ВОЛНОВОЙ ПРИВОД Российский патент 2006 года по МПК F16H57/02 F16H1/00 

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

Известен привод, содержащий корпус, размещенные в нем электродвигатель и промежуточный планетарный редуктор между валом электродвигателя и выходным валом привода, а также три датчика положения, на валу каждого из которых установлена шестерня, введенная в зацепление с установленным на выходном валу центральным зубчатым колесом [1]. Недостатком этого волнового привода является незащищенность его от перегрузки выходного вала по моменту в связи с отсутствием в конструкции муфты предельного момента.

Этого недостатка лишен выбранный в качестве прототипа волновой привод, содержащий корпус, установленные внутри него на двух подшипниках выходной вал и электродвигатель, а также волновую зубчатую передачу, жесткое колесо которой жестко связано с выходным валом, генератор волн, установленный на выходном валу, муфту предельного момента, размещенную в полости выходного вала на подшипниках, установленное на корпусе муфты зубчатое колесо, введенное в зацепление со смонтированной на валу электродвигателя шестерней, установленную на валу муфты с торца, противоположного зубчатому колесу, шестерню, связанную с генератором волн через промежуточную передачу из n (n=1, 2 и т.д.) сателлитов, установленных на выходном валу, имеющем n вырезов под сателлиты, и неподвижное гибкое колесо [2]. Наличие муфты предельного момента обеспечивает защиту привода от перегрузки выходного вала по моменту.

Недостатком такого волнового привода являются его низкая вибропрочность из-за значительных осевых габаритов, что вызвано последовательной компоновкой электродвигателя и волновой передачи. Это увеличивает нагрузку на фланец привода при динамических воздействиях (вибрации, удары), характерных для изделий ракетно-космической техники. Другим недостатком указанного волнового привода является ограниченная область его использования, что вызвано отсутствием в его составе датчиков положения выходного вала в связи с невозможностью их установки, поскольку практически весь выходной вал снаружи окружен гибким колесом волновой передачи, что исключает возможность передачи вращения от него на датчики положения. Это делает привод неприменимым в системах автоматического регулирования.

Задачей, решаемой заявленным изобретением, является повышение вибропрочности волнового привода и расширение области его использования.

Технический результат достигается тем, что в известный волновой привод, содержащий корпус, установленные внутри него на двух подшипниках выходной вал и электродвигатель, а также волновую зубчатую передачу, жесткое колесо которой жестко связано с выходным валом, генератор волн, установленный на выходном валу, муфту предельного момента, размещенную в полости выходного вала на подшипниках, установленное на корпусе муфты зубчатое колесо, введенное в зацепление со смонтированной на валу электродвигателя шестерней, установленную на валу муфты с торца, противоположного зубчатому колесу, шестерню, связанную с генератором волн через промежуточную передачу из n (n=1, 2 и т.д.) сателлитов, установленных на выходном валу, имеющем n вырезов под сателлиты, и неподвижное гибкое колесо, а подшипники выходного вала размещены в корпусе по разные стороны генератора волн, согласно изобретению, введены установленная в корпусе кольцевая плата и m (m=1, 2 и т.д.) датчиков положения, на валу каждого из которых установлена шестерня, при этом электродвигатель и m датчиков положения размещены на плате в кольцевом пространстве между цилиндрической стенкой корпуса и волновой зубчатой передачей, причем вал электродвигателя и валы датчиков положения обращены в сторону, противоположную жесткому колесу относительно промежуточной передачи, и ближайший к муфте предельного момента подшипник выходного вала установлен в отверстии кольцевой платы, а на выходном валу между установленным на корпусе муфты зубчатым колесом и кольцевой платой закреплено введенное в зацепление с шестернями датчиков положения центральное зубчатое колесо. В результате достигается повышение вибропрочности волнового привода, т.к. центр масс его приближается к привалочной поверхности, что снижает нагрузку от динамических воздействий на фланец и крепежные элементы. Также достигается расширение области использования волнового привода благодаря наличию датчиков положения выходного вала, размещение которых стало возможным за счет установки на выходном валу между установленным на корпусе муфты зубчатым колесом и кольцевой платой введенного в зацепление с шестернями датчиков положения центрального зубчатого колеса. Это дает возможность использования привода в системах автоматического регулирования.

На чертеже приведен пример конкретного исполнения волнового привода, продольный разрез.

Волновой привод содержит корпус 1, установленные внутри него на двух подшипниках 2 и 3 выходной вал 4 и электродвигатель 5, а также волновую зубчатую передачу 6, жесткое колесо 7 которой жестко связано с выходным валом штифтом 8. Генератор волн 9 установлен на выходном валу 4 на подшипниках 10. В полости 11 выходного вала 4 на подшипниках 12 и 13 размещена муфта 14 предельного момента с установленным на ее корпусе зубчатым колесом 15, введенным в зацепление со смонтированной на валу 16 электродвигателя 5 шестерней 17. На валу муфты 14 с торца 18, противоположного зубчатому колесу 15, установлена шестерня 19, связанная с генератором волн 9 через промежуточную передачу 20 из n (в данном примере n=2) сателлитов 21, установленных на выходном валу 4, имеющем n вырезов 22 под сателлиты 21. В данном примере конкретного выполнения число сателлитов 21 равно двум, однако оно может быть произвольным, начиная от одного, и ограничено лишь геометрическими параметрами передачи 20 и условием прочности вала 4, т.к. при значительном числе сателлитов сечение вала сильно ослабляется значительным числом вырезов 22, поэтому заявлен обобщающий признак - n сателлитов. Гибкое колесо 23 волновой зубчатой передачи 6 неподвижно. Подшипники 2 и 3 выходного вала 4 размещены в корпусе 1 по разные стороны генератора волн 9. В корпусе 1 установлена кольцевая плата 24, на которой в кольцевом пространстве между цилиндрической стенкой 25 корпуса 1 и волновой зубчатой передачей 6 размещены электродвигатель 5 и m (в данном примере m=3) датчиков положения 26; на валу 27 каждого из последних установлена шестерня 28. Упомянуты m (m=1, 2 и т.д.) датчиков положения выходного вала, т.к. в приводах автоматики датчики обычно резервируются для повышения надежности (обычно используют 3 датчика с использованием голосования в системе управления, чтобы отказ одного из датчиков не приводил бы к неопределенности выходного сигнала), однако для реализации изобретения число датчиков не имеет значения. Вал 16 электродвигателя и валы 27 датчиков положения 26 обращены в сторону, противоположную жесткому колесу 7 относительно промежуточной передачи 20. Ближайший к муфте предельного момента подшипник 3 выходного вала 4 установлен в отверстии 29 кольцевой платы 24. На выходном валу 4 между установленным на корпусе муфты 14 зубчатым колесом 15 и кольцевой платой 24 неподвижно установлено введенное в зацепление с шестернями 28 датчиков положения 26 центральное зубчатое колесо 30. Сателлиты 21 установлены на размещенных в вырезах 22 осях 31 и введены в зацепление с зубчатым венцом 32, выполненным на генераторе волн 9.

Волновой привод работает следующим образом: при подаче питающего напряжения на электродвигатель 5 вращается вал 16 электродвигателя с шестерней 17. Далее вращающий момент через зубчатое колесо 15, корпус муфты 14 предельного момента передается на установленную на ее валу шестерню 19 (при номинальном моменте на муфте 14, не превышающем момента срабатывания муфты). Далее момент через сателлиты 21 и венец 32 (т.е. через передачу 20) передается на генератор волн 9. Генератор волн 9, в свою очередь, деформирует гибкое колесо 23 и приводит в движение жесткое колесо 7 и через штифт 8 - выходной вал 4, размещенный в корпусе 1 в подшипниках 2 и 3. Сателлиты 21 беспрепятственно вращаются в вырезах 22 на осях 31. Так как оси 31 вращаются с той же угловой скоростью, что и выходной вал 4, то они не меняют своего положения относительно вырезов 22, хотя и перемещаются в пространстве с угловой скоростью вращения выходного вала 4. При перегрузке по моменту выходного вала 4 и его остановке останавливается и шестерня 19 на валу муфты 14, следствием чего является повышение момента, развиваемого электродвигателем 5. Однако это повышение не превышает величины момента срабатывания муфты 14 предельного момента, т.к. корпус муфты 14 начинает проворачиваться относительно ее вала, защищая от отказа как электродвигатель 5, так и элементы волновой зубчатой передачи 6. При устранении условий, вызвавших срабатывание муфты 14, происходит снижение момента на валах 4 и 16, вращение корпуса муфты 14 относительно ее вала прекращается, и работа устройства продолжается по вышеописанной схеме. При этом вращение шестерен 28, введенных в зацепление с неподвижно установленным на валу 4 центральным зубчатым колесом 30, приводит к изменению показаний датчиков положения 26.

В результате использования изобретения достигается повышение вибропрочности волнового привода за счет параллельной компоновки электродвигателя, датчиков положения и волновой передачи. Это снижает нагрузку на фланец привода при динамических воздействиях (вибрации, удары), характерных для изделий ракетно-космической техники, за счет снижения расстояния от привалочной плоскости до центра масс волнового привода. Также расширяется область его использования за счет введения в его состав датчиков положения выходного вала. Это делает привод применимым в системах автоматического регулирования.

Указанные преимущества - повышение вибропрочности и расширение возможностей использования волнового привода - позволяют рекомендовать заявленное техническое решение к использованию в космических аппаратах, особенно в ракетных двигателях с характерными для них высокими уровнями вибраций и высокой степенью автоматизации.

Литература:

1. Патент РФ №1754990 по МПК: F 16 H 1/48, 1992 г.

2. Патент РФ №2136986 по МПК: F 16 H 1/00, 1999 г. (прототип).

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве приводов автоматики изделий авиационной и ракетной техники. Волновой привод содержит корпус 1, выходной вал 4, электродвигатель 5, волновую зубчатую передачу 6, муфту предельного момента 14, кольцевую плату 24 и m (m=1, 2 и т.д.) датчиков положения 26. Муфта предельного момента 14 размещена в полости выходного вала 4 на подшипниках 12. Зубчатое колесо 15, установленное на корпусе муфты 14, введено в зацепление с шестерней 17, смонтированной на валу 16 электродвигателя 5. На валу 27 каждого из датчиков положения 26 установлена шестерня 28. Электродвигатель 5 и датчики положения размещены на плате 24 в кольцевом пространстве между цилиндрической стенкой 25 корпуса 1 и волновой зубчатой передачей 6. На выходном валу 4 между установленным на корпусе муфты 14 зубчатым колесом 15 и кольцевой платой 24 неподвижно установлено введенное в зацепление с шестернями 28 датчиков положения 26 центральное зубчатое колесо 30. Технический результат - повышение вибропрочности волнового привода и расширение области его использования. 1 ил.

Волновой привод, содержащий корпус, установленные внутри него на двух подшипниках выходной вал и электродвигатель, а также волновую зубчатую передачу, жесткое колесо которой жестко связано с выходным валом, генератор волн, установленный на выходном валу, муфту предельного момента, размещенную в полости выходного вала на подшипниках, установленное на корпусе муфты зубчатое колесо, введенное в зацепление со смонтированной на валу электродвигателя шестерней, установленную на валу муфты с торца, противоположного зубчатому колесу, шестерню, связанную с генератором волн через промежуточную передачу из n (n=1, 2 и т.д.) сателлитов, установленных на выходном валу, имеющем n вырезов под сателлиты, и неподвижное гибкое колесо, при этом подшипники выходного вала размещены в корпусе по разные стороны генератора волн, отличающийся тем, что в него введены установленная в корпусе кольцевая плата и m (m=1,2 и т.д.) датчиков положения, на валу каждого из которых установлена шестерня, при этом электродвигатель и m датчиков положения размещены на плате в кольцевом пространстве между цилиндрической стенкой корпуса и волновой зубчатой передачей, причем вал электродвигателя и валы датчиков положения обращены в сторону, противоположную жесткому колесу относительно промежуточной передачи, и ближайший к муфте предельного момента подшипник выходного вала установлен в отверстии кольцевой платы, а на выходном валу между установленным на корпусе муфты зубчатым колесом и кольцевой платой закреплено введенное в зацепление с шестернями датчиков положения центральное зубчатое колесо.