ВОЛНОВАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 2005 года по МПК F16H1/00 F16H55/00 

Изобретение относится к механическим передачам и может быть использовано для точного поворота на заданный произвольный угол, а также для непрерывного вращения вокруг горизонтальной или вертикальной оси, что может быть использовано для обзора местности с помощью оптических или радиолокационных приборов, в голографии, в авиации, в космических кораблях и станциях, особенно там, где требуются перемещения с особенно высокой точностью, высоким передаточным числом и малыми габаритно-массовыми характеристиками. Также может быть применено в проверочных установках для точного задания углов.

Известна вариаторная цепная передача, содержащая корпус, ведущий и ведомый валы, ведущие и ведомые в осевом направлении конические полушкивы с радиальными зубьями, охватывающая конические полушкивы цепь, звенья которой шарнирно соединены между собой и снабжены призматическими упорами с уклонами их лезвий в соответствии с уклонами радиальных зубьев конических полушкивов и механизм осевого перемещения конических полушкивов, отличающаяся тем, что шарнирные валики цепи снабжены продольными пазами с пружинными фиксаторами и призматическими упорами, выполненными по осям шарнирных валиков, которые имеют возможность подпружиненного продольного перемещения и осевого поворота, причем в свободном состоянии каждый шарнирный валик устанавливается таким образом, что проекции лезвий его призматических упоров располагаются перпендикулярно продольной цепи, а щеки звеньев цепи снабжены роликами или скользящими упорами (см. заявку РФ на изобретение под №98118657/28).

Недостатками данной передачи являются изменение (вытягивание) звеньев цепи во времени, что требует регулярной проверки и подтягивания, сложность самой конструкции, а также ее изготовления, также достаточно большие габариты.

Известны волновые механические передачи, состоящие из двух колес: одно колесо гибкое, другое жесткое, по гибкому колесу изнутри двигается механический волнообразователь, например кулачок, который образует на колесе «волну», а она уже приводит в действие жесткое колесо (см. «Волновые механические передачи» изд. Научно-исследовательский институт по машиностроению, М., 1976 г., МВТУ им. Баумана, стр.4-18) - ПРОТОТИП.

Недостатками таких передач при всех положительных свойствах (применительно к приводу антенной системы РЛС) являются:

статический мертвый ход, который возникает из-за зазоров в цепи двигатель - выходное звено волновой передачи;

значительный упругий мертвый ход вследствие упругих изгибных деформаций гибкого колеса;

эксцентриситет генератора и жесткого колеса, который зависит от точности изготовления деталей волновой передачи и принципиально не может быть устранен, т.к. размерная цепь, определяющая положение осей генератора и жесткого колеса, является достаточно длинной;

консольное расположение двигателя по отношению к выходному валу, что приводит к вредному изгибающему моменту, а также принципиально затрудняет герметизацию всего устройства.

В волновых передачах с гибкими колесами большое влияние оказывает на работоспособность передачи и ее коэффициент полезного действия (КПД) перекос осей гибкого и жесткого колес. Так как перекос осей устранить принципиально невозможно из-за конструктивных особенностей передачи, то применяют различные способы его компенсации. На фиг.1,а гибкое колесо 1 соединяется с выходным валом 2 с помощью зубчатой муфты 3. Представленная конструкция гибкого колеса, являющаяся наиболее распространенной, позволяет полностью компенсировать перекос осей гибкого и жесткого колес за счет зазоров между зубьями в муфте 3. Однако в этой конструкции имеется существенный недостаток - статический мертвый ход, что не позволяет применить ее в точных приводах, охваченных обратной связью.

Переход к конструкции гибкого колеса на фиг.1,б устраняет статический мертвый ход, но и здесь появляются свои недостатки: более трудное крепление гибкого колеса 1 с помощью фланца 3 к выходному валу 2 (крепежные элементы располагаются на малом радиусе) и, что весьма существенно, фланец 3 плохо компенсирует перекосы осей гибкого и жесткого колес, так как обладает малой осевой деформацией.

На фиг.1,в представлена конструкция гибкого колеса, в которой соединение гибкого колеса 1 с выходным валом 2 выполняется по развитой цилиндрической поверхности 3, что позволяет осуществить наиболее легкое крепление гибкого колеса с выходным валом (например коническими штифтами), позволяет уменьшить перекосы осей и полностью устранить статический мертвый ход, но в силу полного отсутствия возможности компенсации перекосов осей гибкого и жесткого колес в настоящее время не применяется (см. Иванов М.И. «Волновые зубчатые передачи», М., Машиностроение, 1981 г.).

Известен редуктор управления антенной системой (см. патент РФ №2194893), в котором редуктор содержит втулку-барабан, жесткое колесо, гибкое колесо, два малых опорных подшипников, шесть или восемь малых опорных подшипников, выходной вал, большой подшипник, большое зубчатое зацепление, малое зубчатое зацепление, при этом втулка-барабан с одного конца имеет по внешнему диаметру большое зубчатое зацепление, а внутренним диаметром опирается на большой подшипник, плотно посаженный на один конец выходного вала, с другого конца втулка-барабан через малые нажимные и опорные подшипники контактирует с внутренним диаметром гибкого колеса, которое через малое зубчатое зацепление связано с жестким колесом, а само гибкое колесо жестко связано с другим концом выходного вала, выходной вал крепится в радиально-упорных подшипниках и является выходом передачи, входом же является большое зубчатое зацепление с приводным электродвигателем через зубчатое колесо - ПРОТОТИП.

Недостатками данной механической передачи является довольно высокие габаритно-массовые характеристики (ГМХ), отсюда повышенная стоимость и неудобство в эксплуатации. Если при применении в наземных антенных системах радиолокаторов с этим еще можно мириться, то при применении в авиации и космосе это создает определенные трудности. Еще одним недостатком является наличие перекоса осей гибкого и жесткого колес, а также имеет место статический мертвый ход.

Технической задачей изобретения является повышение точностных характеристик передачи за счет принципиального устранения перекоса.

Указанная цель достигается следующим конструктивом, волновая механическая передача, содержащая гибкое и жесткое зубчатое колеса, отличающаяся тем, что гибкое зубчатое колесо в месте соединения с жестким цилиндрическим крепежным основанием выполнено в виде волнообразного конструктивного элемента, полученного прорезанием в жестком цилиндрическом основании, как минимум, двух радиальных канавок: с внутренней и внешней сторон; количество радиальных канавок определяется допустимой величиной упругого мертвого хода, для конкретной передачи; ширина и глубина канавок определяется величиной передаваемых нагрузок и размером колес.

На фиг.2 показано сечение волновой механической передачи по продольной оси симметрии, на котором изображено:

1 - гибкое колесо, 2 - выходной вал, 3 - развитая цилиндрическая поверхность жесткого основания, 4 - радиальные канавки, жесткое колесо условно не показано.

Предлагается конструкция гибкого колеса (фиг.2), в которой соединение гибкого колеса 1 с выходным валом 2 осуществляется по развитой цилиндрической поверхности жесткого основания 3, а с целью компенсации перекосов осей гибкого и жесткого колес применяется волнообразный конструктивный элемент 4, полученный прорезанием двух радиальных канавок в жестком основании 3, размеры которых зависят от размеров колес и передаваемых нагрузок.

Такая конструкция гибкого колеса позволяет за счет упругой осевой деформации конструктивного элемента 4 практически полностью компенсировать перекос осей гибкого и жесткого колес и в то же время осуществить наиболее легкое и надежное соединение с выходным валом, выполнить передачу с нулевым статическим мертвым ходом. В передачах с небольшими нагрузками для компенсации перекосов осей можно прорезать в гибком колесе три и более канавки, при этом следует учитывать увеличение упругого мертвого хода.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к механическим передачам, и может быть использовано в голографии, в авиации, в космических кораблях и станциях для точного поворота на заданный произвольный угол, для непрерывного вращения вокруг горизонтальной или вертикальной оси и перемещения с особо высокой точностью, высоким передаточным числом и малыми габаритно-массовыми характеристиками. Волновая механическая передача содержит гибкое 1 и жесткое зубчатые колеса. Гибкое зубчатое колесо 1 в месте соединения с жестким цилиндрическим крепежным основанием 3 выполнено в виде волнообразного конструктивного элемента 4, полученного прорезанием в жестком цилиндрическом основании 3, как минимум, двух радиальных канавок с внутренней и внешней сторон. Технический результат - повышение точностных характеристик передачи за счет устранения перекоса. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Волновая механическая передача, содержащая гибкое и жесткое зубчатые колеса, отличающаяся тем, что гибкое зубчатое колесо в месте соединения с жестким цилиндрическим крепежным основанием выполнено в виде волнообразного конструктивного элемента, полученного прорезанием в жестком цилиндрическом основании, как минимум, двух радиальных канавок с внутренней и внешней сторон.2. Волновая механическая передача по п.1, отличающаяся тем, что количество радиальных канавок определяется допустимой величиной упругого мертвого хода для конкретной передачи.3. Волновая механическая передача по п.1 или 2, отличающаяся тем, что ширина и глубина канавок определяется величиной передаваемых нагрузок и размером колес.