются технические задачи, при решении которых свойства планетарных фрикционных передач (выравнивание нагрузки по сателлитам и вдоль осей катков), делают фрикционную передачу более предпочтительной по сравнению с зубчатыми. В первую очередь, это касается редукторов, для которых необходимо минимизировать радиальный габаритный размер.
Нами подана заявка на изобретение [1], в котором предлагается новая фрикционная передача с самонатяжением катков, предназначенная специально для использования в скважинном оборудовании. По классификации В.Н. Кудрявцева [2] эту передачу можно отнести к планетарным передачам типа K-V-V.
Аналогами предлагаемого устройства являются фрикционные планетарные передачи [US 1093922 (Ад.2), DE 665767, GB 1311186, SU 528405 и др.], обладающие свойством самонатяжения фрикционных контактов в плоском контуре. Они содержат: эпициклический центральный каток с внутренней фрикционной поверхностью солнечный центральный каток с наружной фрикционной поверхностью; сателлиты, расположенные между двумя центральными катками в два слоя, причем сателлиты внутреннего слоя взаимодействуют с солнечным катком, а сателлиты внешнего слоя взаимодействуют с эпициклическим катком и сателлитами внутреннего слоя; водило, шарнирно связанное с сателлитами внутреннего или внешнего слоя. Основным недостатком данной схемы является малый допуск на изменение размеров тел качения, которое может иметь место в результате износа и упругой деформации. При самом незначительном уменьшении диаметров тел качения сателлиты внешнего слоя «провалятся» между сателлитами внутреннего слоя и эпициклическим катком. Таким образом, подобные передачи ненадежны. Кроме того, как и большинство фрикционных передач, эти передачи имеют сравнительно небольшую нагрузочную способность. Наличие сложной в изготовлении детали - водила, само по себе является фактором, увеличивающим трудоемкость изготовления и стоимость редуктора.
Существуют фрикционные передачи с самонатяжением ^ 1093922 (Ад.3), US 3380312, US 3848476, US 3945270, US 4481842, GB 1461104, WO 2004/029480 и др.], содержащие: эксцентричные эпициклический каток с внутренней цилиндрической фрикционной рабочей поверхностью и солнечный каток с внешней цилиндрической фрикционной рабочей поверхностью; три ролика-сателлита разного диаметра, взаимодействующие с солнечным и эпициклическим катками; рычажное звено - стойку или водило, несущее оси, на которых закреплены два ролика, и упор для третьего ролика. К износу тел качения такие передачи значительно менее чувствительны, чем предыдущие. Недостатками данной схемы остаются сравнительно небольшая нагрузочная способность передачи и наличие нетехнологичной детали - водила.
Наиболее близкой предлагаемой по конструкции является фрикционная планетарная передача [US 3380312 (Ад.6)] - (прототип), которая содержит: эпициклический каток с внутренней рабочей поверхностью, солнечный каток с внешней рабочей поверхностью, водило и тройку сателлитов, расположенных между эпициклическим и солнечным катками, два из которых шарнирно связаны с водилом, а третий, имеющий наибольший диаметр, является плавающим. Недостатки этой схемы, как и предыдущих, состоят в невысокой нагрузочной способности передачи и наличии нетехнологичной детали - водила. Увеличение осевого разм е ра редукто ра по в ы шает е го нагру-
зочную способность, но лишь до определенного предела, обусловленного жесткостью и прочностью водила.
Технический результат, достигаемый в изобретении - повышение нагрузочной способности передачи без увеличения радиальных габаритов, а также упрощение ее конструкции и устранение нетехнологичных деталей.
Предлагаемая фрикционная планетарная передача показана на рисунках 1 и 2. Она содержит кольцо 1 с внутренней рабочей поверхностью. В данной конструкции это кольцо является неподвижным. Остальные катки фрикционной передачи - сателлиты. Они имеют внешнюю рабочую поверхность, расположены внутри центрального кольца и совершают планетарное движение. Все сателлиты делятся на две группы: наружную и центральную. В данной конструкции непосредственно взаимодействуют с кольцом 1, т.е. составляют наружную группу, сателлиты 3, 4, 5. Сателлит 2 представляет центральную группу сателлитов. Он взаимодействует только с сателлитами наружной группы.
Новизна состоит в том, что ведомым звеном передачи является наибольший сателлит наружной группы, т.е. сателлит 3. Ведущим звеном может быть любой другой сателлит, однако, наибольшее передаточное отношение и КПД механизма достигается в том случае, когда ведущий сателлит относится к центральной группе сателлитов. В данной конструкции ведущий - сателлит 2. Прочие сателлиты являются промежуточными звеньями, они не нагружены крутящим моментом. В данной конструкции промежуточные - сателлиты 4, 5. Ведомый сателлит 3 закреплен на валу 6 при помощи шлицев. Сателлиты 4, 5 служат опорой для ведущего сателлита 2. Для предотвращения осевого перемещения подвижных частей передачи, на остановленном кольце 1 закреплены реборды 7 (рисунок 2). Ведомый вал 6 удерживается от перемещения в осевом направлении стопорным кольцом 8. Ведущий плавающий сателлит 2 от осевого перемещения удерживают шайба 9 и стопорное кольцо 10. Опорные (промежуточные) сателлиты 4, 5 связаны между собой перемычкой - поводком 11. Этот элемент не нагружен крутящим моментом, что позволяет выполнить его компактным и легким. В данной конструкции сателлиты наружной группы состоят из отдельных роликов (рисунок 2), установленных соосно друг другу, а поводок 11, связывающий промежуточные сателлиты 4, 5, выполнен в виде отдельных пластин, расположенных между роликами и объединенных общими осями 12, проходящими через центры промежуточных сателлитов 4, 5.
Рисунок 1 - Фрикционная планетарная передача. Главный вид
Рисунок 2 - Фрикционная планетарная передача. Осевой разрез
Передача работает следующим образом. Ведущий сателлит 2 центральной группы за счет сил трения передает вращение сателлитам 3, 4, 5 наружной группы, которые обкатываются по остановленному кольцу 1. Вращающий момент снимается с наибольшего сателлита 3 наружной группы. Оси ведущего 2 и ведомого 3 сателлитов совершают планетарное движение, поэтому, для подачи и снятия вращающего момента используются устройства, компенсирующие несоосность (например, карданный вал, муфта Ольдгема), которые на фигурах не показаны. Самонатяжение, необходимое для возникновения сил трения между звеньями передачи, обеспечивается «плаванием» сателлита 3. Сателлит 3 за счет сил трения
отклоняется (на рисунке 1 показано пунктиром), внедряясь в клиновое пространство, образуемое звеньями 1, 2.
Передаточное отношение механизма вычисляется по формуле:
¡2-30! = (1+ / d2)) / (1- ( d1 / dз)),
где: d1 - диаметр остановленного кольца 1;
d2, d3 - диаметры ведущего 2 и ведомого 3 сателлитов.
Рациональный диапазон передаточных отношений ¡2_3о1 от -3 до -20 (т.е. направление вращения меняется на противоположное).
На рисунках 1 и 2 изображен пример фрикционной планетарной передачи, имеющей параметры: d1 = 118, d2 = 25, d3 = 75. Ее передаточное отношение:
¡2-3о1 = (1+ (118 /25)) / (1- (118 /75)) = -10,03.
Отсутствие водила - детали сложной формы, изготовленной с высокой точностью и нагруженной большим крутящим моментом, во-первых, упрощает конструкцию и снижает трудоемкость изготовления передачи, во-вторых, позволяет увеличить длину катков и, тем самым, повысить нагрузочную способность передачи, не увеличивая ее радиальные габариты. Имеющаяся перемычка между промежуточными сателлитами, во-первых, значительно проще водила по конструкции, во-вторых, не нагружена крутящим моментом, а ее жесткость и прочность не лимитируют крутящий момент, который выдерживает передача.
Конструкция деталей передачи позволяет сделать редуктор весьма длинным. Нагрузочная способность такого фрикционного планетарного редуктора будет соизмерима с нагрузочной способность зубчатого планетарного редуктора равных радиальных габаритов. Особенность предложенной передачи К-У^ состоит в том, что все три оси ведущего, ведомого и опорного колес не совпадают друг с другом. В некоторых ситуациях указанное обстоятельство может рассматриваться как недостаток механизма, в других случаях это свойство передачи не является недостатком.
В передачах, изображенных на рисунках 3 и 4, наружная группа сателлитов содержит три и пять опорных катков, соответственно. Это увеличивает нагрузочную способность редуктора.
Рисунок 3 - Фрикционная планетарная передача. Вариант
Рисунок 4 - Фрикционная планетарная передача. Вариант
В конструктивном варианте передачи (рисунки 5 и 6) с ведущим сателлитом, принадлежащим к центральной группе, промежуточные сателлиты 13, 14, 15 наружной группы выполнены состоящими из отдельных колец, установленных соос-но друг другу, и связаны между собой круглыми стержнями 16, расположенными внутри этих колец. При этом круглые стержни 16 играют роль перемычки, соединяющей промежуточные сателлиты. Такая конструкция перемычки, связывающей промежуточные сателлиты, позволяет снизить потери на трение и повысить износоустойчивость редуктора.
ц
= (1 - (118 /20)) / (1 - (118 /82)) = 11,39.
Рисунок 5 - Фрикционная планетарная передача. Вариант
= (1- Ц / (1- Ц ^)). Диапазон передаточных отношений 117
от +
1 до + 16.
В примере, показанном на рисунке 7: d1 = 118,
d, 7 = 20 , dз = 82 ._
Таким образом, передача осуществляет однонаправленное вращение ведущего и ведомого валов.
Рисунок 7 - Фрикционная планетарная передача с однонаправленным вращением ведущего и ведомого звеньев
В другом конструктивном варианте передачи (рисунок 8) с ведущим сателлитом 17, принадлежащим к наружной группе, промежуточные сателлиты 21, 22, 23 центральной группы состоят из отдельных колец, установленных соосно друг другу. Они связаны между собой круглыми стержнями 16, расположенными внутри этих колец (т.е. круглые стержни 16 играют роль перемычек, соединяющих промежуточные сателлиты). Данная конструкция позволяет снизить потери на трение и повысить ресурс редуктора.
Рисунок 6 - Фрикционная планетарная передача.
Осевой разрез
В некоторых приводах требуется однонаправленное вращение ведущего и ведомого валов (рисунок 7). Для обеспечения этого условия ведущий сателлит 17 относится к наружной группе сателлитов. В одном из конструктивных вариантов такой схемы перемычка, связывающая промежуточные сателлиты 18, 19, выполнена в виде поводка 20, шарнирно соединенного с каждым из сателлитов центральной группы.
Передаточное отношение такого механизма рассчитывается по формуле:
Рисунок 8 - Фрикционная планетарная передача с однонаправленным вращением ведущего и ведомого звеньев. Вариант
Заключение
Главным достоинством фрикционной планетарной передачи типа К^^ является отсутствие водила - детали сложной формы, изготовленной
с высокой точностью и нагруженной большим крутящим моментом. Это, во-первых, упрощает конструкцию и снижает трудоемкость изготовления передачи, во-вторых, позволяет увеличить длину катков и, тем самым, повысить нагрузочную способность передачи, не увеличивая ее радиальные габариты. Особенность предложенной передачи K-V-V состоит в том, что все три оси ведущего, ведомого и опорного колес не совпадают друг с другом. Предполагается использование передачи в редукторах, для которых необходимо минимизировать радиальный габаритный размер при достижении максимального крутящего момента, например, в редукторах скважинного оборудования.
Список литературы
1 Заявка 2016113781 РФ, МПК F 16 H 1/36, F 16 H 57/023. Фрикционная планетарная передача / Волков Г. Ю, Колмаков С. В.; заявитель и патентообладатель Курганский государственный университет; заявл.11.04.2016.
2 Кудрявцев В. Н. Планетарные передачи : 2-е изд. Л. : Машиностроение, 1966. 308 с.
УДК 629.322.2
В.Г. Котельников, Г.Ю. Волков Курганский государственный университет
велосипед повышенной комфортности
Аннотация. В статье проанализированы недостатки классического велосипеда и известных лигерадов. В результате предложена конструкция нового лигерада, при разработке которой преследовалась цель получения максимально комфортной посадки, сохраняя проходимость, маневренность и вес классического велосипеда.
Ключевые слова: велосипед, лигерад, ри-камбент, эргономика, амортизация кресла.
V.G. Kotelnikov, G.Y. Volkov Kurgan State University
luxury bike
Annotation. The article analyses the disadvantages of the classic bikes and the known recumbents. Consequently, the design of a new recumbent was proposed. In the development, the goal was to get the maximum comfortable fit, while maintaining the manoeuvrability, agility and weight of a classic bike.
Keywords: bike, recumbent, ergonomics, cushioning of a seat.
Классическая конструкция велосипеда долгое время воспринималась обществом как нечто идеальное и незыблемое, между тем она имеет немало недостатков.
Главный недостаток обычного велосипеда -это его седло. Человеческий организм не рассчитан на то, чтобы всем весом сидеть на паховой области. Низкая физиологичность велосипедного седла ведет к нарушению кровообращения органов малого таза, как у мужчин, так и у женщин. Указанные проблемы можно снизить за счёт использования сёдел специальной конструкции, однако, такие седла мало распространены, не очень удобны и некрасивы.
При низкой посадке спортсмены испытывают повышенную нагрузку на позвоночник. У них оказываются перегружены также руки. В прочем, каждый велосипедист при длительных поездках на простом велосипеде с достаточно прямой посадкой тоже может чувствовать дискомфорт и боль в спине, шее. Это происходит из-за нефизиологичной позы человека.
Еще одним существенным недостатком классического велосипеда (на котором человек движется головой вперед) является то, что падения с него очень болезненны и травмоопасны.
Классической конструкции велосипеда существует альтернатива, это лигерады (нем.), или рикамбенты (англ.), т.е. «лежачие велосипеды». К сожалению, развитие этой ветви велостроения пошло, главным образом, в направлении достижения максимальных скоростей (рисунок 1). Кстати, на данный момент, рекорд скорости на лигераде с обтекателями составляет 139 км/ч.
Рисунок 1 - Спортивный короткобазовый лигерад
Существующие лигерады делятся на коротко-базовые (пример показан на рисунке 1) и длинно-базовые (рисунок 2). Лигерады более физиологичны, чем классический велосипед) более быстры, но также имеют свои недостатки. У короткобазовых:
+ ограничен обзор (в связи с этим - низкая безопасность).
+ плохая маневренность. + плохая проходимость, + они требуют специальную обувь, пристёгивающуюся к педалям (в противном случае, человек выскальзывает вверх из седла при давлении на п е_д а л и . )
