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 выходной и установленный внутри него на двух подшипниках входной валы, жесткое колесо, выполненное заодно 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 выполнены n вырезов под сателлиты.

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 нагрузочного устройства. 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 в конструкции прототипа невозможно без увеличения его габаритов, т.к. эти муфты обладают значительными радиальными габаритами и не могут быть размещены в габаритах редуктора-прототипа. Увеличение же габаритов передачи 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.

Этот результат достигается за счет того, что в известной волновой зубчатой передаче, содержащей корпус, размещенные в нем соосные выходной и установленный внутри него на двух подшипниках входной 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 выходном валу, и неподвижное гибкое колесо, при этом подшипники выходного вала размещены в корпусе по разные стороны генератора волн, и в выходном валу выполнены полость, в которой размещен входной вал, и n вырезов под сателлиты, согласно изобретению, выходной вал выполнен ступенчатым, ступень большего диаметра которого размещена с противоположной относительно промежуточной передачи стороны от жесткого колеса, входной вал выполнен в виде вала муфты предельного момента, размещенной в полости, выполненной внутри ступени большего диаметра, а генератор волн установлен между промежуточной передачей и ступицей жесткого колеса на наружной поверхности ступени меньшего диаметра, при этом оси сателлитов установлены в стенке выходного вала, разделяющей ступени большего и меньшего диаметра, и в этой же стенке установлен один из подшипников входного вала, ближайший к промежуточной передаче. Для удобства сопряжения с приводным устройством другой подшипник входного вала может быть установлен в кронштейне, размещенном на корпусе волновой передачи, при этом корпус муфты снабжен установленным на нем зубчатым колесом, а в кронштейне выполнен вырез для зацепления с этим колесом колеса приводного устройства.

Выполнение выходного вала ступенчатым, ступень большего диаметра которого размещена с противоположной относительно промежуточной передачи стороны от жесткого колеса, позволяет разместить в полости муфту предельного момента. Выполнение входного вала в виде вала муфты предельного момента, размещенной в полости, выполненной внутри ступени большего диаметра, позволяет обеспечить защиту устройства от перегрузки по моменту выходного вала без увеличения габаритов. Признаки "генератор волн установлен между промежуточной передачей и ступицей жесткого колеса на наружной поверхности ступени меньшего диаметра, при этом оси сателлитов установлены в стенке выходного вала, разделяющей ступени большего и меньшего диаметра, и в этой же стенке установлен один из подшипников входного вала, ближайший к промежуточной передаче" позволяют обеспечить единственно возможную компоновку, обеспечивающую собираемость волновой зубчатой передачи. Совокупность всех указанных существенных признаков позволяет обеспечить достижение указанного технического результата, поэтому заявленное решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения волновой зубчатой передачи, разрез по продольной оси; на фиг. 2 - выходной вал в изометрической проекции (канавки под пружинные кольца не показаны).

Волновая зубчатая передача содержит сборный корпус 1 и размещенный в нем в подшипниках 2 и 3 выходной вал 4. Корпус 1 снабжен зубчатым венцом 5, а на валу 4 установлено жесткое колесо 6, жестко связанное с валом 4 посредством шпонки 7. В выходном валу 4 выполнена полость 8, внутри которой в подшипниках 9 и 10 установлен соосно валу 4 входной вал 11. Генератор волн 12 волновой передачи установлен на выходном валу 4 на подшипниках 13. Генератор волн 12 снабжен зубчатым венцом 14 и связан с шестерней 15 входного вала 11 через промежуточную передачу 16 из 2 сателлитов 17, установленных на выходном валу 4 посредством запрессованных в него осей 18. В корпусе 1 размещено также гибкое колесо 19 с двумя зубчатыми венцами, входящими в зацепление с венцом 5 и жестким колесом 6. Венец 5 корпуса и один из венцов гибкого колеса 19 служат шлицевой муфтой, удерживающей гибкое колесо 19 от проворота относительно корпуса 1. В осевом направлении гибкое колесо 19 фиксируется стенками корпуса 1 и жесткого колеса 6. Подшипники 2 и 3 выходного вала 4 размещены по разные стороны генератора волн 12. В выходном валу 4 выполнены два выреза 20 для прохода сателлитов 17. В данном примере конкретного выполнения число сателлитов 17 равно двум, однако оно может быть произвольным, начиная от одного, и ограничено лишь геометрическими параметрами передачи 16 и условием прочности вала 4, т.к. при значительном числе сателлитов сечение вала сильно ослабляется значительным числом вырезов 20. Выходной вал 4 выполнен ступенчатым, состоящим из ступени 21 большего диаметра, ступени 22 меньшего диаметра и стенки 23, разделяющей ступени 21 и 22. Ступень 21 большего диаметра размещена с противоположной относительно промежуточной передачи 16 стороны от жесткого колеса 6, входной вал 11 выполнен в виде вала магнитной муфты 24 предельного момента, размещенной в полости 8, выполненной внутри ступени 21 большего диаметра. Генератор волн 12 установлен между промежуточной передачей 16 и ступицей 25 жесткого колеса 6 на наружной поверхности ступени 22 меньшего диаметра. Понятия "ступень" большего или меньшего диаметра в формуле изобретения и в данном описании являются обобщающими и не включают конкретные геометрические параметры вала и наличие на нем чисто конструктивных элементов, таких как в данном примере имеющихся на обеих ступенях канавок под пружинные кольца для фиксации подшипников 3 и 13. В других выполнениях на ступенях могут быть выполнены и другие местные элементы, например буртики вместо канавок, однако это не меняет общей закономерности четкого функционального разделения поверхности выходного вала на две ступени: большего диаметра для размещения внутри нее полости с муфтой предельного момента и меньшего диаметра для размещения на ней снаружи генератора волн и жесткого колеса. Оси 18 сателлитов установлены в стенке 23 выходного вала 4, и в этой же стенке установлен подшипник 9 входного вала 11, ближайший к промежуточной передаче 16. Другой подшипник 10 входного вала 11 установлен в кронштейне 26, размещенном на корпусе 1, при этом корпус муфты 24 снабжен установленным на нем зубчатым колесом 27, а в кронштейне выполнен вырез 28 для зацепления с колесом 27 колеса приводного устройства 29 (показано пунктиром). Подшипник 10 мог бы быть размещен и в другом месте, например на цилиндрической поверхности полости 8, однако приведенное в данном примере расположение подшипника 10 является наиболее технологичным.

Волновая зубчатая передача работает следующим образом: при вращении колеса 27 от приводного устройства 29 (осуществляемого через вырез 28) вращающий момент через муфту 24 передается на входной вал 11 (при номинальном моменте на муфте 24, не превышающем момента срабатывания муфты). Далее момент через шестерню 15, сателлиты 17 и венец 14 (т.е. через передачу 16) передается на генератор волн 12. Генератор волн 12 в свою очередь деформирует гибкое колесо 19 и приводит в движение жесткое колесо 6 и через ступицу 25 и шпонку 7 - выходной вал 4, размещенный в корпусе 1 в подшипниках 2 и 3. Сателлиты 17 беспрепятственно вращаются в вырезах 20 на осях 18. Так как оси 18 вращаются с той же угловой скоростью, что и выходной вал 4, то они не меняют своего положения относительно вырезов 20, хотя и перемещаются в пространстве с угловой скоростью вращения выходного вала 4. При перегрузке по моменту выходного вала 4 и его остановке останавливается и входной вал 11, следствием чего является повышение момента, развиваемого приводным устройством 29. Однако это повышение не превышает величины момента срабатывания магнитной муфты 24 предельного момента, т.к. корпус муфты 24 начинает проворачиваться относительно входного вала 11, защищая от отказа как приводное устройство 29, так и элементы волновой зубчатой передачи. Выполнение выходного вала 4 ступенчатым и выполнение полости 8 внутри ступени 21 большего диаметра позволяет разместить в габаритах прототипа предохранительную муфту 24 предельного момента, используя свободное в прототипе пространство между выходным валом и гибким колесом. Установка генератора волн 12 между промежуточной передачей 16 и ступицей 25 жесткого колеса на наружной поверхности ступени меньшего диаметра совместно с установкой осей 18 сателлитов в стенке 23 является единственно возможной компоновкой, обеспечивающей собираемость волновой зубчатой передачи. При устранении условий, вызвавших срабатывание муфты 24, происходит снижение момента на валах 4 и 11. При снижении момента нагрузки на валу 11 до величины, меньшей момента срабатывания муфты 24, вращение корпуса муфты 24 относительно вала 11 прекращается и работа устройства продолжается 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 N 2077171.

Изобретение относится к деталям машин и может быть использовано в составе приводов изделий авиационной и ракетной техники. Волновая передача содержит соосные входной и выходной валы, жесткое и гибкое колеса, генератор волн и промежуточную передачу из n сателлитов. Выходной вал выполнен ступенчатым, ступень большего диаметра которого размещена с противоположной относительно промежуточной передачи стороны от жесткого колеса, и имеет полость для размещения входного вала и n вырезов под сателлиты. Входной вал выполнен в виде муфты предельного момента. Генератор волн установлен на наружной поверхности ступени меньшего диаметра выходного вала на подшипниках между промежуточной передачей и ступицей жесткого колеса и связан с входным валом через промежуточную передачу. Оси сателлитов установлены в стенке выходного вала, разделяющей ступени большего и меньшего диаметра. В этой же стенке установлен один из подшипников входного вала. Обеспечивается защита выходного вала от перегрузки по моменту без увеличения габаритов. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Волновая зубчатая передача, содержащая корпус, размещенные в нем соосные выходной и установленный внутри него на двух подшипниках входной 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 выходном валу, и неподвижное гибкое колесо, при этом подшипники выходного вала размещены в корпусе по разные стороны генератора волн, и в выходном валу выполнены полость, в которой размещен входной вал, и n вырезов под сателлиты, отличающаяся тем, что выходной вал выполнен ступенчатым, ступень большего диаметра которого размещена с противоположной относительно промежуточной передачи стороны от жесткого колеса, входной вал выполнен в виде вала муфты предельного момента, размещенной в полости, выполненной внутри ступени большего диаметра, а генератор волн установлен между промежуточной передачей и ступицей жесткого колеса на наружной поверхности ступени меньшего диаметра, при этом оси сателлитов установлены в стенке выходного вала, разделяющей ступени большего и меньшего диаметра, и в этой же стенке установлен один из подшипников входного вала, ближайший к промежуточной передаче. 2. Волновая зубчатая передача по п.1, отличающаяся тем, что другой подшипник входного вала установлен в кронштейне, размещенном на корпусе волновой передачи, при этом корпус муфты снабжен установленным на нем зубчатым колесом, а в кронштейне выполнен вырез для зацепления с этим колесом колеса приводного устройства.