ВОЛНОВАЯ ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 1999 года по МПК F16H1/00 

Изобретение относится к деталям машин и может быть использовано в составе приводов изделий авиационной и ракетной техники.

Известна волновая зубчатая передача, содержащая корпус, размещенные в нем входной и выходной валы, жесткое колесо, связанное с выходным валом, генератор волн и гибкое колесо, входящее в зацепление с жестким колесом [1]. Недостатком этой волновой передачи являются значительные габариты.

Этого недостатка лишена волновая зубчатая передача, содержащая корпус, размещенные в нем соосные входной и полый выходной валы, жесткое колесо, жестко связанное с выходным валом, генератор волн, установленный на выходном валу на подшипниках и связанный с входным валом через промежуточную передачу из n (n = 1, 2 и т.д.) сателлитов, установленных на жестком колесе, и неподвижное гибкое колесо, связанное с корпусом и входящее в зацепление с жестким колесом, выбранная в качестве прототипа [2]. Подшипники выходного вала размещены в корпусе по разные стороны генератора волн и в выходном валу выполнено n вырезов под сателлиты и входной вал размещен внутри выходного.

Недостатком такой волновой зубчатой передачи является незащищенность ее от перегрузки по моменту выходного вала (что случается при упоре исполнительного элемента, установленного на этом валу, в какой-либо другой элемент конструкции всего изделия, при остановке выходного вала на упоре и т.п.), что является следствием отсутствия в конструкции редуктора муфты предельного момента. В результате остановки выходного вала останавливается и входной вал, следствием чего является повышение момента, развиваемого приводным электродвигателем (обычно применяемым совместно с редуктором) и потребляемого указанным электродвигателем тока, что может привести к его отказу. Даже если подобное повышение тока и допустимо для приводного электродвигателя (что иногда справедливо для маломощных электродвигателей), то в любом случае оно приводит к повышению момента, развиваемого волновой передачей, что создает опасность разрушения зубьев гибкого колеса и нагрузки. Защита выходного вала от перегрузки по моменту может быть обеспечена введением в кинематическую цепь передачи предохранительной муфты предельного момента. Подобные муфты широко известны в современной технике, однако применение серийно изготавливаемых муфт приводит к увеличению габаритов и массы передачи, что нежелательно для изделий авиационной и ракетной техники.

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является обеспечение защиты выходного вала от перегрузки по моменту без увеличения габаритов и массы.

Этот результат достигается за счет того, что в известной волновой зубчатой передаче, содержащей корпус, размещенные в нем соосные входной и полый выходной валы, жесткое колесо, связанное с выходным валом, генератор волн, установленный на выходном валу на подшипниках и связанный с входным валом через промежуточную передачу из n (n = 1, 2 и т.д.) сателлитов, оси которых размещены неподвижно относительно выходного вала, и неподвижное гибкое колесо, связанное с корпусом и входящее в зацепление с жестким колесом, при этом подшипники выходного вала размещены в корпусе по разные стороны генератора волн и в выходном валу выполнено n вырезов под сателлиты, согласно изобретению оси сателлитов закреплены на выходном валу, а жесткое колесо установлено также на выходном валу с возможностью вращения относительно него, при этом передача снабжена муфтой предельного момента, полумуфты которой выполнены в виде выходного вала передачи и ее жесткого колеса.

Установка жесткого колеса на выходном валу с возможностью вращения относительно него и выполнение выходного вала передачи и ее жесткого колеса в виде полумуфт муфты предельного момента позволяет обеспечить достижение указанного технического результата, поэтому заявленное решение соответствует критерию "изобретательский уровень". Признак "оси сателлитов закреплены на выходном валу" необходим для обеспечения отсутствия касания сателлитами стенок выходного вала, образованных вырезами, что неизбежно происходило бы при закреплении осей сателлитов на жестком колесе, как в прототипе.

На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения волновой зубчатой передачи, разрез по продольной оси, на фиг. 2 - другой пример конкретного выполнения муфты предельного момента, разрез по продольной оси.

Волновая зубчатая передача содержит сборный корпус 1 и размещенный в нем в подшипниках 2 и 3 полый выходной вал 4. Корпус 1 снабжен зубчатым венцом 5, а на валу 4 установлено жесткое колесо 6 с возможностью вращения относительно него, что обеспечивается посредством посадки колеса 6 на вал 4 с зазором. Внутри вала 4 в подшипниках 7 установлен соосно с валом 4 входной вал 8. Генератор волн 9 волновой передачи установлен на выходном валу 4 на подшипниках 10. Генератор волн 9 снабжен зубчатым венцом 11 и связан с шестерней 12 входного вала 8 через промежуточную передачу 13 из 2 сателлитов 14, установленных на выходном валу 4 на осях 15, которые могут вращаться в отверстиях на фланце выходного вала 4. В корпусе 1 размещено также гибкое колесо 16 с двумя зубчатыми венцами, входящими в зацепление с венцом 5 и жестким колесом 6. Венец 5 корпуса и один из венцов гибкого колеса 16 служат шлицевой муфтой, удерживающей гибкое колесо 16 от проворота относительно корпуса 1. В осевом направлении гибкое колесо 16 фиксируется стенками корпуса 1 и жесткого колеса 6. Подшипники 2 и 3 выходного вала 4 размещены по разные стороны генератора волн 9. В выходном вале 4 выполнены два выреза 17 для прохода сателлитов 14. В данном примере конкретного выполнения число сателлитов 14 равно двум, однако оно может быть произвольным, начиная от одного, и ограничено лишь геометрическими параметрами передачи 13 и условием прочности вала 4, т.к. при значительном числе сателлитов сечение вала сильно ослабляется значительным числом вырезов 17. Передача снабжена муфтой 18 предельного момента, полумуфты которой выполнены в виде выходного вала 4 передачи и ее жесткого колеса 6. В жестком колесе 6 и валу 4 установлены срезные штифты 19, разрушающиеся при достижении заданного момента срабатывания между валом 4 и жестким колесом 6. На жестком колесе 6 размещена шпонка 20 для передачи момента к нагрузке (на фиг. 1, 2 не показана).

Волновая зубчатая передача работает следующим образом: при вращении входного вала 8 от приводного устройства (не показано) (при номинальном моменте на муфте 18, не превышающем момента срабатывания муфты) момент через шестерню 12, сателлиты 14 и венец 11 (т.е. через передачу 13) передается на генератор волн 9. Генератор волн 9, в свою очередь, деформирует гибкое колесо 16 и приводит в движение жесткое колесо 6 и через шпонку 20 - нагрузку. Выходной вал 4, соединенный с жестким колесом 6 штифтами 19, вращается с той же угловой скоростью, что и жесткое колесо 6. При перегрузке по моменту жесткого колеса 6 и его остановке останавливается и генератор волн 9. Поскольку вал 8 продолжает вращаться от приводного устройства, а венец 11 неподвижен, то на оси 15 воздействуют силы от сателлитов 14, а на вал 4 - вращающий момент от этих сил. В случае превышения этим моментом величины момента срабатывания муфты 18 предельного момента штифты 19 срезаются и вал 4 начинает проворачиваться относительно жесткого колеса 6, защищая от отказа как приводное устройство, так и элементы волновой зубчатой передачи. При этом обеспечивается неизменное положение сателлитов 14 относительно вырезов 17, т. к. оси 15 закреплены в том же валу 4, на котором выполнены вырезы 17. Подсчитаем величину момента M, развиваемого на валу 4 при заторможенном генераторе волн 9 от момента M₁, прикладываемого к валу 8 и соответственно к шестерне 12 (для простоты примем КПД передачи равным 1). Окружное усилие P, воздействующее на каждый из двух сателлитов 14 со стороны шестерни 12, равно P = M/mz, где m и z - соответственно модуль и число зубьев шестерни 12. Тангенциальные составляющие усилий T, воздействующих на оси 15, будут равны (из условия равновесия сателлита 14) T = P : 2. Таким образом, момент от пары сил T на вал 4 будет равен

где Z - число зубьев сателлита 14.

При превышении моментом M₁ заданного момента срабатывания M_пред, определяемого нагрузкой на срез штифтов 19, эти штифты срезаются и вал 4 начинает прокручиваться относительно колеса 6. Легко заметить, что величина момента M₁ сравнима с величиной момента М на входном валу, поэтому технически легко обеспечивается при настройке муфты 18 (в случае, если бы момент срабатывания муфты был сравним с моментом на жестком колесе 6, т.е. значителен по величине, это было бы существенно сложнее и увеличило бы габариты и вес муфты).

Описанная конструкция применима в устройствах, где не требуется многократного размыкания - замыкания кинематической цепи, т.к. штифты разрушаются при срабатывании. В другом примере конкретного выполнения (фиг. 2), предназначенном для использования в устройствах, где требуется многократное размыкание - замыкание кинематической цепи, все элементы конструкции идентичны конструкции волновой передачи, приведенной на фиг. 1, за исключением муфты 18, которая выполнена фрикционной (элементы, полностью повторяющие фиг. 1, не изображены на фиг. 2). Ее полумуфты также выполнены в виде выходного вала 4 передачи и ее жесткого колеса 6. На валу 4 напрессована втулка 21, между которой и жестким колесом 6 установлена фрикционная накладка 22. На внутренней поверхности вала 4 выполнена резьба, в которую ввернута гайка 23. Между заплечиком гайки 23 и торцем жесткого колеса 6 установлена тарельчатая пружина 24, поджимающая жесткое колесо 6 к втулке 21. Волновая зубчатая передача работает следующим образом: при вращении входного вала 8 (при номинальном моменте на муфте 18, не превышающем момента срабатывания муфты) момент через шестерню 12, сателлиты 14 и венец 11 (т.е. через передачу 13) передается на генератор волн 9. Генератор волн 9, в свою очередь, деформирует гибкое колесо 16 и приводит в движение жесткое колесо 6 и через шпонку 20 - нагрузку. Выходной вал 4 вращается с той же угловой скоростью, что и жесткое колесо 6, от проворота относительно жесткого колеса 6 его удерживает момент сил трения между втулкой 21, фрикционной накладкой 22 и жестким колесом 6. При перегрузке по моменту жесткого колеса 6 и его остановке останавливается и генератор волн 9. Поскольку вал 8 продолжает вращаться от приводного устройства, а венец 11 неподвижен, то на оси 15 воздействуют силы от сателлитов 14, а на вал 4 - вращающий момент от этих сил. В случае превышения этим моментом величины момента срабатывания муфты 18 предельного момента (определяемого усилием пружины 24, которое регулируется затяжкой гайки 23) вал 4 начинает проворачиваться относительно жесткого колеса 6, защищая от отказа как приводное устройство, так и элементы волновой зубчатой передачи. При уменьшении момента нагрузки падает и момент на валу 8 и момент, воздействующий на муфту 18, становится меньше момента срабатывания. Относительное вращение вала 4 и жесткого колеса 6 прекращается и устройство вновь работает по вышеописанной схеме. Обеспечение защиты выходного вала устройства от перегрузки по моменту без увеличения габаритов позволяет рекомендовать заявленное устройство для изделий авиационной и ракетной техники.

Литература:
1. Гинзбург Е.Г. Волновые зубчатые передачи.-Л.: Машиностроение, 1969, с. 10, рис. 3.

2. Патент РФ N 2077171.

Изобретение относится к деталям машин и может быть использовано в составе приводов изделий авиационной и ракетной техники. В корпусе волновой зубчатой передачи размещены соосно входной и полый выходной валы, жесткое колесо, генератор волн, гибкое и жесткое колеса и муфта предельного момента. Генератор волн установлен на выходном валу на подшипниках и связан с входным валом через промежуточную передачу из n (n = 1, 2 и т.д.) сателлитов. Оси сателлитов размещены неподвижно относительно выходного вала. Гибкое колесо связано с корпусом и входит в зацепление с жестким колесом. Подшипники выходного вала размещены в корпусе по разные стороны генератора волн. На выходном валу выполнено n вырезов под сателлиты. Оси сателлитов закреплены на выходном валу. Жесткое колесо установлено на выходном валу с возможностью вращения относительно него. Полумуфты муфты предельного момента выполнены в виде выходного вала передачи и ее жесткого колеса. Технический результат: обеспечение защиты выходного вала от перегрузки по моменту без увеличения габаритов. 2 ил.

Волновая зубчатая передача, содержащая корпус, размещенные в нем соосные входной и полый выходной валы, жесткое колесо, связанное с выходным валом, генератор волн, установленный на выходном валу на подшипниках и связанный с входным валом через промежуточную передачу из n (n = 1, 2 и т.д.) сателлитов, оси которых размещены неподвижно относительно выходного вала, и неподвижное гибкое колесо, связанное с корпусом и входящее в зацепление с жестким колесом, при этом подшипники выходного вала размещены в корпусе по разные стороны генератора волн, и в выходном валу выполнено n вырезов под сателлиты, отличающаяся тем, что оси сателлитов закреплены на выходном валу, а жесткое колесо установлено также на выходном валу с возможностью вращения относительно него, при этом передача снабжена муфтой предельного момента, полумуфты которой выполнены в виде выходного вала передачи и ее жесткого колеса.