УСТРОЙСТВО ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТИ НАПРЯЖЕННОЙ ВОЛНОВОЙ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ С БОЛЬШИМ ПЕРЕДАТОЧНЫМ ОТНОШЕНИЕМ Российский патент 2017 года по МПК F16H49/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в общем, к устройству изменения скорости и, в частности, к устройству изменения скорости с большим передаточным отношением. Конкретнее настоящее изобретение относится к устройству изменения скорости напряженной волновой зубчатой передачи с большим передаточным отношением.

Описание известного уровня техники

Изменение скорости является востребованным. Часто первичный привод должен работать на высоких вращательных скоростях для оптимизированной эффективности, тогда как нагрузка, которую он приводит в движение, должна двигаться со скоростью в десятки или даже сотни раз выше. Один путь получения такого большого передаточного отношения понижения скорости заключается в использовании каскада редукторов с меньшим передаточным отношением, но с наилучшей эффективностью.

Однако это каскадное понижение скорости имеет низкую суммарную эффективность изменения скорости из-за ее особенности, согласно которой вся нагрузка проходит последовательно через всю без исключения ступень редуктора каскада. Конструкция также является громоздкой по очевидной причине, а именно каждая ступень в каскаде должна быть в полной мере рассчитана на передачу ста процентов всей мощности, подаваемой первичным приводом.

Один тип "одноступенчатых" редукторов, в настоящее время широко используемых, представляет собой циклоидальный привод, изготовленный в компании Sumitomo Heavy Industries, Ltd., Токио, Япония. Несмотря на то, что относительно компактные передаточные отношения изменения скорости изменяются в диапазоне от десятков до более чем одной сотни, привод представляет собой, по существу, одну ступень циклоидальной зубчатой передачи, за которой следует эксцентричная ступень съема мощности.

Фиг.1 схематически иллюстрирует конфигурацию такого циклоидального редуктора скорости в поперечном сечении. Традиционное устройство на фиг.1 имеет неподвижную кольцевую шестерню 11 и планетарный элемент 12 определенной формы, иногда в форме диска или иногда простой шестерни. Планетарный элемент 12 зацепляется с и перемещается внутри кольцевой шестерни 11 эпициклически. Они имеют максимально возможную разницу в их рабочих делительных диаметрах.

Для эксцентричной ступени съема мощности диск 13 прикреплен к планетарному элементу 12 коаксиально на их оси 19 и имеет несколько круглых отверстий 17, чтобы обеспечивать зацепление с соответствующим количеством роликовых штифтов 18, размещенных на круглой пластине 14. Во многих случаях отверстия 17 образованы непосредственно в элементе 12, экономя использование диска 13. Пластина 14 соединена с выходным валом 16 привода и отцентрирована на центральной оси 10 устройства. Эта конструкция "съема мощности" позволяет приводу получать передаточное отношение понижения скорости - K/i, где К - делительный диаметр планетарного элемента 12, и i - разница между делительными диаметрами элементов 11 и 12. В типичном примере, в котором кольцевая шестерня 11 имеет 80 зубьев, а вариант шестерни планетарного элемента 12 имеет 79 (K=80 и i=1), передаточное отношение равно 80, когда механическая мощность передается устройством с помощью входа на валу 15.

Фиг.2 схематически иллюстрирует эксцентричное соединение съема мощности, используемое для циклоидального привода известного уровня техники на фиг.1. В любое заданное время только один из обычно восьми или более роликовых штифтов и зацеплений отверстий циклоидального диска полностью передает крутящий момент. Например, с помощью углового положения относительного смещения и с помощью показанного направления вращения только пара роликового штифта 18C и отверстия 17C полностью передает мощность устройству.

Это очевидно, так как край отверстия 17C ведущего диска 13, который находится в контакте с роликовым штифтом 18C ведомой пластины 14, должен находиться сзади ролика 18C вдоль направления вращения. В этом смысле пары роликовых штифтов и отверстий, обозначенные с помощью В и D, частично работают с возможностью передачи мощности вследствие положения их точек контакта относительно направления вращения диска 13 и пластины 14. В том же смысле пара 18G и 17G роликовых штифтов и отверстий не работает совсем, так как роликовый штифт 18G, ведомый, перемещается за его точку контакта с его отверстием 17G, ведущим.

Традиционные циклоидальные приводы основываются на синхронизирующем зацеплении между двумя элементами (шестернями) различного делительного диаметра со смещенными осями. Но это не является оптимизированным механизмом из-за низкого использования: из всех восьми пар штифтов/отверстий, показанных на фиг.2, половина (четыре или даже пять в зависимости от углового положения) из них не находится в положении приведения в движение нагрузки. Из другой половины только одна может находиться в полностью загруженном положении для приведения в движение нагрузки, другие три находятся в их частично загруженном положении. С помощью ограничения, таких как эти, циклоидальные приводы достигают относительно низкого уровня мощности вследствие их использования на одиночных тонких штифтах. Дополнительно они обычно достигают менее 80 процентов эффективности в нормальных условиях нагружения из-за того, что эти тонкие штифты требуют использования хорошего подшипника, так как они должны вращаться вокруг их соответственных продольных осей так, чтобы опираться на внутреннюю периферию их соответственных зацепленных отверстий.

Дополнительно для достижения передаточного отношения понижения скорости K циклоидальный привод требует использовать неподвижную кольцевую шестерню с K+1 зубьями. Для большого передаточного отношения большое количество кольцевых шестерней делает привод громоздким, если номинальный крутящий момент является существенным, тогда зубья должны быть достаточно продуманными - в размере. Другими словами, компактность циклоидального привода накладывает ограничение на крутящий момент и уровень мощности привода.

За счет преимуществ, таких как отсутствие зазора, компактность и легкий вес, другой тип редуктора с большим передаточным отношением, широко используемый в точных и аэрокосмических применениях, представляет собой волновой привод, изготовленный компанией Drive Systems Inc., Токио, Япония. Применяя базовую концепцию, известную как напряженная волновая зубчатая передача, волновой привод имеет относительно низкий доступный уровень мощности. Этот привод также дает обычно менее 60 процентов эффективности под нормальной нагрузкой, так как его кольцевой элемент изгибается всегда, когда привод работает для передачи механической мощности.

Фиг.1A схематически иллюстрирует конфигурацию такого редуктора скорости напряженной волновой зубчатой передачи в поперечном сечении. Традиционное устройство на фиг.1A имеет неподвижную круглую цапфу 111 и изогнутое кольцо 112. Изогнутое кольцо 112 зацепляется с и перемещается внутри круглой цапфы 111 эпициклически при приведении в движение генератором 115E волн через входной вал 115 привода. В проиллюстрированном примере на фиг.1A с помощью изогнутого кольца 112, имеющего количества зубов К, и круглого кольца K+i передаточное отношение понижения скорости устройства на выходном валу 116 составляет K/i.

По существу так же, как и в случае циклоидального привода, чтобы иметь большое передаточное отношение изменения скорости для устройства напряженной волновой зубчатой передачи, два компонента кольца должны иметь максимально возможную разницу в количестве их соответственных рабочих зубьев. Несмотря на физическую разницу в конструкции по сравнению с циклоидальными приводами, традиционные устройства изменения скорости напряженных волновых зубчатых передач имеют одни и те же недостатки в выражении характеристик, таких как уровень мощности и отношение мощность-вес, описанные выше.

В дополнение к редукторам скорости с большим передаточным отношением также имеется необходимость повышения медленной входной скорости до выходной, более быстрой в до десятков или сотен раз.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства для изменения скорости с большим передаточным отношением, использующего шестерни с малым количеством зубьев от десяти до двенадцати.

Также задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства для изменения скорости с большим передаточным отношением, которое не имеет зазора.

Также задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства для изменения скорости с большим передаточным отношением, которое имеет высокую плотность мощности с шестеренными элементами с небольшим количеством зубьев, которые могут быть выполнены с большими зубьями.

Для того, чтобы решить вышеописанные и другие задачи, настоящее изобретение обеспечивает устройство изменения скорости напряженной волновой зубчатой передачи для изменения входной скорости до выходной либо значительно более медленной, либо более быстрой. Устройство имеет коаксиальную пару круглых колец, которая включает большое круглое кольцо, имеющее количество зубьев А, и малое круглое кольцо, имеющее количество зубьев D. Коаксиальная пара изогнутых колец включает большое изогнутое кольцо, имеющее количество зубьев В, и малое изогнутое кольцо, имеющее количество зубьев С. Большое изогнутое кольцо зацепляется с большим круглым кольцом, и малое изогнутое кольцо зацепляется с круглым кольцом. Элемент генератора волн соединен с одним из входного и выходного валов устройства. Два кольца одной из этих двух коаксиальных пар скреплены вместе, чтобы действовать эпициклически на генераторе волн. Одно кольцо другой из двух коаксиальных пар прикреплено к каркасу устройства, и другое кольцо соединено с другим из входного и выходного валов. В устройстве четыре кольца удовлетворяют численному соотношению зубьев A=K+i, В=К, С=K-j и D=K+i-j.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 схематически иллюстрирует известный в уровне техники циклоидальный редуктор скорости с большим передаточным отношением.

Фиг.1A схематически иллюстрирует другой известный в уровне техники редуктор скорости напряженной волновой зубчатой передачи с большим передаточным отношением.

Фиг.2 схематически иллюстрирует эксцентричное соединение съема мощности, используемое для известного в уровне техники циклоидального привода,

Фиг.3 представляет собой вид в поперечном сечении устройства изменения скорости настоящего изобретения, который схематически иллюстрирует его эксцентричную ступень съема мощности.

Фиг.4 схематически иллюстрирует вид в поперечном сечении устройства изменения скорости настоящего изобретения, показывающий размерную конфигурацию всех его элементов.

Фиг.4А схематически иллюстрирует вид в поперечном сечении устройства изменения скорости напряженной волновой зубчатой передачи настоящего изобретения, показывающий размерную конфигурацию всех его элементов.

Фиг.4B схематически иллюстрирует дважды изогнутое кольцо для устройства фиг.4А.

Фиг.4C схематически иллюстрирует вид в поперечном сечении устройства изменения скорости на фиг.4А, взятом вдоль линии 4C-4C.

Фиг.4D схематически иллюстрирует вид в поперечном сечении устройства изменения скорости на фиг.4А, взятом вдоль линии 4D-4D.

Фиг.5 и 6 схематически иллюстрируют виды в поперечном сечении устройства изменения скорости настоящего изобретения в различных конструкциях входных и выходных элементов.

Фиг.7 схематически иллюстрирует вид в поперечном сечении устройства изменения скорости настоящего изобретения с размерной конфигурацией для оптимизированного применения изменения скорости.

Фиг.7А и 7B схематически иллюстрируют виды в поперечном сечении устройства изменения скорости напряженной волновой зубчатой передачи, подобного устройству на фиг.4А, взятом вдоль линий, соответственно соответствующих линиям 4C-4C и 4D-4D, но с размерными конфигурациями циклоидального устройства на фиг.7.

Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения

Фиг.3 представляет собой конфигурацию в поперечном сечении устройства изменения скорости настоящего изобретения, которое схематически иллюстрирует эквивалентную конструкцию уровня техники его эксцентричной ступени съема мощности. Также на фиг.1 и 2 вместо пластины 14 с множественными роликовыми штифтами 18, которые зацепляются с их соответствующими отверстиями 17, образованными в циклоидальном диске 13, устройство изменения скорости настоящего изобретения имеет другую конструкцию для съема мощности.

Как проиллюстрировано, пока планетарная шестерня 32 перемещается эпициклически внутри кольцевой шестерни 31 каркаса, планетарная шестерня 33, которая скреплена коаксиально с шестерней 32, также перемещается эпициклически внутри кольцевой шестерни 34 второй пары кольцевых прямозубых шестерней. Когда шестерня 33 вращается и перемещается эпициклически внутри шестерни 34, ее внешний край (ее делительной окружности) 33P выстраивает траекторию 33T. Эта траектория 33T выполняется с возможностью точно совпадать с делительной окружностью кольцевой шестерни 34. По существу, кольцевая шестерня 34 второй пары вместе с ее зацепляющей прямозубой шестернею 33 выполняет функцию, подобную функции эксцентричным средствам съема мощности традиционного циклоидального привода, но позволяет настоящему устройству создавать передаточное отношение изменения скорости, которое является значительно большим, как описано далее.

Фиг.4 схематически иллюстрирует вид в поперечном сечении конфигурации устройства изменения скорости настоящего изобретения, показывающий размерную конфигурацию всех его элементов. Устройство изменения скорости имеет коаксиальную пару кольцевых шестерней, которая включает большую кольцевую шестерню 41, имеющую делительный диаметр А, и малую кольцевую шестерню 44, имеющую делительный диаметр D. Устройство также имеет коаксиальную пару прямозубых шестерней, которая включает большую прямозубую шестерню 42, имеющую делительный диаметр В, и малую прямозубую шестерню 43, имеющую делительный диаметр С. Большая прямозубая шестерня 42 зацепляется с большой кольцевой шестернею 41, и малая прямозубая шестерня 43 зацепляется с малой кольцевой шестернею 44, образуя две зацепляющиеся пары. Несущий элемент 45E соединен с входным валом 45 устройства изменения скорости. Несущий элемент 45E, по существу "косозубый" вариант которого найден в традиционных переборах планетарных шестерней, образован объединением входного вала 45 (на центральной оси 40 всей системы) и центрального вала для пары шестерней 42 и 43 (на своей оси 49).

Дополнительно две коаксиальные прямозубые шестерни 42 и 43 скреплены вместе друг с другом, чтобы действовать эпициклически на несущем элементе 45E. Большая кольцевая шестерня 41 в примере, изображенном на фиг.4, прикреплена к каркасу устройства, служа в качестве реактивного элемента системы, и малая кольцевая шестерня 44 соединена с выходным валом 46.

В этой системе зубчатого перебора четыре шестерни 41, 42, 43 и 44 удовлетворяют соотношению размеров А=K+i, В=К, С=K-j и D=K+i-j. Понятно, что варианты выполнения устройства изменения скорости настоящего изобретения с использованием шестерней должны иметь их размерные значения K, i и j установленными целыми числами.

По существу устройство изменения скорости на фиг.4 имеет несущий элемент 45E, действующий в качестве входа, малую кольцевую шестерню 44 в качестве выхода и большую кольцевую шестерню 41 - реактивного элемента. При этом две коаксиальные прямозубые шестерни 42 и 43, которые скреплены вместе, перемещаются эпициклически в этой системе. Проиллюстрированное устройство изменения скорости на фиг.4 имеет передаточное отношение изменения скорости K(K+i-j)/ij. Для системы на основе шестерней с размером А=16T (зубьев), В=15T, С=14T и D=15T или К=15, i=1 и j=1, передаточное отношением изменения скорости = 225.

Для сравнения в традиционном циклоидальном приводе (на фиг.1) с А=16T и В=15T передаточное отношение изменения скорости = 15. Это значит, что устройство изменения скорости настоящего изобретения способно достигать передаточного отношения, которое равно квадрату численного значения передаточного отношения циклоидального привода с соизмеримым количеством зубьев.

Фиг.4А схематически иллюстрирует вид в поперечном сечении устройства изменения скорости напряженной волновой зубчатой передачи настоящего изобретения, показывающий размерную конфигурацию всех его элементов. Устройство изменения скорости напряженной волновой зубчатой передачи имеет коаксиальную пару круглых колец, которая включает большое круглое кольцо 141, имеющее количество зубьев А, и малое круглое кольцо 144, имеющее количество зубьев D. Устройство также имеет коаксиальную пару изогнутых колец, которая включает большое изогнутое кольцо 142, имеющее количество зубьев В, и малое изогнутое кольцо 143, имеющее количество зубьев C. Большое изогнутое кольцо 142 зацепляется с большим круглым кольцом 141, и малое изогнутое кольцо 143 зацепляется с малым круглым кольцом 144, образуя две зацепляющиеся пары. Генератор 145E волн соединен с входным валом 145 устройства изменения скорости. Генератор 145E волн образован объединением входного вала 145 (на центральной оси 140 всей системы) и центрального вала для пары изогнутых колец 142 и 143.

Дополнительно два коаксиальных изогнутых кольца 142 и 143 скреплены вместе друг с другом, чтобы действовать эпициклически на генераторе 145E волн. Большое круглое кольцо 141, в этом изображенном примере на фиг.4А, прикреплено к каркасу устройства, служа в качестве реактивного элемента системы, и малое круглое колесо 144 соединено с выходным валом 146.

В этой системе зубчатого перебора четыре кольца 141, 142, 143 и 144 удовлетворяют соотношению размеров А=K+i, В=К, С=K-j и D=K+i-j. Понятно, что варианты выполнения устройства изменения скорости настоящего изобретения с использованием колец должны иметь их размерные значения K, i и j установленными целыми числами.

По существу устройство изменения скорости напряженной волновой зубчатой передачи на фиг.4А имеет генератор 145E волн, действующий в качестве входа, малое круглое кольцо 144 - в качестве выхода и большое круглое кольцо 141 - реактивного элемента. При этом эти два коаксиальных изогнутых кольца 142 и 143, которые скреплены вместе, перемещаются эпициклически в этой системе. Проиллюстрированное устройство изменения скорости на фиг.4А имеет передаточное отношение изменения скорости K(K+i-j)/ij. Для системы на основе колец с количеством зубьев А=16T (зубьев), В=15T, С=14T и D=15T или К=15, i=1 и j=1 передаточное отношение изменения скорости = 225.

Фиг.4B схематически иллюстрирует, что пара изогнутых колец 142 и 143 скреплена вместе для образования компонента 148 вдвое изогнутого кольца для устройства изменения скорости на фиг.4А. В подготовленном варианте выполнения устройства изменения скорости напряженной волновой зубчатой передачи, проиллюстрированного на фиг.4А, компонент 148 может быть изготовлен из одной цельной металлической трубы. Две группы кольцевых зубьев 142S и 143S соответственно образованы на внешней цилиндрической поверхности изогнутых колец 142 и 143. Отметим, что только часть кольцевых зубьев показана на чертеже, несмотря на то, что они будут окружать всю периферию изогнутых колец 142 и 143.

Фиг.4C схематически иллюстрирует вид в поперечном сечении устройства изменения скорости на фиг.4А, взятом вдоль линии 4C-4C, и фиг.4D - вид в поперечном сечении, взятом вдоль линии 4D-4D.

Циклоидальное устройство изменения скорости настоящего изобретения может быть использовано в различных конфигурациях назначений входа, выхода и реактивного элемента среди его составляющих шестеренных и несущих элементов. По существу, многоцелевое устройство изменения скорости настоящего изобретения, используемое либо в качестве редуктора скорости, либо мультипликатора, имеющего либо неподвижную кольцевую шестерню, либо неподвижную прямозубую шестерню, может быть выполнено с возможностью иметь коаксиальную пару кольцевых шестерней, которая включает большую кольцевую шестерню, имеющую делительный диаметр A, и малую кольцевую шестерню, имеющую делительный диаметр D. Такое устройство также имеет коаксиальную пару прямозубых шестерней, которая включает большую прямозубую шестерню, имеющую делительный диаметр В, и малую прямозубую шестерню, имеющую делительный диаметр С. Большая прямозубая шестерня зацепляется с большой кольцевой шестернею, и малая прямозубая шестерня зацепляется с малой кольцевой шестернею, образуя две зацепляющиеся пары. Несущий элемент соединен с одним из входного и выходного валов устройства. Две шестерни одной из двух коаксиальных пар скреплены вместе, чтобы действовать эпициклически на несущем элементе. Одна шестерня другой из двух коаксиальных пар прикреплена к каркасу устройства, и другая шестерня соединена с другим из входного и выходного валов. В такой системе четыре шестерни удовлетворяют соотношению размеров А=K+i, В=К, С=K-j и D=K+i-j.

Для сравнения устройство изменения скорости напряженной волновой зубчатой передачи настоящего изобретения может быть использовано в различных конфигурациях назначений входа, выхода и реактивного элемента среди его составляющего кольца и элементов генератора волн. По существу, многоцелевое устройство изменения скорости напряженной волновой зубчатой передачи настоящего изобретения, используемое либо в качестве редуктора скорости, либо мультипликатора, имеющего либо неподвижное круглое кольцо с внутренними зубьями, либо неподвижное круглое кольцо с внешними зубьями, может быть выполнено с возможностью иметь коаксиальную пару круглых колец, которая включает большое круглое кольцо, имеющее количество зубьев А, и малое круглое кольцо, имеющее количество зубьев D. Такое устройство также имеет коаксиальную пару изогнутых колец, которая включает большое изогнутое кольцо, имеющее количество зубьев В, и малое изогнутое кольцо, имеющее количество зубьев C. Большое круглое кольцо зацепляется с большим изогнутым кольцом, и малое изогнутое кольцо зацепляется с малым круглым кольцом, образуя две зацепляющиеся пары. Элемент генератора волн соединен с одним из входного и выходного валов устройства. Два кольца одной из этих двух коаксиальных пар скреплены вместе, чтобы действовать эпициклически на генераторе волн. Одно кольцо другой из двух коаксиальных пар прикреплено к каркасу устройства, и другое кольцо соединено с другим из входного и выходного валов. В такой системе четыре кольца удовлетворяют численному соотношению зубьев А=K+i, В=К, С=K-j и D=K+i-j.

Фиг.5 и 6 схематически иллюстрируют виды в поперечном сечении циклоидального устройства изменения скорости настоящего изобретения, которые показывают различные конфигурации входных и выходных элементов. Примеры на фиг.5 и 6 показывают конструкцию редукторов с передаточным отношением понижения скорости +200 с использованием двух пар кольцевых-прямозубых шестерней различных количеств модулей. Первая пара с большими кольцевыми и прямозубыми шестернями включает кольцевую шестерню 51, 61 с 80 зубьями с количеством модулей 2, создавая делительный диаметр 160 мм и 75T, М2 прямозубую шестерню 52, 62 с делительным диаметром 150 мм. Вторая пара малых кольцевых и прямозубых шестерней включает 60T, M2,5 кольцевую шестерню 54, 64 с делительной окружностью 150 мм и 56T, M2,5 прямозубую шестерню 53, 63 с делительным диаметром 140 мм. Таким образом, с помощью большой прямозубой шестерни, прикрепленной к каркасу 52F устройства, в качестве реактивного элемента, который имеет конфигурацию, показанную на фиг.5, устройство изменения скорости дает передаточное отношение = 224.

Устройство на фиг.6, с другой стороны, имеет другую конфигурацию, при этом используя одни и те же шестерни, что и на фиг.5, по существу одно и то же назначение шестерней, что и описанное на фиг.4 - с большим кольцом 61, прикрепленным к каркасу 61F устройства в качестве реактивного элемента.

Отметим, что примеры на фиг.5 и 6 имеют размерные конфигурации К=15, i=1 и j=1.

Также отметим, что возможен вариант напряженной волновой зубчатой передачи и циклоидальные варианты, проиллюстрированные на фиг.5. Например, неподвижный элемент привода представляет собой круглое кольцо с внешними зубьями (соответствующее позиции 52) вместо правильного внутреннего зуба, и эпициклические элементы представляют собой изогнутые кольца с внутренними зубьями.

В сущности, устройство изменения скорости настоящего изобретения, либо циклоидальная, либо напряженная волновая зубчатая передача, изображенная на фиг.4 и 4А-4D, соответственно может иметь четыре различных конфигурации установки изменения скорости, они перечислены в таблице 1. В таблице 1, а также 2 ниже R, О и I в строке «Роли» указывают, соответственно, роли реактивного элемента, выхода и входа вращательных элементов настоящего устройства.

Таблица 1 Элемент Большая кольцевая шестерня 41 или большое круглое кольцо 141 Большая прямозубая шестерня 42 или большое изогнутое кольцо 142 Малая прямозубая шестерня 43 или
малое изогнутое кольцо 143 Малая кольцевая шестерня 44 или малое круглое кольцо 144 Несущий элемент 45Е или генератор 145Е волн Передаточное отношение понижения Конфигурация 1
Роль
Движение
Скорость R
Неподвижно
0 -
Эпициклически -
Эпициклически О
Вращательно
ij/K(K+i-j) I
Вращательно
1 K(K+i-j)/ij Конфигурация 2
Роль
Движение
Скорость О
Вращательно
-ij/(K-j)(K+j) -
Эпициклически -
Эпициклически R
Неподвижно
0 I
Вращательно
1 -(K-j)(K+i)/ij Конфигурация 3
Роль
Движение
Скорость -
Эпициклически R
Неподвижно
0 О
Вращательно
-ij/(K+i)(K-j) -
Эпициклически I
Вращательно
1 -(K+i)(K-j)/ij Конфигурация 4
Роль
Движение
Скорость -
Эпициклически О
Вращательно
ij/K(K+i-j) R
Неподвижно
0 -
Эпициклически I
Вращательно
1 K(K+i-j)/ij

Понятно, что для специалиста в области техники конфигурации понижения скорости в таблице 1 могут быть просто заменены на увеличенные скорости простой заменой назначения ролей I и О каждой.

Фиг.7 схематически иллюстрирует вид в поперечном сечении устройства изменения скорости настоящего изобретения, который показывает размерную конфигурацию, оптимизированную для применения изменения скорости в выражении веса и размера или плотности мощности. Для сравнения фиг.7А и 7B схематически иллюстрируют виды в поперечном сечении устройства изменения скорости напряженной волновой зубчатой передачи, подобного устройству на фиг.4А, взятом вдоль линии, соответственно соответствующей линиям 4C-4C и 4D-4D, но с размерной конфигурацией циклоидального устройства на фиг.7. В этих специальных случаях конфигурации в таблице 1 становятся конфигурациями, перечисленными в таблице 2.

Таблица 2 Элемент Большая кольцевая шестерня 71 или большое круглое кольцо 171 Большая прямозубая шестерня 72 или большое изогнутое кольцо 172 Малая прямозубая шестерня 73 или
малое изогнутое кольцо 173 Малая кольцевая шестерня 74 или малое круглое кольцо 174 Несущий элемент 75Е или генератор 175Е волн Передаточное отношение понижения Конфигурация 1
Роль
Движение
Скорость R
Неподвижно
0 -
Эпициклически -
Эпициклически О
Вращательно
i²/K² I
Вращательно
1 K²/i² Конфигурация 2
Роль
Движение
Скорость О
Вращательно
-i²/(K²-i²) -
Эпициклически -
Эпициклически R
Неподвижно
0 I
Вращательно
1 1-K²/i² Конфигурация 3
Роль
Движение
Скорость -
Эпициклически R
Неподвижно
0 О
Вращательно
-i²/(K²-i²) -
Эпициклически I
Вращательно
1 1-K²/i² Конфигурация 4
Роль
Движение
Скорость -
Эпициклически О
Вращательно
i²/K² R
Неподвижно
0 -
Эпициклически I
Вращательно
1 K²/i²

Передаточные отношения понижения скорости циклоидального привода, представленные в двух таблицах, показывают, что с помощью шестерней, имеющих количество зубьев в среднем K, может быть выполнен редуктор скорости с передаточным отношением K². Оно сравнивается с передаточным отношением K традиционного циклоидального привода. Подобное сравнение проводится и для понижения скорости напряженной волновой зубчатой передачи.

Для циклоидального варианта выполнения отметим, что прямозубая шестерня, зацепленная внутри кольцевой шестерни, обычно должна иметь количество зубьев, достаточно меньшее количества зубьев кольца. Например, касательно популярных шестерней с 20-градусным углом зацепления, необходима минимум разница в 8 зубьев. Один типичный подход исключения помех шестерней для небольшой разницы количества зубьев заключается в применении смещения профиля для шестерней. Альтернативно с помощью большего угла зацепления шестерней возможна меньшая разница количества зубьев.

Также, так как эпициклические элементы одной коаксиальной пары устройства изменения скорости настоящего изобретения обычно являются настолько большими в размере относительно другой коаксиальной пары, что возможна только одна пара. В связи с этим необходим противовес в практических вариантах выполнения этого оригинального устройства изменения скорости, как схематически проиллюстрировано, например, противовес 65W в варианте выполнения, изображенном на фиг.6. Противовес используется для баланса массы эпициклической коаксиальной пары шестерней, противолежащих относительно центральной оси устройства.

С другой стороны, для варианта выполнения напряженной волновой зубчатой передачи не выпускается кольца с разницей количества зубьев до одного зуба. Не предусматривается балансирование противовеса для эксцентричности.

Тогда как выше представлено полное описание специальных вариантов выполнения, могут быть использованы различные преобразования, альтернативные конструкции и эквиваленты. Например, несмотря на то, что варианты выполнения с зубчатыми передачами устройства изменения скорости настоящего изобретения описаны в качестве предпочтительных вариантов выполнения, тяговые варианты выполнения равноприменимы. В связи с этим вышепредставленное описание и иллюстрации не должны приниматься в качестве ограничения объема охраны настоящего изобретения.

Изобретение относится к устройствам изменения скорости вращения, а более конкретно к волновым зубчатым передачам. Устройство изменения скорости напряженной волновой зубчатой передачи имеет кольца и элемент генератора волн. Элемент генератора волн соединен с одним из входного и выходного валов устройства. Колец четыре, из них две коаксиальные пары круглых колец (число зубьев А и D) и изогнутых колец (число зубьев В и С). Большие кольца зацепляются друг с другом, малые кольца зацепляются друг с другом. Два кольца одной из этих двух коаксиальных пар скреплены вместе, чтобы действовать эпициклически на генераторе волн. Одно кольцо другой из двух коаксиальных пар прикреплено к каркасу устройства, другое кольцо соединено с другим из входного и выходного валов. Соотношение зубьев А=K+i, В=К, С=K-j, а D=K+i-j-j или K+i-j. Достигается повышение передаточного отношения. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 14 ил., 2 табл.

1. Устройство изменения скорости напряженной волновой зубчатой передачи для изменения входной скорости на входном валу до выходной скорости на выходном валу, содержащее:

коаксиальную пару круглых колец, включающую большое круглое кольцо, имеющее количество зубьев А, и малое круглое кольцо, имеющее количество зубьев D;

коаксиальную пару изогнутых колец, включающую большое изогнутое кольцо, имеющее количество зубьев В, и малое изогнутое кольцо, имеющее количество зубьев C; причем большое изогнутое кольцо зацепляется с большим круглым кольцом, и малое изогнутое кольцо зацепляется с малым круглым кольцом, образуя две зацепляющиеся пары; и

элемент генератора волн, соединенный с одним из входного и выходного валов устройства; при этом

два кольца одной из этих двух коаксиальных пар скреплены вместе, чтобы действовать эпициклически на генераторе волн;

одно кольцо другой из двух коаксиальных пар прикреплено к каркасу устройства, и другое кольцо соединено с другим из входного и выходного валов; и

четыре кольца удовлетворяют численному соотношению зубьев А=K+i, В=К, С=K-j и D=K+i-j, где K, i и j являются целыми числами.

2. Устройство по п.1, в котором и i, и j меньше 5.

3. Устройство по п.1, где K/i меньше 30/1 или K/j меньше 30/1.

4. Устройство по п.1, в котором i равно j.

5. Устройство по п.1, в котором один из входного и выходного валов, соединенный с элементом генератора волн, представляет собой входной вал.

6. Устройство по п.1, в котором один из входного и выходного валов, соединенный с элементом генератора волн, представляет собой выходной вал.

7. Устройство изменения скорости напряженной волновой зубчатой передачи для изменения входной скорости на входном валу до выходной скорости на выходном валу, содержащее:

коаксиальную пару круглых колец, включающую большое круглое кольцо, имеющее количество зубьев А, и малое круглое кольцо, имеющее количество зубьев D;

коаксиальную пару изогнутых колец, включающую большое изогнутое кольцо, имеющее количество зубьев В, и малое изогнутое кольцо, имеющее количество зубьев C; причем большое изогнутое кольцо зацепляется с большим круглым кольцом, и малое изогнутое кольцо зацепляется с малым круглым кольцом, образуя две зацепляющиеся пары; и

элемент генератора волн, соединенный с входным валом устройства; в котором

два кольца одной из этих двух коаксиальных пар скреплены вместе, чтобы действовать эпициклически на генераторе волн;

одно кольцо другой из двух коаксиальных пар прикреплено к каркасу устройства, и другое кольцо соединено с выходным валом; и

четыре кольца удовлетворяют численному соотношению зубьев А=K+i, В=К, С=K-j и D=K+i-j-j, где K, i и j являются целыми числами.

8. Устройство по п.7, в котором и i, и j меньше 5.

9. Устройство по п.7, в котором K/i меньше 30/1 или K/j меньше 30/1.

10. Устройство по п.7, в котором i равно j.

11. Устройство по п.7, в котором коаксиальная пара колец с двумя его кольцами, скрепленными вместе, которая работает эпициклически на генераторе волн, представляет собой коаксиальную пару изогнутых колец.

12. Устройство по п.7, в котором коаксиальная пара колец с двумя его кольцами, скрепленными вместе, которая работает эпициклически на генераторе волн, представляет собой коаксиальную пару круглых колец.

13. Устройство изменения скорости напряженной волновой зубчатой передачи для изменения входной скорости на входном валу до выходной скорости на входном валу, содержащее:

коаксиальную пару круглых колец, включающую большое круглое кольцо, имеющее количество зубьев А, и малое круглое кольцо, имеющее количество зубьев D;

коаксиальную пару изогнутых колец, включающую большое изогнутое кольцо, имеющее количество зубьев В, и малое изогнутое кольцо, имеющее количество зубьев C; причем большие изогнутые кольца зацепляются с большим круглым кольцом, и малые изогнутые кольца зацепляются с малым круглым кольцом, образуя две зацепляющиеся пары; и

элемент генератора волн, соединенный с выходным валом устройства; в котором

два кольца одной из этих двух коаксиальных пар скреплены вместе, чтобы действовать эпициклически на генераторе волн;

одно кольцо другой из двух коаксиальных пар прикреплено к каркасу устройства, и другое кольцо соединено с входным валом; и

четыре кольца удовлетворяют численному соотношению зубьев А=K+i, В=К, С=K-j и D=K+i-j-j, где K, i и j являются целыми числами.