Изобретение относится к вакуумному технологическому оборудованию, точнее к его механическим узлам, функционирующим в широком интервале температур от нормальной до 500°C и давлений от 10-10 мм рт.ст. до нескольких атмосфер в способе передачи вращения в герметизируемый объем (камеру) через сплошную металлическую стенку в вакуум, в т.ч. при криогенных температурах в сжиженных газах (азот, гелий 4,2 K) от ведущего звена к ведомому волнообразными упругими деформациями, генерируемыми в герметизирующем звене передачи наружными генераторами волн.
Уровень техники
Известны «Вводы вакуумные волновые», см. отраслевой стандарт ОСТ 11.426.001-76, который распространяется на прогреваемые механические вакуумные волновые вводы с герметизацией через сплошную тонкостенную гибкую оболочку, предназначенные для передачи вращательного движения механизмам, расположенным в камерах с давлением от 1 до 1,3-10-8 Н/м2.
Поток натекания воздуха через вводы не более 
Крутящий момент на выходном валу ввода 10…80 Н·м. Вводы присоединяются к вакуумным камерам с помощью фланцевых соединений шип-паз с металлическими уплотняющими прокладками и прокладками из вакуумной резины.
Недостатками волновых вводов является выполнение их нерегулируемыми, а также выполнение вводов с внутренним дисковым генератором, деформирующим изнутри гибкое колесо, выполненное в виде цельнометаллического глухого стакана с дном, установочным фланцем и расширяющейся частью стакана. М.Н. Иванов, В.Н. Иванов. Детали машин. Курсовое проектирование. Москва «Высшая школа» 1975, рис. 6.16.
Данная волновая герметичная передача выбрана в качестве аналога. Это обстоятельство является причиной деформации гибкого колеса генератором при сборке и образования высоких контактных напряжений и задиров на внутренней поверхности гибкого колеса и как следствие низкого ресурса вводов по герметичности.
Входное звено и гибкое звено выполнены одноопорными, коэффициент жесткости консольных опор ниже в 5 раз двухопорных, такая конструкция опор является причиной появления вибраций во вводах и разуплотнения фланцевых герметичных соединений в эксплуатации, вибрации способствуют возникновению динамических нагрузок в зубчатом зацеплении.
Цилиндро-коническая форма гибкого герметичного звена является нетехнологичной, не может быть изготовлена на токарных станках с ЧПУ, т.к. толщина гибкого звена находится в пределах 0,40…0,70 мм и является замыкающим размером в размерной цепи обработки наружного и внутреннего контуров, содержащей угловые размеры с большими допусками.
В результате при обработке на токарных станках с ЧПУ поверхности, наружная и внутренняя, гибкого звена накладываются и могут перерезаться резцом, а при изгибе при сборке наблюдается резкий излом, сопряженный с низким ресурсом гибкого звена.
Отсутствие гибких подшипников с низким ресурсом и кулачка специального профиля в дисковом генераторе позволяет квалифицировать волновую герметичную передачу по этим признакам как высокоресурсную, технологичную и малоинерционную.
Однако, закрепление в пазу гибкого колеса подкладного кольца, служащего от раскатывания гибкого колеса дисками, является не только несовершенным, но и ослабляет его прочность и является нетехнологичностью конструкции. Недостатком дискового генератора является образование бочкообразной формы зубчатого венца при деформации им гибкого герметичного звена и, как следствие, снижение площади контакта зубьев в волновом зацеплении и перекос зубьев.
Поэтому при получении цилиндро-конической формы гибкого звена применяют метод многостадийного пластического деформирования и термообработки отжигом.
Технологичность конструкции гибкого герметичного звена вводов по форме поверхностей и по размерам низкая, а качественная характеристика технологичности - регулируемость конструкции отсутствует.
Близкими аналогами предполагаемого изобретения являются «Волновой герметичный редуктор и приспособление для его сборки» инж. В.А. Абрамов, к.т.н. И.С. Кузьмин «Вестник машиностроения», №8, 1979; авторское свидетельство СССР, №781430, F16C 43/08, ОИПОТЗ, БИ №43,80 «Устройство для монтажа подшипника качения», В.А. Абрамов; а также «Волновой герметичный редуктор с цилиндрическим гибким звеном», инж. В.А. Абрамов, к.т.н. И.С. Кузьмин «Вестник машиностроения», №1, 1980, патент РФ на изобретение №2063289 «Устройство для раскатки гибких колес волновой передачи», Абрамов В.А. и Востров В.Н.
Они предназначены для передачи вращения в камеру через сплошную металлическую стенку в вакуум при гелиевых (4,2 K) температурах посредством волновой герметичной зубчатой передачи с внутренним кулачковым генератором, гибким подшипником и гибким герметичным звеном, выполненным как одно целое в виде цельнометаллического глухого цилиндрического стакана с зубчатым наружным венцом, установочным фланцем и закрытым дном. Фланец и дно отстоят по конструктивным условиям на некотором удалении от генератора - на расстоянии действия краевого эффекта фланца и дна на оболочку.
Сборка и разборка редуктора выполняются вне и внутри гибкого звена.
Ширина гибкого подшипника мала, при демонтаже возникают перекосы его в гибком звене, что затрудняет демонтаж редуктора. Эксплуатационная технологичность конструкции редуктора низкая.
Входное, выходное и гибкое звенья выполнены одноопорными. Редуктор не является виброустойчивым и вибропрочным.
Регулируемость конструкции редуктора при сборке, техобслуживании и ремонте для поддержания работоспособности отсутствует.
Инструментальная доступность конструкции гибкого звена при обработке внутреннего контура осуществляется специальными резцами.
Существует также способ сборки волновой передачи, в котором с целью упрощения сборки передачи изменение круговой формы профиля в овал, кулачок генератора выполняют из материала с эффектом памяти формы (а.с. 1073512, СССР, Бюл. №6, 1984), например, из никелида титана. При сборке исключаются прессовые операции, приводящие к снижению надежности волновой передачи. Однако «вспомнить» заданную форму овала, адекватную рабочей форме деформации, он не может, т.к. деформация неоднозначно зависит от физической величины, характеризующей внешние условия, - температуры конца обратного мартенситного превращения в материале кулачка. Эта неоднозначная зависимость называется гистерезисной и лежит в пределах ±(3…7%).
Кроме этого демонтаж генератора производится поэлементно и затруднен в связи с отношением,
;
что много меньше рекомендуемых 0,5…0,7 и возникновением самоторможения гибкого подшипника в гибком герметичном звене из-за слишком малого отношения ширины "a" гибкого подшипника к внутреннему диаметру гибкого звена "d".
Прямым аналогом предполагаемого изобретения выбран способ изготовления, сборки волновой герметичной передачи («Э.-И», 1961, ДМ, №9, реф. 82-86, рис. 116, стр. 12) заключающийся в том, что гибкий подшипник устанавливают на гибкое герметичное звено передачи со стороны дна звена недеформированным с относительной подвижностью, гибкое герметичное звено выполняют как одно целое с установочным фланцем и дном, а гибкий подшипник принудительно деформируют с изменением формы профиля с круговой формы на эллиптическую при монтаже его во внутренний двухвершинный овал генератора.
Достоинством способа является применение наружного генератора волн принудительной деформации герметичного звена, простота сборки и образования волнового зацепления передачи. Эффективность применения герметичного волнового редуктора с наружным генератором волн в технологическом оборудовании весьма существенна, т.к. габариты в радиальном направлении продольного сечения генератора внешнего деформирования больше сечения выходного звена герметичной волновой передачи с внутренним генератором в радиальном направлении всего на 15 мм.
Входное, выходное и гибкое звено выполнены одноопорными (консольной конструкции), не являются виброустойчивыми и вибропрочными.
Особенностью их конструкции является доминирование в них деформаций изгиба и кручения, конструкции этих звеньев обладают низкими собственными частотами и низким коэффициентом жесткости, в 5…7 раз меньшем, чем у двухопорных конструкций звеньев.
Возможность деформирования звеньев вследствие их малой жесткости приводит к вибрации звеньев и динамическим нагрузкам в зубчатом волновом зацеплении, возможен механический резонанс частей конструкции и появление механической усталости наиболее нагруженных элементов конструкции.
Глубокое расположение внутри гибкого герметичного звена зубчатого венца приводит к инструментальной недоступности при зубодолблении и невостребованности накатки зубчатых венцов методом пластического деформирования из-за малой жесткости накатного инструмента. Снижение виброустойчивости при консольном изготовлении передачи приводит к разуплотнению герметичных соединений передачи в эксплуатации и нарушению работы оборудования. Прототипом заявляемому способу служит «Волновая герметичная передача», см. статью в журнале «Ритм» №1, 2014, с. 38, в которой решается задача повышения виброустойчивости и вибропрочности волновой герметичной передачи. При этом изменяют схемы систем опор звеньев - источников вибрации, и вводят двухопорные схемы гибкого герметичного, входного и выходного звеньев, обладающие большим в 5…7 раз коэффициентом жесткости взамен консольных опор на подшипниках и как следствие снижают динамические нагрузки и напряжения в зацеплении, приводящие к увеличению ресурса и герметичности соединений передачи и увеличению процента выхода годных звеньев.
Известно, что при уменьшении механических напряжений на 20%, число колебаний, требующихся для разрушения материала, возрастает примерно в 8…10 раз.
Решается в изобретении вторая задача - создание высокотехнологичных составных конструкций повышенной податливости в осевом и радиальном направлениях гибких герметичных звеньев волновой герметичной передачи в прежнем объеме, их востребованности технологиями изготовления зубчатых венцов гибких звеньев раскаткой с одновременным выдавливанием зубьев венцов в матрицу благодаря более технологичному расположению и инструментальной доступности к зубчатому венцу негерметичного гибкого звена, устанавливаемого на оправке.
Одну составную деталь, герметичную оболочку, не содержащую угловых размеров в размерной цепи, выполняют на оправках как номенклатурную единицу токарных станков с ЧПУ, вторую деталь, гибкое негерметичное, внутреннее звено - фиксируемую подкладную оболочку, не содержащую угловых размеров в размерной цепи, выполняют как деталь номенклатуры токарных станков с ЧПУ и номенклатуры оборудования накатки зубчатого профиля венцов холодной обработкой давлением без образования стружки. Таким образом в изобретении решается важная задача конструкции подкладной оболочки и ее крепления в герметичной волновой передаче.
Раскрытие сущности изобретения
В данном предполагаемом изобретении решается задача снижения уровня напряженного состояния в герметичной оболочке и повышения ресурса волновой передачи посредством исключения действия краевого эффекта фланца и дна и ее расчленения на две соосно расположенные, неподвижные оболочки: оболочку с фланцем и оболочку с глухим дном, соединенные сопряженными осевым сильфоном и многорядным блоком мембран.
Предлагаемая конструкция волновой герметичной передачи позволяет полностью исключить нагружение оболочки с фланцем каким-либо крутящим моментом и заменить момент трогания скольжения на момент трогания качения в связи с постановкой в опоры гибких подшипников между оболочкой с фланцем и негерметичной неподвижной оболочкой.
Постановка в корпус зафиксированного волнового соединения также позволяет снизить крутящий момент и угол закручивания оболочки с глухим дном до величины 8... 10' или до величины зазора между зубьями в волновом соединении. Закрепление от перемещений концов осевого сильфона; блока мембран на фланце оболочки и корпусе блока мембран, а также концов блока мембран на оболочке и корпусе передачи, позволяет обеспечить спрогнозированное направление и величину их рабочего хода в передаче.
Изложенные обстоятельства позволяют создать условия работы осевого сильфона без деформации кручения. А снижение уровня напряженного состояния в герметичной оболочке существенно увеличивает ее ресурс.
Известно, что при уменьшении механических напряжений на 20%, число колебаний, требующихся для разрушения материала, возрастает примерно в 8…10 раз.
В предполагаемом изобретении решается вторая задача - повышение надежности волновой герметичной передачи путем исключения нагружения герметичной передачи крутящим моментом при фрикционном контакте сопряженных поверхностей под нагрузкой двух неподвижных гибких деформирующихся оболочек.
Несущая способность фрикционного момента T при этом определяется зависимостью
где π=3,14;
d - диаметр сопряженных деталей;
l - длина сопряжения;
p - давление в зоне контакта, Па;
fo=0,1 - коэффициент трения покоя.
Полное устранение трения скольжения путем замены трением качения в двух опорах на гибких шарикоподшипниках обеспечивает полную разгрузку тонкой (0,4…0,7) мм герметичной оболочки от крутящих моментов и исключает износ нагруженной контактной поверхности герметичной оболочки.
Двухопорная конструкция гибких звеньев и их соосное расположение исключают перекос зубьев в волновых зацеплении и соединении и решается третья поставленная в изобретении задача.
Способ изготовления и сборки/разборки волновой герметичной передачи, заключающийся в том, что гибкий подшипник устанавливают на гибкое герметичное звено недеформированным и принудительно деформируют с изменением его формы профиля с круговой формы на эллиптическую форму при его монтаже в овал наружного генератора, а движение в герметизируемый объем через гибкое герметичное звено с внутренним зубчатым венцом передают волнообразными упругими деформациями, генерируемыми в гибком герметичном звене наружным генератором, отличающийся тем, что, функцию, ответственную за обеспечение ресурса по герметичности и крутящему моменту и вменяемую гибкому герметичному зубчатому звену, делегируют раздельно двум неподвижным, формоизменяющим профиль в окружном направлении оболочкам, которые располагают концентрично и сопрягают с относительной подвижностью, наружной герметичной ортогональноступенчатой или гладкой оболочке делегируют функцию обеспечения ресурса по герметичности, а внутренней негерметичной оболочке делегируют функцию передачи зацеплением силовой нагрузки передачи, при этом опорным концам звеньев гибкого герметичного, входного и выходного, придают прочное постоянное положение фиксирующими, преимущественно несовмещенными, опорами, силы взаимодействия которых передают от одних элементов опор на другие элементы других опор звеньев и на корпус передачи, установке гибкой негерметичной оболочке с внутренним зубчатым венцом в герметичную оболочку предваряют установку ограничительной втулки, вала в сборе с подшипниковой опорой и жестким зубчатым колесом, преимущественно, сдвоенным в гибкую герметичную оболочку; используют при сборке/разборке передачи сквозные резьбовые отверстия в генераторе, расположенные на малой оси эллипса генератора, вставной опоре вала, расположенной на оси генератора, расположенные в крышке, глухое резьбовое осевое отверстие в валу; негерметичную оболочку ограничивают от осевых и окруженных перемещений, например, штифтовым или волновым соединением ее с крышкой, подшипниковые опоры входного звена устанавливают и закрепляют на хвостовике герметичного звена и в корпусе передачи, подшипниковую опору герметичного звена устанавливают на хвостовике герметичного звена, на конце внутренней негерметичной оболочки выполняют сквозные гладкие отверстия, а в крышке соосно им резьбовые отверстия, устройство для осуществления способа изготовления и сборки/разборки волновой герметичной передачи выполняют в виде круглой трубы с равнорасположенными в окружном и осевом направлениях резьбовыми отверстиями. В резьбовые отверстия крышки и трубы ввинчивают винты с цилиндрическими концами, концы винтов вводят в сквозные отверстия негерметичной внутренней оболочки, отличается тем, что, гибкое герметичное звено расчленяют по длине на отдельные части, устанавливают их соосно в негерметичной оболочке с осевым зазором на гибкие негерметичные оболочки с ограничительными размерами по длине в пределах равенств в сборочной размерной цепи передачи герметичных соединений сильфона и блока мембран с наружным герметичным звеном, ортогональноступенчатую или гладкую оболочки с фланцем и оболочку с глухим дном, инвертируют их, соединенные жестко, например сваркой, в гибкое герметичное звено, посредством осевого многослойного сильфона и многослойных многорядных мембран, преимущественно, синусоидального профиля гофр, с общим цилиндрическим пояском, частично, зубчатым, с зубьями с широкой впадиной, или единым зубчатым наружным венцом с зубьями, преимущественно с широкой впадиной, соединяют герметично сильфоном по посадочным диаметрам шеек с выступом фланца оболочки с фланцем единичной мембраной или блоком мембран, соединенных герметично и последовательно между собой в блоке краевыми гофрами в ряду гофр, верхнюю мембрану блока соединяют герметично с наружной поверхностью оболочек с глухим дном внутренним краевым гофром в рядугофр, а нижнюю мембрану блока соединяют жестко и герметично внутренним краевым гофром с корпусом передачи посредством корпуса блока мембран или непосредственно наружным краевым гофром мембраны, волновую герметичную передачу снабжают встраиваемым в корпус сдвоенным, застопоренным волновым соединением, которое образуют выполненными на оболочке с дном зубчатым наружным венцом с зубьями, преимущественно, с широкой впадиной, и внутренним зубчатым венцом жесткого колеса волнового соединения, которое устанавливают в корпусе с относительной подвижностью между блоком мембран или единичной мембраной и генератором волн, при этом жесткое зубчатое колесо сдвоенного волнового соединения снабжают расточкой, обращенной к открытому концу герметичного звена, и выступающими частями на торцах составных колес волнового соединения, поворотное зубчатое колесо волнового соединения устанавливают с возможностью вращения в расточке и смещают на 180° относительно основного зубчатого колеса волнового соединения, в сквозных отверстиях выступающей части которого устанавливают пружины сжатия, упирающиеся в выступающие части поворотного зубчатого колеса, а настройку окружного момента по величине посредством пружины осуществляют через сквозные косые отверстия в корпусе передачи, а между гибкой ортогональноступенчатой цилиндрической герметичной или гладкой герметичной оболочками и негерметичными ортогональноступенчатой или гладкой оболочками с внутренним зубчатым венцом волнового зацепления, образуют подшипниковые опоры качения неподвижных цилиндрических гибких герметичной и негерметичной оболочек, гибкими, разнесенными, зафиксированными дистанционными втулками, шарикоподшипниками, шарики нижнего гибкого шарикоподшипника опоры устанавливают на одном уровне с шариками гибкого шарикоподшипника наружного генератора волн, а верхний гибкий шарикоподшипник устанавливают ниже опорного радиального шарикоподшипника выходного вала, при этом гибкие шарикоподшипники опор устанавливают в герметичную оболочку в фиксируемое положение, принудительно и деформируют их с изменением формы профиля с круговой формы на эллиптическую форму, а негерметичную оболочку устанавливают принудительно в вакантное пространство гибкого герметичного звена с изменением формы профиля с круговой формы на эллиптическую форму профиля и образуют требуемую подвижность соединений и волновое зубчатое зацепление,
где Л, Ж, Г - размеры подетальных размерных цепей;
А, В - размеры, определяющие компактировку передачи через размеры генератора волнового зубчатого соединения герметичных соединений блока мембран и осевого сильфона;
Е=0,1Н; Н - рабочий ход осевого сильфона;
Б, К, А, В, Д - размеры сборочных единиц, определяемые конструктивно.
Двухвершинный эллиптический овал наружного генератора образуют двумя парами сопряженных дуг окружностей радиусами b2/а и а2/b, разнесенных соответственно на 2а и 2b по осям эллипсообразного замкнутого отверстия генератора, который снабжают эквидистантными овалу контурами в виде контура канавки и контура выступа овала глубиной и шириной равными π/2 и радиусами дуг - окружностей канавки b2/а+π/2 и а2/b+π/2; выступа b2/а-π/2 и а2/b-π/2; отверстия с радиусами b2/а и участками на периметрах отверстий b/а выполняют сквозными. Принудительной установке гибкого шарикоподшипника в расточку овала и стопорного кольца в генератор предваряют установку гибкого шарикоподшипника в недеформированном виде на наружную поверхность цилиндрической гибкой герметичной оболочки в недеформированном виде, в генераторе выполняют отверстие в виде эллипсообразного разомкнутого овала двумя сквозными резьбовыми симметрично расположенными отверстиями на малой оси овала, образованного двумя дугами окружностей радиуса r=b2/а, разнесенными по большой оси на 2а, принудительной установке гибкого шарикоподшипника в расточку овала и стопорного кольца в генератор предваряют установку гибкого шарикоподшипника в недеформированном виде на наружную поверхность цилиндрической гибкой герметичной оболочки в недеформированном виде.
Передача состоит из корпуса 1, установленного на герметичной стенке 2, который уплотняется фланцевым соединением с прокладкой 3 из индиевой или оловоиндиевой проволоки или прокладкой из вакуумной резины. Гибкое герметичное звено 4 выполнено ортогональноступенчатым из совокупности составных концентрично расположенных оболочек 52, 53, 79 и соединительных пластин 71, 6 заодно с жестким фланцем 5, глухим дном - пластиной 6 и хвостовиком 22.
Оболочка 79 снабжена наружным зубчатым венцом 10 с зубьями, преимущественно, с широкой впадиной (см. авторское Свидетельство СССР, №566044, F16H 1/00, 1977 г.), наружный диаметр зубьев которого является одновременно и посадочной шейкой 10 гибкого шарикоподшипника 9 наружного генератора волн 11.
Наружный зубчатый венец 10 является элементом зацепления волнового зубчатого соединения 46 и расположен на герметичной гибкой оболочке 4, который взаимодействует с зубчатым внутренним венцом жесткого колеса 47 волнового соединения 46. Жесткое колесо 47 выполняют сдвоенным (см. Харинский А.Л. Основы конструирования элементов радиоаппаратуры. «Энергия», Л., 1971, с. 423, рис. 12-1), встраиваемом в корпус 1, застопоренным винтами 48 установленными в отверстия 61 в корпусе и размещают между блоком 68 мембран или единичной мембраной 49 и наружным генератором волн 11. Жесткое зубчатое колесо 47 волнового соединения 46 оснащают выступающими частями 39 на торце и прикрепляют их винтами 59. Поворотное зубчатое колесо 27 оснащают выступающими частями 44 на торце колеса и прикрепляют их винтами 82, его устанавливают в расточке колеса 47, обращенной к корпусу 68 блока мембран, с возможностью вращения в расточке, и смещают на 180° относительно основного зубчатого колеса 47. В сквозных резьбовых отверстиях 56 выступающей части 44 устанавливают пружины сжатия 54, упирающиеся в выступающие части 39 поворотного зубчатого колеса 27, настройку окружного момента по величине посредством пружин 54 осуществляют через сквозные косые отверстия 43 в корпусе передачи 1 посредством винтов 55.
Гибкое герметическое звено образовано инверсией (инверсия элементов конструкции - прием преобразования прототипа, заключающийся в обмене функциями, расположением, подвижностью между элементами конструкции, см. А.Ф. Крайнев. Детали машин. Словарь-справочник. М., «Машиностроение», 1992, 480 с.), в соединенные жестко, например, сваркой, посредством осевого многослойного сильфона 11 и многослойных, преимущественно, синусоидального профиля гофр, и устанавливают соосно с осевым зазором Е гибкие негерметичные оболочки 53, 79 с ограничительными размерами по длине герметичных соединений сильфона и блока мембран с наружным герметичным звеном ортогональноступенчатую 52, 53 или гладкую 84 оболочки с фланцем 5 и оболочку 79 с глухим дном 6 цилиндрическим пояском или, преимущественно, зубчатым венцом 10 с зубьями с широкой впадиной,
преимущественно с широкой впадиной, соединяют герметичноосевым сильфоном 11 по посадочным диаметрам шеек с оболочкой 53 или 84 с фланцем 5 единичной мембраной 49 или блоком 67 мембран, соединенных жестко герметично и последовательно между собой в блоке краевыми гофрами в ряду гофр, верхнюю мембрану блока соединяют герметично с наружной поверхностью оболочки 4 (79) с глухим дном 6 внутренним краевым гофром в ряду гофр, а нижнюю мембрану блока соединяют жестко и герметично внутренним краевым гофром с корпусом 1 передачи посредством корпуса 68 блока мембран с зазором
M≥a-в=2m,
где a - большая полуось эллиптической формы профиля фиксируемой оболочки наружным генератором;
в - малая полуось эллиптической формы профиля фиксируемой оболочки наружным генератором;
m - модуль зубчатого венца, мм; или непосредственно наружным краевым гофром мембраны.
При боковом зазоре между зубьями в зубчатом зацеплении волнового соединения 46, равном ~0,05 мм, угол закручивания герметичного звена может составить (6…8); эта величина значительно меньше допускаемого угла закручивания для упругой деформации герметичной оболочки. Отмеченное обстоятельство является гарантией отсутствия запредельного угла закручивания многорядной мембраны при застопоренном корпусе блока 67 мембран и соблюдения допускаемой радиальной деформации мембран в пределах нормы.
При этом не нарушается спрогнозированный осевой вид деформации сильфона, рабочий ход которого в передаче составляет 10% от установленного H.
Выполнение сварных швов при изготовлении герметичного звена, токарные работы, нарезание зубчатого венца, контроль размеров звена и натекание через швы и металл стенки герметичного звена, а также сборку и монтаж волнового соединения на герметичном звене производят на специальных цилиндрических оправках, установленных с упором в дно звена, зазором между фланцами герметичного звена и оправки и со штифтовым соединением их фланцев.
В противном случае на герметичном звене образуется бочкообразность, которая помешает качественному выполнению этих операций. Сварное герметичное звено 4, составляющие которого фланец 5, цилиндрические оболочки 52, 53, 79, пластины 6, 71, зубчатый венец 10, хвостовик 22 не является по определению сборочной единицей.
Пробная установочная сборка/разборка передачи заключается во введении втулки 76 цилиндрической оболочки 23 в цилиндрическое герметичное звено 4 до упора, установке крышки 8 с выполненными резьбовыми отверстиями под винты 45, разметке положений резьбовых отверстий на крышке 9 отверстий 35 под винты 45 с цилиндрическими концами, демонтаж цилиндрической оболочки 23 и удалении втулки 76 из состава передачи. Все детали промывают от стружки.
Выполнение косых отверстий 43 в корпусе 1 отверстий 61, постановку винтов 48 производят по разметке на стенде, а в деталях 44 вне передачи.
Установку волнового соединения 46 в сборе и гибкого шарикоподшипника 9 на зубчатый венец 10 производят на недеформированное гибкое герметичное звено 4 (79), а запрессовку гибкого шарикоподшипника 9 в двухвершинный овал 13 генератора и деформацию звена 4 производят с усилием, посредством конической поверхности овала (фаски) 14 при установленных деталях 12, 75, 41, 74, 50, опор генератора 11 на хвостовик 22 и генератор 11.
Гибкий шарикоподшипник 9 стопорят кольцом 77 (фиг. 6), при этом выдерживают размер «K».
Вал 17 в сборе выходного звена является по определению сборочной единицей, собирается вне передачи и состоит из насаженного на вал 17 сдвоенного жесткого зубчатого наружного колеса, состоящего из застопоренного на валу 17 на шпонке 19 основного зубчатого колеса 18 и установленного в его расточке поворотного зубчатого колеса 51, осевое перемещение которого ограничивается планкой 72, прикрепленной винтами 60 к зубчатому колесу 18. Соединение зубчатых венцов колес 18, 51 волновое зацепление 24 при установке вала в сборе 17 производится поворотом вала в сборе и доворотом крышки 8 в сборе с ввинченными винтами 45 в отверстия крышки 8 и установленных концов 65 винтов 64 в отверстия 35 поясков 40 оболочки 23 с последующим закреплением крышки 8 на фланце 5 винтами 70.
Заводка пружин растяжения 57, установленных на винтах 58, и фиксация положения зубьев колес сдвоенного колеса производится втулкой с внутренними зубьями (венцом) и стопорным винтом 73, который вывинчивается после заводки пружин 57 на заданное усилие и удаляется из полости передачи перед окончательной сборкой передачи при установленных подшипниковой опоре 15 со сферическим подшипником 16 в расточку 21 в хвостовике 22 герметичного звена 4.
Окончательную сборку передачи при установленном вале 17 в сборе и установленных деталях 15, 16, 37, 36 производят введением оболочки 23, в сборе с дет. 8, 45, с усилием во внутренний диаметр гибкого герметичного звена 4 (53, 79) и образованием волнового зубчатого зацепления 24 путем деформирования оболочки 23 с деформированной оболочкой 79, вывинчиванием и удалением из передачи винта 73, установкой втулки 20, подшипника 25 и втулки 26 на валу 17.
На фиг. 6, винт 73 установлен со стороны открытого конца герметичного звена 4.
На фиг. 4, оболочка 23 выполнена ортогональноступенчатой, а оболочка 4 (53) гладкой. Оболочка 23 выполнена с упорами 79, 80, фаской (0,3×45°) 83, и отверстиями 35 и 33. На втулке 85, фиксирующей гибкий шарикоподшипник 36, выполняют отверстия 81 совместно с отверстиями 35, в которые заводят цилиндрические концы 65 винтов 45, ввинченных в крышку 8, и образуют штифтовое соединение.
Негерметичная гибкая оболочка 23 может быть соединена с крышкой 8 волновым соединением 90. При разборке передачи операции демонтажа вала в сборе 17 из полости оболочки 23 предваряют операцию демонтажа втулки 26, оболочки 23 из оболочки 4.
При сборке передачи вал в сборе 17 устанавливают первым, затем детали 76, 36, 86 и 23.
Резьбовые сквозные отверстия 34 используют при демонтаже гибкого шарикоподшипника 9 путем его выдавливания из двухвершинного овала 13 винтами.
Положение гибких шарикоподшипников 36 определяют втулками 76 и 86, 85, принтом шарики нижнего шарикоподшипника 36 устанавливают на уровне шариков гибкого шарикоподшипника 9 генератора 11 волн, а верхний гибкий шарикоподшипник 36 устанавливают ниже радиального подшипника 25.
Двухвершинный овал 13 наружного генератора 11 выполняют в виде эллипсообразного отверстия, образованного двумя дугами окружности радиуса в2/а, разнесенных на 2а и разомкнутого по малой оси 2в резьбовыми сквозными отверстиями 34 в пределах M5…M6, выполненными на расстоянии 2в, в которые ввинчивают винты и выдавливают гибкий шарикоподшипник 9 при разборке путем введения винтов при снятом подшипнике 12 через вертикально расположенные окна 87, выполненные в стакане 88 и дне 89 генератора 11 волн.
Сборку/разборку передачи осуществляют при неустановленной крышке 8 (фиг. 5) с применением специального устройства для установки и демонтажа внутренней негерметичной оболочки 23, которое выполнено в виде круглой трубы 62, надетой на нее с гарантированным зазором и резьбовыми отверстиями 63 винтами 64 с цилиндрическими концами, установленными в отверстия 35 внутренней негерметичной оболочки 23.
Отверстия 66 в трубе 62 используют как монтажные для вытягивания трубы 23, а отверстия 33 предназначены для снижения жесткости оболочки 23.
Отверстия 30, 31, 32 используют в передаче в качестве демонтажных отверстий, а шейку 91 вала генератора 11 - для установки втулки 92 с вилками 93, которые выполняют в виде симметрично расположенных двух кольцевых секторов с периметрами b2/а, наружные радиусы дуг окружности которых выполняют равными b2/а-π/3 и упирают в наружное кольцо гибкого шарикоподшипника 9 и выдавливают его из овала 13 посредством ввертыша 94.
В стакане 88 и дне 89 генератора 11 выполняют вертикальные окна 87 для установки вилок 93 с втулкой 92 при снятом корпусе 1 с двух сторон на угол 90°, при этом двухвершинный овал 13 наружного генератора 11 образуют двумя парами сопряженных дуг окружностей радиусами b2/а и а2/b, разнесенных соответственно на 2а и 2b по осям эллипсообразного замкнутого отверстия, которое снабжают по контуру канавкой 95 на глубину и ширину с размерами ее π/2, отверстия с радиусами b2/а и участками на периметрах b2/а выполняют сквозными. Принудительной установке гибкого шарикоподшипника 9 в расточку овала 13, стопорного кольца 77 в генератор 11 предваряют установку гибкого шарикоподшипника 9 в недеформированном виде на наружную поверхность цилиндрической гибкой герметичной оболочки в недеформированном виде.
Установка в стакане 96 (фиг. 8) сварной оболочки 4, закрепленной в корпусе 1 винтами 48 дет. 47 в сборе, и дет.38 является необходимым средством их позиционирования и фиксации, а установкой гибкого шарикоподшипника в двухвершинный эллиптический овал наружного генератора волн и наружную поверхность гибкой герметичной оболочки 4 достигается ее предварительная деформация, необходимая для образования волнового зубчатого зацепления.
Возможность реализации
На фиг. 1 - представлен способ изготовления и сборки/разборки волновой герметичной передачи с гибким герметичным звеном, выполненным в виде наружной герметичной ортогональноступенчатой оболочки с жестким фланцем и глухим дном, расчлененной на отдельные гибкие оболочки, соединенные осевым сильфоном и единичной мембраной или блоком мембран.
Расчлененные оболочки установлены в гибкой негерметичной оболочке.
Волновая герметичная передача снабжена наружным генератором волн и застопоренным в корпусе передачи волновым соединением, а также гибкими шарикоподшипниками между оболочками.
На фиг. 2 - представлен способ изготовления и сборки /разборки варианта волновой герметичной передачи с гибким герметичным звеном в виде ортогональноступенчатой оболочки и гибким шарикоподшипником между оболочками, из которых гибкая негерметичная оболочка сопряжена с цилиндрическим выступом крышки волновым соединением и фрикционным контактом с ортогональноступенчатой герметичной оболочкой.
На фиг. 3 - сечение И-И на фиг. 2, представлена конструкция сдвоенного, закрепленного в корпусе волнового соединения, и конструкция сдвоенного жесткого зубчатого колеса волновой герметичной передачи с расточкой, обращенной к открытому концу герметичного звена.
На фиг. 4 - представлен способ изготовления и сборки/разборки волновой герметичной передачи с гибким герметичным звеном, выполненным в виде гибкой ортогональноступенчатой оболочки с жестким фланцем и глухим дном, расчлененной на отдельные гибкие оболочки, соединенные осевым сильфоном и единичной мембраной и сцентрированные соосно гибкой ортогональноступенчатой, закрепленной на крышке, негерметичной, с внутренним зубчатым венцом оболочкой.
Волновая герметичная передача снабжена наружным генератором волн, застопоренным в корпусе передачи волновым соединением, и гибким шарикоподшипником, установленным между герметичной и негерметичной гибкими оболочками.
На фиг. 5 - представлено устройство для осуществления способа изготовления и сборки/разборки волновой герметичной передачи и конструкция соединительных узлов расчлененных оболочек с осевым сильфоном и блоком мембран.
На фиг. 6 - изображен узел установки наружного генератора с гибким шарикоподшипником и волнового соединения со сдвоенным жестким зубчатым колесом на гибком герметичном звене передачи, и нижним гибким шарикоподшипником между оболочками.
На фиг. 7 - представлен способ демонтажа гибкого шарикоподшипника из овала наружного генератора посредством устройства, монтируемого на входном валу генератора.
На фиг. 8 - представлен способ монтажа гибкого шарикоподшипника в овал наружного генератора и предварительной деформации гибкой герметичной оболочки посредством устройства, монтируемого на входном валу генератора.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении вакуумного технологического оборудования. Способ изготовления волновой герметичной передачи предусматривает следующие операции: гибкое герметичное звено, установочный фланец, дно, входное и выходное звенья деформируют предварительно с внешней стороны; установке гибкой негерметичной оболочки в герметичную оболочку предваряют установку втулки; при сборке/разборке используют сквозные резьбовые отверстия; подшипниковые опоры устанавливают на хвостовике герметичного звена и в корпусе; в резьбовые отверстия крышки и трубы ввинчивают винты. Кроме того, выходное, гибкое герметичное и входное звенья выполняют двухопорными. Гибкое герметичное звено расчленяют и выполняют составным из неподвижных, надетых одна в другую с относительной подвижностью тонкостенных оболочек, и наделяют их отдельными функциями. Достигается технологичность изготовления. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.
1. Способ изготовления волновой герметичной передачи, заключающийся в том, что гибкий подшипник устанавливают на гибкое герметичное звено недеформированным и принудительно деформируют с изменением его формы профиля с круговой формы на эллиптическую форму при его монтаже в овал наружного генератора, а движение в герметизируемый объем через гибкое герметичное звено с внутренним зубчатым венцом передают волнообразными упругими деформациями, генерируемыми в гибком герметичном звене наружным генератором, отличающийся тем, что функцию, ответственную за обеспечение ресурса по герметичности и крутящему моменту и вменяемую гибкому герметичному зубчатому звену, делегируют раздельно двум неподвижным, формоизменяющим профиль в окружном направлении оболочкам, которые располагают концентрично и сопрягают с относительной подвижностью, наружной герметичной ортогональноступенчатой или гладкой оболочке делегируют функцию обеспечения ресурса по герметичности, а внутренней негерметичной оболочке делегируют функцию передачи зацеплением силовой нагрузки передачи, при этом опорным концам звеньев, гибкого герметичного, входного и выходного, придают прочное постоянное положение фиксирующими, преимущественно несовмещенными, опорами, силы взаимодействия которых передают от одних элементов опор на другие элементы других опор звеньев и на корпус передачи, установке гибкой негерметичной оболочки с внутренним зубчатым венцом в герметичную оболочку предваряют установку ограничительной втулки, вала в сборе с подшипниковой опорой и жестким зубчатым колесом, преимущественно сдвоенным в гибкую герметичную оболочку; используют при сборке/разборке передачи сквозные резьбовые отверстия в генераторе, расположенные на малой оси эллипса генератора, вставной опоре вала, расположенной на оси генератора, расположенные в крышке, глухое резьбовое осевое отверстие в валу; негерметичную оболочку ограничивают от осевых и окруженных перемещений, например, штифтовым или волновым соединением ее с крышкой, подшипниковые опоры входного звена устанавливают и закрепляют на хвостовике герметичного звена и в корпусе передачи, подшипниковую опору герметичного звена устанавливают на хвостовике герметичного звена, на конце внутренней негерметичной оболочки выполняют сквозные гладкие отверстия, а в крышке соосно им резьбовые отверстия, устройство для сборки/разборки выполняют в виде круглой трубы с равнорасположенными в окружном и осевом направлениях резьбовыми отверстиями, в резьбовые отверстия крышки и трубы ввинчивают винты с цилиндрическими концами, концы винтов вводят в сквозные отверстия негерметичной внутренней оболочки, гибкое герметичное звено расчленяют по длине на отдельные части, устанавливают их соосно в негерметичной оболочке с осевым зазором на гибкие негерметичные оболочки с ограничительными размерами по длине в пределах равенств в сборочной размерной цепи передачи герметичных соединений сильфона и блока мембран с наружным герметичным звеном, ортогональноступенчатую или гладкую оболочки с фланцем и оболочку с глухим дном, инвертируют их, соединенные жестко, например сваркой, в гибкое герметичное звено посредством осевого многослойного сильфона и многослойных многорядных мембран, преимущественно синусоидального профиля гофр, с общим цилиндрическим пояском, частично зубчатым, с зубьями с широкой впадиной, или единым зубчатым наружным венцом с зубьями, преимущественно с широкой впадиной, соединяют герметично сильфоном по посадочным диаметрам шеек с выступом фланца оболочки с фланцем единичной мембраной или блоком мембран, соединенных герметично и последовательно между собой в блоке краевыми гофрами в ряду гофр, верхнюю мембрану блока соединяют герметично с наружной поверхностью оболочек с глухим дном внутренним краевым гофром в ряду гофр, а нижнюю мембрану блока соединяют жестко и герметично внутренним краевым гофром с корпусом передачи посредством корпуса блока мембран или непосредственно наружным краевым гофром мембраны, волновую герметичную передачу снабжают встраиваемым в корпус сдвоенным, застопоренным волновым соединением, которое образуют выполненными на оболочке с дном зубчатым наружным венцом с зубьями преимущественно с широкой впадиной и внутренним зубчатым венцом жесткого колеса волнового соединения, которое устанавливают в корпусе с относительной подвижностью между блоком мембран или единичной мембраной и генератором волн, при этом жесткое зубчатое колесо сдвоенного волнового соединения снабжают расточкой, обращенной к открытому концу герметичного звена, и выступающими частями на торцах составных колес волнового соединения, поворотное зубчатое колесо волнового соединения устанавливают с возможностью вращения в расточке и смещают на 180° относительно основного зубчатого колеса волнового соединения, в сквозных отверстиях выступающей части которого устанавливают пружины сжатия, упирающиеся в выступающие части поворотного зубчатого колеса, а настройку окружного момента по величине посредством пружины осуществляют через сквозные косые отверстия в корпусе передачи, а между гибкой ортогональноступенчатой цилиндрической герметичной или гладкой герметичной оболочками и негерметичными ортогональноступенчатой или гладкой оболочками с внутренним зубчатым венцом волнового зацепления образуют подшипниковые опоры качения неподвижных цилиндрических гибких герметичной и негерметичной оболочек гибкими, разнесенными, зафиксированными дистанционными втулками, шарикоподшипниками, шарики нижнего гибкого шарикоподшипника опоры устанавливают на одном уровне с шариками гибкого шарикоподшипника наружного генератора волн, а верхний гибкий шарикоподшипник устанавливают ниже опорного радиального шарикоподшипника выходного вала, при этом гибкие шарикоподшипники опор устанавливают в герметичную оболочку в фиксируемое положение принудительно и деформируют их с изменением формы профиля с круговой формы на эллиптическую форму, а негерметичную оболочку устанавливают принудительно в вакантное пространство гибкого герметичного звена с изменением формы профиля с круговой формы на эллиптическую форму профиля и образуют требуемую подвижность соединений и волновое зубчатое зацепление.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что двухвершинный эллиптический овал наружного генератора образуют двумя парами сопряженных дуг окружностей радиусами b2/а и а2/b, разнесенных соответственно на 2a и 2b по осям эллипсообразного замкнутого отверстия генератора, который снабжают эквидистантными овалу контурами в виде контура канавки и контура выступа овала глубиной и шириной равными π/2 и радиусами дуг окружностей канавки b2/а+π/2 и а2/b+π/2; выступа b2/а-π/2 и а2/b-π/2; отверстия с радиусами b2/а и участками на периметрах отверстий b2/а выполняют сквозными, принудительной установке гибкого шарикоподшипника в расточку овала и стопорного кольца в генератор предваряют установку гибкого шарикоподшипника в недеформированном виде на наружную поверхность цилиндрической гибкой герметичной оболочки в недеформированном виде, где а - размер большой полуоси эллипсообразного замкнутого отверстия генератора, b - размер малой полуоси эллипсообразного замкнутого отверстия генератора.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в генераторе выполняют отверстие в виде эллипсообразного разомкнутого овала двумя сквозными резьбовыми симметрично расположенными отверстиями на малой оси овала, образованного двумя дугами окружностей радиуса r=b2/а, разнесенными по большой оси на 2а, принудительной установке гибкого шарикоподшипника в расточку овала и стопорного кольца в генератор предваряют установку гибкого шарикоподшипника в недеформированном виде на наружную поверхность цилиндрической гибкой герметичной оболочки в недеформированном виде.
| RU 2012111165 A, 27.09.2013 | |||
| RU 2012114763 A, 10.10.2013 | |||
| US 8485064 B2, 16.07.2013 | |||
| US 3196713 A1, 27.07.1965. |
