ГЕНЕРАТОР ВОЛН И ВОЛНОВАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 2020 года по МПК F16H1/32 F16C33/58 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к генератору волн волновой передачи, и в частности относится к генератору волн, снабженному волновым подшипником, имеющим небольшой момент трения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Волновая передача содержит жесткое зубчатое колесо с внутренним зацеплением, гибкое зубчатое колесо с внешним зацеплением и генератор волн. Зубчатое колесо с внешним зацеплением изгибают в радиальном направлении посредством генератора волн и вводят в частичное зацепление с зубчатым колесом с внутренним зацеплением. Вращение генератора волн приводит к перемещению точек зацепления между двумя зубчатыми колесами в окружном направлении, причем относительное вращение между зубчатыми колесами обеспечено вследствие различий в числе зубцов между зубчатыми колесами.

[0003] Генератор волн обычно содержит жесткую вставку, имеющую контур эллиптической формы, и волновой подшипник с глубоким желобом, установленный на внешней окружной поверхности жесткой вставки. Волновой подшипник, эллиптически изгибаемый жесткой вставкой, содержит внешнюю и внутреннюю дорожки качения, выполненные с возможностью изгиба в радиальном направлении, и множество шариков, установленных между указанными дорожками качения с возможностью качения. Волновой подшипник установлен внутри зубчатого колеса с внешним зацеплением с целью удержания зубчатого колеса с внешним зацеплением и жесткой вставки в состоянии, в котором зубчатое колесо и вставка выполнены с возможностью вращения относительно друг друга. Волновые передачи могут быть разделены на три вида: плоские, чашечные и цилиндровые, в соответствии с формой гибкого зубчатого колеса с внешним зацеплением. Указанные виды волновой передачи раскрыты в патентных документах 1, 2 и 3.

[0004] В одном из примеров волновой передачи генератор волн обеспечен в виде элемента входа вращения, а зубчатое колесо с внутренним зацеплением или зубчатое колесо с внешним зацеплением обеспечено в виде элемента выхода вращения с пониженной скоростью. Жесткая вставка вращается с обеспечением одновременной радиальной деформации соответствующих частей волнового подшипника и зубчатого колеса с внешним зацеплением. Внутренняя дорожка качения волнового подшипника вращается вместе с жесткой вставкой с высокой скоростью, а внешняя дорожка качения волнового подшипника одновременно вращается вместе с зубчатым колесом с внешним зацеплением. Шарики, введенные между внутренней и внешней дорожками качения, катятся вдоль желобковых поверхностей внутренней и внешней дорожек. Волновой подшипник обеспечивает возможность плавного вращения жесткой вставки и зубчатого колеса с внешним зацеплением относительно друг друга.

[0005] В известном волновом подшипнике желобковая поверхность внешней дорожки качения и желобковая поверхность внутренней дорожки качения представляют собой вогнутую поверхность с одинаковым радиусом кривизны. Заявители настоящего изобретения и их соавторы в Патентном документе 4 выдвинули предложение об обеспечении более длительного срока службы волнового подшипника волновой передачи, согласно которому волновой подшипник вращается с многократным изгибом в радиальном направлении. Согласно указанному предложению, диаметр шарика волнового подшипника имеет размеры, на 5-15% превышающие размеры каждой из известных из уровня техники моделей, а соотношение между радиусом желобковой поверхности внутренней дорожки качения и диаметром шарика (соответствие внутренней дорожки качения) и соотношение между радиусом желобковой поверхности внешней дорожки качения и диаметром шарика (соответствие внешней дорожки качения) имеют значение на 0,8-2% меньше соответствующих соотношений для каждой из известных из уровня техники моделей.

ДОКУМЕНТЫ УРОВНЯ ТЕХНИКИ

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

[0006] Патентный документ 1: JP 05-172195 A

Патентный документ 2: JP 08-166052 A

Патентный документ 3: JU 02-91238 A

Патентный документ 4: JP 2010-164068 A

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

[0007] Известны случаи, в которых желательно уменьшить момент трения волнового подшипника с целью улучшения рабочих характеристик волновой передачи, например, с целью уменьшения начального момента указанной волновой передачи. Соответственно, задача настоящего изобретения заключается в обеспечении генератора волн, содержащего волновой подшипник с низким моментом трения.

СРЕДСТВА РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ

[0008] В волновом подшипнике известного из уровня техники решения, в котором шарики, введенные между внутренней и внешней дорожками качения, крутятся, а внутреннюю и внешнюю дорожки качения подвергают многократному изгибу в радиальном направлении, внешняя дорожка качения имеет теоретический срок службы, намного превышающий теоретический срок службы внутренней дорожки качения. Заявители настоящего изобретения обратили внимание на указанный факт и обеспечили большое соответствие внешней дорожки качения с целью уменьшения момента трения волнового подшипника.

[0009] В частности, согласно настоящему изобретению, обеспечен генератор волн волновой передачи, выполненный таким образом, что генератор волн сгибает гибкое зубчатое колесо с внешним зацеплением с получением эллиптической формы с целью обеспечения частичного зацепления с зубчатым колесом с внутренним зацеплением и перемещает точки зацепления между двумя колесами в окружном направлении, причем генератор волн содержит:

жесткую вставку и волновой подшипник,

причем волновой подшипник содержит кольцевую внешнюю дорожку качения, выполненную с возможностью изгиба в ее радиальном направлении, кольцевую внутреннюю дорожку качения, выполненную с возможностью изгиба в ее радиальном направлении, и множество шариков, введенных между внешней дорожкой качения и внутренней дорожкой качения;

волновой подшипник установлен на эллиптической внешней окружной поверхности жесткой вставки с целью обеспечения изгиба внешней дорожки качения и внутренней дорожки качения с получением эллиптической формы; и

где D - диаметр шариков, Ro - радиус желобковой поверхности внешней дорожки качения, Ri - радиус желобковой поверхности внутренней дорожки качения, Ro/D - соответствие внешней дорожки качения, а Ri/D - соответствие внутренней дорожки качения,

причем соответствие Ro/D внешней дорожки качения больше чем соответствие Ri/D внутренней дорожки качения.

[0010] В настоящем изобретении радиус желобковой поверхности (радиус кривизны) Ro внешней дорожки качения превышает радиус желобковой поверхности (радиус кривизны) Ri внутренней дорожки качения. По сравнению со случаем, в котором радиус желобковой поверхности внешней дорожки качения равен радиусу желобковой поверхности внутренней дорожки качения (другими словами, в случае равенства соответствия внешней дорожки качения и соответствия внутренней дорожки качения), в данном варианте облегчено относительное перемещение шариков относительно желобковой поверхности внешней дорожки качения с соответствующим уменьшением силы трения, возникающего между шариками и желобковой поверхностью внешней дорожки качения. В результате, обеспечена возможность получения волнового подшипника с низким моментом трения в целом. В данном случае, при обеспечении большого соответствия внешней дорожки качения уменьшен теоретический срок службы внешней дорожки качения. В случае равенства соответствия внешней дорожки качения и соответствия внутренней дорожки качения (сходно с известным решением) теоретический срок службы внешней дорожки качения превышает теоретический срок службы внутренней дорожки качения. Существует возможность уменьшения момента трения волнового подшипника с сохранением практичного срока его службы, сходного со сроком службы в известном решении, путем надлежащего подбора соответствия внешней дорожки качения.

[0011] Известен вариант, в котором внутренняя дорожка качения волнового подшипника встроена в эллиптическую внешнюю окружную поверхность жесткой вставки, а желобковая поверхность внутренней дорожки качения выполнена на эллиптической внешней окружной поверхности. Настоящее изобретение может также быть использовано и в подобном случае.

[0012] В стандартном волновом подшипнике соответствие внешней дорожки качения находится в пределах от 51,1% до 52,3%, а соответствие внутренней дорожки качения составляет от 51,5% до 52,5%. В данном случае теоретический срок службы внешней дорожки качения превышает теоретический срок службы внутренней дорожки качения согласно нижеприведенной формуле.

L10 _{внешней дорожки качения} / L10 _{внутренней дорожки качения} 2,5 - 3,1

[0013] В настоящем изобретении, при нахождении соответствия внутренней дорожки качения в пределах от 51,1% до 52,3%, сходно с известным решением, соответствие внешней дорожки качения предпочтительно находится в пределах от 52,6% до 58,1%. Таким образом, теоретический срок службы внешней дорожки качения приближен к (или даже равен) теоретическому сроку службы внутренней дорожки качения, и соответственно, обеспечена возможность уменьшения момента трения волнового подшипника при сохранении практичного срока его службы на уровне, обеспечиваемом в известном решении.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0014] На ФИГ. 1 показан схематичный вид в продольном сечении чашечной волновой передачи по настоящему изобретению;

На ФИГ. 2 показан пояснительный вид, иллюстрирующий положение зацепления между зубчатым колесом с внешним зацеплением и зубчатым колесом с внутренним зацеплением волновой передачи по ФИГ. 1;

На ФИГ. 3 показан вид спереди генератора волн по ФИГ. 1;

На ФИГ. 4 показан частичный вид в поперечном сечении волнового подшипника генератора волн по ФИГ. 1, и

На ФИГ. 5 показаны схематичные виды плоской волновой передачи по настоящему изобретению.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0015] В нижеприведенном описании со ссылкой на сопутствующие чертежи приведен пример реализации волновой передачи по настоящему изобретению. В нижеприведенном примере реализации настоящее изобретение реализовано в контексте чашечной волновой передачи. Настоящее изобретение также может быть сходным образом реализовано в контексте генератора волн цилиндровой или плоской волновой передачи.

[0016] На ФИГ. 1 показан схематичный вид в продольном сечении чашечной волновой передачи по настоящему примеру реализации, а на ФИГ. 2 показан пояснительный вид, иллюстрирующий положение зацепления в волновой передаче. Волновая передача 1 содержит жесткое зубчатое колесо 2 с внутренним зацеплением, чашевидное гибкое зубчатое колесо 3 с внешним зацеплением, расположенное внутри зубчатого колеса с внутренним зацеплением, и генератор 4 волн, имеющий эллиптический контур и установленный в зубчатое колесо с внешним зацеплением. Зубчатое колесо 3 с внешним зацеплением имеет цилиндрическую часть, на которой выполнены внешние зубцы 3a, причем цилиндрическая часть подвержена изгибу посредством генератора 4 волн. Части внешних зубцов 3а, расположенных на обоих концах большой оси Lmax эллиптической формы, зацеплены с внутренними зубцами 2а кольцевого зубчатого колеса 2 с внутренним зацеплением.

[0017] Генератор 4 волн связан с валом двигателя или другим входным валом высокоскоростного вращения. При вращении генератора 4 волн точки зацепления двух зубчатых колес 2 и 3 перемещаются в окружном направлении, причем относительное вращение между двумя зубчатыми колесами 2 и 3 обеспечено вследствие различий в числе зубцов между зубчатыми колесами. Например, зубчатое колесо 2 с внутренним зацеплением зафиксировано на месте без возможности вращения, а зубчатое колесо 3 с внешним зацеплением связано с элементом на стороне нагрузки. Вращение с пониженной скоростью от зубчатого колеса 3 с внешним зацеплением передают на элемент стороны нагрузки.

[0018] На ФИГ. 3 показан вид спереди генератора 4 волн, а на ФИГ. 4 показан частичный вид в поперечном сечении волнового подшипника генератора волн. Нижеследующее описание приведено со ссылкой на указанные чертежи. Генератор 4 волн содержит жесткую вставку 5 и волновой подшипник 7, установленный на эллиптической внешней окружной поверхности 6 жесткой вставки. Жесткая вставка 5 прикреплена к внешней окружной поверхности втулки, связанной с входным валом вращения (не показан). Волновой подшипник 7 содержит кольцевую внутреннюю дорожку 8 качения, выполненную с возможностью изгиба в радиальном направлении, кольцевую внешнюю дорожку 9 качения, выполненную с возможностью изгиба в радиальном направлении, и множество шариков 10, установленных между указанными дорожками качения с возможностью качения.

[0019] Волновой подшипник 7 изогнут жесткой вставкой 5 с получением эллиптической формы, и в указанном положении установлен в зубчатое колесо 3 с внешним зацеплением с сохранением состояния, в котором зубчатое колесо 3 с внешним зацеплением выполнено с возможностью вращения относительно жесткой вставки 5, связанной с входным валом высокоскоростного вращения. Внутренняя дорожка качения 8 выполнена на внешней окружной поверхности с желобковой поверхностью 11 внутренней дорожки качения, а внешняя дорожка качения 9 выполнена на внутренней окружной поверхности с желобковой поверхностью 12 внешней дорожки качения. Шарики 10, введенные между эллиптически изгибаемыми внутренней и внешней дорожками 8 и 9 качения, выполняют перемещение качения вдоль желобковой поверхности 11 внутренней дорожки качения и желобковой поверхности 12 внешней дорожки качения с обеспечением плавного вращения жесткой вставки 5 и зубчатого колеса 3 с внешним зацеплением относительно друг друга с небольшим моментом.

[0020] В частности, волновой подшипник 7 изогнут жесткой вставкой 5 с получением эллиптической формы. В случае, если Lmax представляет собой большую ось эллипса, а Lmin представляет собой малую ось эллипса, один или несколько шариков 10, расположенных на обоих концах большой оси Lmax, представляют собой сжатый шарик 10a. Сжатый шарик 10a выполняет движение качения при поддержании шарика в сжатом состоянии. В сжатом состоянии шарик под действием некоторого давления зажат между желобковой поверхностью 11 внутренней дорожки качения и желобковой поверхностью 12 внешней дорожки качения и находится в точечном контакте с желобковой поверхностью 11 внутренней дорожки качения и желобковой поверхностью 12 внешней дорожки качения. Остальные шарики 10, расположенные на участках, отличных от обоих концов большой оси Lmax, представляют собой свободный шарик 10b. Свободный шарик 10b находится в свободном состоянии, в котором образован зазор по меньшей мере между свободным шариком и желобковой поверхностью 11 внутренней дорожки качения или между свободным шариком и желобковой поверхностью 12 внешней дорожки качения с целью осуществления свободного движения качения.

[0021] Согласно ФИГ. 4, волновой подшипник 7 имеет базовую конструкцию, идентичную конструкции известного волнового подшипника с глубоким желобом. Волновой подшипник 7 содержит внешнюю дорожку 9 качения, соответствие (соотношение радиуса желобковой поверхности внешней дорожки качения и диаметра шарика) которой отличается от соответствующего значения в известном решении.

[0022] В данном случае D представляет собой диаметр шарика, Ri представляет собой радиус желобковой поверхности 11 внутренней дорожки качения, а Ro представляет собой радиус желобковой поверхности 12 внешней дорожки качения. Соотношение Ri/D между радиусом Ri желобковой поверхности внутренней дорожки качения и диаметром D шарика называют соответствием внутренней дорожки качения, а соотношение Ro/D между радиусом Ro желобковой поверхности внешней дорожки качения и диаметром D шарика называют соответствием внешней дорожки качения. Соответствие Ro/D внешней дорожки качения превышает соответствие Ri/D внутренней дорожки качения. В данном примере указанные параметры установлены согласно значениям в Таблице 1.

[0023] [Таблица 1]

Соответствие внутренней дорожки качения Соответствие внешней дорожки качения Известный
волновой подшипник 51,1% ~ 52,3% 51,5% ~ 52,5% Волновой подшипник
по данному примеру 51,1% ~ 52,3% 52,6% ~ 58,1%

[0024] В результате испытаний, проведенных заявителями и их соавторами, получено подтверждение факта возможности уменьшения момента трения волнового подшипника 7 при сохранении практичного срока его службы, сходного со сроком службы в известном решении, путем подбора соответствия внешней дорожки качения, находящегося в указанных пределах.

[0025] (Другие примеры реализации)

На ФИГ. 5 показан пример плоской волновой передачи, в контексте которой реализовано настоящее изобретение, причем на ФИГ. 5(a) показан схематичный торцевой вид, иллюстрирующий плоскую волновую передачу, а на ФИГ. 5(b) показан схематичный вид в продольном сечении указанной передачи.

[0026] Волновая передача 20 содержит жесткое зубчатое колесо с внутренним зацеплением, содержащее первое зубчатое колесо 21 с внутренним зацеплением и второе зубчатое колесо 21 с внутренним зацеплением. Первое и второе зубчатые колеса 21 и 22 с внутренним зацеплением расположены соосно и параллельно, а цилиндрическое гибкое зубчатое колесо 23 с внешним зацеплением расположено внутри указанных зубчатых колес с внутренним зацеплением. Генератор 24 волн, имеющий эллиптический контур, установлен в зубчатое колесо 23 с внешним зацеплением. Зубчатое колесо 23 с внешним зацеплением изогнут генератором 24 волн с получением эллиптической формы, в результате чего внешние зубцы 23а колеса зацеплены с внутренними зубцами 21а первого зубчатого колеса 21 с внутренним зацеплением и с внутренними зубцами 22а второго зубчатого колеса 22 с внутренним зацеплением на обоих концах большой оси Lmax эллипса. Например, число зубцов первого зубчатого колеса 21 с внутренним зацеплением в 2n раз (n является положительным целым числом) превышает число зубцов второго зубчатого колеса 22 с внутренним зацеплением, а число зубцов зубчатого колеса 23 с внешним зацеплением равно числу зубцов второго зубчатого колеса 22 с внутренним зацеплением. Внешние зубцы 23а входят в зацепление с внутренними зубцами 21а и 22а в точках на большой оси Lmax эллипса зубчатого колеса 23 с внешним зацеплением.

[0027] Генератор 24 волн содержит жесткую вставку 25 и волновой подшипник 27, установленный на эллиптической внешней окружной поверхности 26. Волновой подшипник 27 содержит желобковую поверхность 31 внутренней дорожки качения, выполненную на эллиптической внешней окружной поверхности жесткой вставки 25, кольцевую внешнюю дорожку 29 качения, выполненную с возможностью изгиба в радиальном направлении, и множество шариков 30. Шарики 30 с возможностью качения установлены между желобковой поверхностью 31 внутренней дорожки качения и желобковой поверхностью 32 внешней дорожки качения, выполненной на внутренней окружной поверхности внешней дорожки 29 качения.

[0028] Волновой подшипник 27 изогнут жесткой вставкой 25 с получением эллиптической формы, и в указанном положении установлен в зубчатое колесо 23 с внешним зацеплением. Волновой подшипник 27 поддерживает зубчатое колесо 23 с внешним зацеплением и жесткую вставку, связанную с входным валом высокоскоростного вращения, в состоянии вращения относительно друг друга. Шарики 30, введенные между желобковой поверхностью 31 внутренней дорожки качения и желобковой поверхностью 32 внешней дорожки качения выполняют перемещение качения вдоль указанных поверхностей с обеспечением возможности вращения жесткой вставки 25 и зубчатого колеса 23 с внешним зацеплением относительно друг друга с небольшим моментом.

[0029] В данном примере волновой подшипник 27 также имеет базовую конструкцию, идентичную конструкции известного волнового подшипника с глубоким желобом, но соответствие внешней дорожки качения превышает соответствие внутренней дорожки качения. Например, соответствие внутренней дорожки качения установлено в пределах от 51,1% до 52,3%, а соответствие внешней дорожки качения установлено в пределах от 52,6% до 58,1%.

Изобретение относится к машиностроению. Волновая передача (1) содержит генератор (4) волн, снабженный жесткой вставкой (5) и волновым подшипником (7). Волновой подшипник (7) представляет собой подшипник с глубоким желобом и установлен на эллиптической внешней окружной поверхности жесткой вставки (5), в результате чего обеспечен изгиб внешней дорожки качения (9) и внутренней дорожки качения (8) с получением эллиптической формы. D - диаметр шариков (10), Ro - радиус желобковой поверхности внешней дорожки качения, Ri - радиус желобковой поверхности внутренней дорожки качения, Ro/D - соответствие внешней дорожки качения, а Ri/D - соответствие внутренней дорожки качения, причем соответствие Ro/D внешней дорожки качения больше, чем соответствие Ri/D внутренней дорожки качения. Обеспечивается улучшение эксплуатационных характеристик волновой передачи. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

1. Генератор волн волновой передачи, выполненный с возможностью изгиба гибкого зубчатого колеса с внешним зацеплением с получением эллиптической формы, частичного зацепления с зубчатым колесом с внутренним зацеплением и перемещения точек зацепления между двумя зубчатыми колесами в окружном направлении, причем генератор волн содержит:

жесткую вставку и волновой подшипник,

причем волновой подшипник содержит кольцевую внешнюю дорожку качения, выполненную с возможностью изгиба в ее радиальном направлении, кольцевую внутреннюю дорожку качения, выполненную с возможностью изгиба в ее радиальном направлении, и множество шариков, введенных между внешней дорожкой качения и внутренней дорожкой качения;

волновой подшипник установлен на эллиптической внешней окружной поверхности жесткой вставки, а внешняя дорожка качения и внутренняя дорожка качения изогнуты с получением эллиптической формы; и

где D - диаметр шариков, Ro - радиус желобковой поверхности внешней дорожки качения, Ri - радиус желобковой поверхности внутренней дорожки качения, Ro/D - соответствие внешней дорожки качения, а Ri/D - соответствие внутренней дорожки качения,

причем соответствие Ro/D внешней дорожки качения больше, чем соответствие Ri/D внутренней дорожки качения.

2. Генератор волн волновой передачи, выполненный с возможностью изгиба гибкого зубчатого колеса с внешним зацеплением с получением эллиптической формы, частичного зацепления с зубчатым колесом с внутренним зацеплением и перемещения точек зацепления между двумя зубчатыми колесами в окружном направлении, причем генератор волн содержит:

жесткую вставку и волновой подшипник,

причем волновой подшипник содержит кольцевую внешнюю дорожку качения, выполненную с возможностью изгиба в ее радиальном направлении, желобковую поверхность внутренней дорожки качения, выполненную на эллиптической внешней окружной поверхности жесткой вставки, и множество шариков, введенных между желобковой поверхностью внутренней дорожки качения и желобковой поверхностью внешней дорожки качения, выполненной на внутренней окружной поверхности внешней дорожки качения;

внешняя дорожка качения изогнута с получением эллиптической формы, соответствующей эллиптической внешней окружной поверхности; и

где D - диаметр шариков, Ro - радиус желобковой поверхности внешней дорожки качения, Ri - радиус желобковой поверхности внутренней дорожки качения, Ro/D - соответствие внешней дорожки качения, а Ri/D - соответствие внутренней дорожки качения,

причем соответствие Ro/D внешней дорожки качения больше, чем соответствие Ri/D внутренней дорожки качения.

3. Генератор волн волновой передачи по п. 1 или 2, в котором соответствие внешней дорожки качения находится в пределах от 52,6% до 58,1%, а соответствие внутренней дорожки качения находится в пределах от 51,1% до 52,3%.

4. Волновая передача, содержащая генератор волн по любому из пп. 1, 2 или 3.