ВОЛНОВОЙ РЕДУКТОР Российский патент 2024 года по МПК F16H1/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах машин и механизмов, в том числе прецизионных, а также в приводах, работающих в «диодном» режиме, при котором движение передается только от входного вала к выходному и не передается в обратном направлении, что позволяет отказаться от использования тормозных устройств для удержания момента нагрузки на выходном валу при выключенном двигателе.

Известна коническая волновая передача [RU 2145016, МПК F16H 1/32 (2000.01), опубл. 27.01.2000], выбранная в качестве прототипа, которая содержит корпус, соосно расположенные входной и выходной валы, по меньшей мере два установленных с возможностью зацепления конических зубчатых колеса с торцевыми венцами, первое из которых установлено неподвижно в окружном направлении и с возможностью качания в осевом направлении под действием генератора колебаний, связанного с входным валом. Второе колесо закреплено на выходном валу. Передача снабжена шарнирной муфтой, связывающей первое колесо с корпусом, ось вращения шарнирной муфты относительно корпуса и оси делительных конусов конических колес пересекаются в одной точке, лежащей на оси валов. Зубья конических колес имеют трапецеидальный профиль, причем угол профиля исходного контура зуба лежит в пределах от 0,1 до 30°.

Технической проблемой такой передачи является конструктивно сложное исполнение генератора колебаний, который выполнен в виде нажимного ролика с шариковыми катками жестко закрепленного на входном валу, либо в виде косого кривошипа, либо в виде кривошипного вала.

При этом взаимодействие между генератором колебаний и первым зубчатым колесом осуществляется по периферийной поверхности генератора, что позволяет обеспечить расположение поверхности контакта на максимально возможном конструктивно, радиальном удалении от оси вращения генератора колебаний. Такое расположение снижает контактное давление между поверхностями генератора колебаний и зубчатого колеса, однако увеличивает их относительную окружную скорость, и тем самым повышает износ, особенно при высокой частоте вращения генератора колебаний.

Кроме того, конструктивно сложно исполнение передачи с четырьмя коническими зубчатыми колесами, в которой два колеса объединены в двухвенечный зубчатый блок и установлены между двумя другими зубчатыми колесами. Такое техническое решение, направленное, в первую очередь, на повышение нагрузочной способности передачи, значительно снижает технологичность изделия, затрудняя его сборку.

Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение нагрузочной способности зубчатой передачи в составе волнового редуктора, повышение технологичности конструктивного исполнения генератора колебаний и редуктора в целом, снижение износа контактирующих поверхностей генератора колебаний и зубчатых колес.

Предложенный волновой редуктор, также как в прототипе, содержит корпус, крышку, две подшипниковые опоры, крестовину с пальцами, соосно расположенные входной и выходной валы, два установленных с возможностью зацепления конических зубчатых колеса, первое из которых закреплено относительно корпуса неподвижно в окружном направлении и с возможностью качания под действием генератора колебаний, а второе коническое зубчатое колесо закреплено на выходном валу, при этом ось вращения крестовины с пальцами относительно корпуса и оси делительных конусов конических зубчатых колёс пересекаются в одной точке, лежащей на оси валов.

Согласно изобретению, первое коническое зубчатое колесо выполнено с возможностью совершения угловых качаний в двух перпендикулярных плоскостях, проходящих через оси пальцев крестовины, под действием генератора колебаний в виде скошенного под углом торца на конце входного вала. Первое коническое зубчатое колесо снабжено подпятником из антифрикционного материала, контактирующего с генератором колебаний. Второе коническое зубчатое колесо соединено соосно с выходным валом. Зубья конических колёс выполнены с полукруглым профилем так, что первое коническое зубчатое колесо выполнено с зубьями в виде полуконических выступов-зубьев, входящих в зацепление с полуконическими выемками-зубьями второго коническое зубчатого колеса. Оси полуконических выступов-зубьев и выемок-зубьев совпадают с образующими делительных конусов конических зубчатых колёс. Радиусы зубьев полукруглых профилей одинаковы. В промежутках зубья конических зубчатых колёс сопряжены между собой конической поверхностью, касательной к поверхности двух смежных зубьев и к поверхности делительного конуса. Оси конических зубчатых колес и пальцев крестовины пересекаются в точке, лежащей на оси вращения валов, а также на скошенном под углом торце на конце входного вала. Разность чисел зубьев между первым и вторым коническими зубчатыми колёсами составляет не менее одного зуба.

Размер генератора колебаний в предложенном исполнении меньше, чем в прототипе, при сохранении прежнего контактного давления. Меньший размер генератора колебаний обеспечивает меньшую окружную скорость в месте контакта генератора с подпятником, и, как следствие, снижает их износ.

Выполнение подпятника из антифрикционного материала снижает силу трения, возникающую в месте контакта между деталями.

Предложенное выполнение конических зубчатых колес обеспечивает равномерную нагрузку на тело зуба при работе передачи и снижение осевых нагрузок, а также приводит к уменьшению углового люфта, к уменьшению потерь на трение и увеличению нагрузочной способности передачи в целом.

Увеличение нагрузочной способности передачи волнового редуктора является результатом использования полукруглого профиля зацепления с выступами-зубьями на одном колесе и выемками-зубьями на другом и позволяет отказаться от исполнения передачи с четырьмя коническими зубчатыми колёсами, в которой два колеса объединены в двухвенечный зубчатый блок и установлены между двумя другими зубчатыми колёсами, в пользу технически более простого исполнения с двумя зубчатыми колёсами, но той же или близкой несущей способности.

На фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3 представлены чертежи предлагаемого волнового редуктора.

На фиг. 4 показана развёртка предлагаемого полукруглого профиля зацепления конической зубчатой передачи.

На фиг. 5 представлено строение первого конического зубчатого колеса.

На фиг. 6 представлено строение второго конического зубчатого колеса.

Волновой редуктор (фиг. 1, 2, 3) содержит корпус 1, представляющий собой полый цилиндр, на одном торце которого соосно расположен круглый фланец 1.1 с глухими резьбовыми отверстиями 1.2. Во фланце 1.1 выполнено от 6 до 12 отверстий 1.2, которые расположены равномерно по окружности и на равном удалении от оси O₁-O₁ корпуса 1. В центре фланца 1.1 соосно расположено сквозное цилиндрическое отверстие 1.3, диаметр которого равен внутреннему диаметру корпуса 1. Наружный диаметр 1.4 фланца 1.1 больше наружного диаметра корпуса 1.

На другом торце корпуса 1 расположена первая подшипниковая опора 1.5, представляющая собой полый цилиндр, соединенный с цилиндром корпуса 1 радиальной стенкой 1.6.

К фланцу 1.1 винтами, ввинченными в отверстия 1.2, присоединена крышка 2 в форме диска, которая снабжена второй подшипниковой опорой 2.1.

В первую подшипниковую опору 1.5 соосно установлен выходной вал 3.

Во вторую подшипниковую опору 2.1 соосно установлен входной вал 4. На торце крышки 2, прилегающем к корпусу 1, выполнен цилиндрический выступ 2.2, обеспечивающий центрирование крышки 2 относительно цилиндрического отверстия 1.3 в корпусе 1 и соосность валов 3 и 4. Диаметр выступа 2.2 на крышке 2 равен диаметру отверстия 1.3 в корпусе 1.

На торце крышки 2 соосно отверстиям 1.2 во фланце 1.1 выполнены гладкие отверстия 2.4 с цековкой для установки винтов с внутренним шестигранником и крепления крышки 2 к корпусу 1.

Внутренняя сторона крышки 2 выполнена с двумя выступающими проушинами 2.3, расположенными симметрично относительно её оси. Проушины 2.3 имеют форму параллелепипеда, две боковые стороны которого параллельны оси O₁-O₁ корпуса 1. Поперек каждой проушины 2.3 выполнено сквозное цилиндрическое отверстие 2.5, ось O₂-O₂ которого пересекает ось O₁-O₁ корпуса 1 под прямым углом. Торец 2.6 каждой проушины 2.3 скруглен. В отверстия 2.5 проушин 2.3 установлены пальцы 5 крестовины 6.

Диаметр входного вала 4 меньше диаметра выходного вала 3. Конец входного вала 4, расположенный внутри корпуса 1 имеет ступень 4.1 большего диаметра, торец 4.2 которой, расположен под углом к оси вращения входного вала 4.

Крестовина 6 выполнена в виде цилиндрического диска с отверстием 6.1 в центре для входного вала 4. На внешней поверхности на всю ширину цилиндрического диска выполнены четыре равномерно расположенные лыски 6.2. В центре каждой лыски 6.2, перпендикулярно её поверхности выполнено сквозное цилиндрическое отверстие 6.3. Оси цилиндрических отверстий 6.3 O₂-O₂ и O₃-O₃ перпендикулярны друг другу и пересекают ось O₁-O₁ корпуса 1 под прямым углом. В каждое отверстие 6.3 установлен палец 5.

Первое коническое зубчатое колесо 7 представляет собой диск на одном торце которого выполнен выступ с внутренним конусом 7.1, а на другом торце диска равномерно по кругу расположены две проушины 7.2 с гладкими цилиндрическими отверстиями, выполненные единым целым с коническим зубчатым колесом 7. Проушины 7.2 выполнены идентично проушинам 2.4 крышки 2. В отверстия проушин 7.2 конического зубчатого колеса 7 установлены два пальца 5 крестовины 6.

Таким образом, крестовина 6 снабжена четырьмя одинаковыми пальцами 5, расположенными равномерно по кругу, два из которых соединены с проушинами 2.3 крышки 2, а два других - с проушинами 7.2 первого конического зубчатого колеса 7.

В центре первого конического зубчатого колеса 7 выполнено цилиндрическое гладкое отверстие 7.3, в которое с натягом установлен подпятник 8 из антифрикционного материала, например, из латуни, бронзы или фторопласта. Подпятник 8 представляет собой плоскую цилиндрическую шайбу с небольшим цилиндрическим выступом 8.1. Торец 8.2 подпятника 8 сопряжен с поверхностью 4.2 торца входного вала 4. Выступы-зубья 7.4 первого конического зубчатого колеса 7, расположены равномерно по поверхности внутреннего конуса 7.1.

Второе коническое зубчатое колесо 9 представляет собой диск, на торце которого с выполнен выступ с внешним конусом 9.1, на котором равномерно по кругу расположены выемки-зубья 9.2. Второе колесо 9 насажено соосно на конец выходного вала 3, расположенный внутри корпуса 1, или выполнено с ним единым целым. Выемки-зубья 9.2 второго конического зубчатого колеса 9 контактируют с выступами-зубьями 7.4 первого конического зубчатого колеса 7, причем разность чисел зубьев между первым и вторым коническими зубчатыми колёсами составляет не менее одного зуба.

Конические зубчатые колеса 7 и 9 и пальцы 5 крестовины 6 расположены относительно друг друга так, что оси конических зубчатых колес 7 и 9 (О₁-О₁ и О₄-О₄) и пальцев 5 (О₂-О₂ и О₃-О₃) пересекаются в точке О, лежащей на оси вращения валов 3 и 4, а также на торцевой поверхности 4.2 входного второго вала 4, являясь её центром, неподвижным в осевом и радиальном направлениях.

Зубчатая передача волнового редуктора образована двумя коническими зубчатыми колесами 7 и 9 (фиг. 4). Первое зубчатое колесо 7 выполнено с выступами-зубьями 7.4, имеющими полукруглый профиль радиусом R₁ с центром А₁, лежащем на делительной окружности D₁. Выступы-зубья 7.4 сопряжены между собой скруглениями 7.5, касательными к выступам-зубьям 7.4 и к делительной окружности D₁. Скругления 7.5 образуют впадины первого зубчатого колеса 7.

Второе зубчатое колесо 9 выполнено с полукруглыми выемками-зубьями 9.2, имеющими полукруглый профиль радиусом R₂ с центром А₂, лежащим на делительной окружности D₂. Выемки-зубья 9.2 сопряжены между собой скруглениями 9.3, касательными к выемкам-зубьям 9.2 и к делительной окружности D₂. Скругления 9.3 образуют выступы второго зубчатого колеса 9.

Выступы-зубья 7.4 первого зубчатого колеса 7 расположены в выемках-зубьях 9.2 второго зубчатого колеса 9. Радиусы R₁ выступов-зубьев 7.4 и радиусы R₂ выемок-зубьев 9.2 одинаковы у обоих зубчатых колёс R₁ = R₂. Радиусы скруглений r₁ и r₂ между выступами-зубьями 7.4 первого зубчатого колеса 7 и выемками-зубьями 9.2 второго зубчатого колеса 9 удовлетворяют неравенству r₁ > r₂.

Выступы-зубья 7.4 первого колеса (фиг. 5), имеют в объёме форму усечённого полуконуса и равномерно распределены по поверхности зубчатого колеса 7. Промежутки между выступами-зубьями 7.4, в объёме, сопряжены скруглениями 7.5, представляющими собой конические поверхности, образующие впадины первого зубчатого колеса 7 с радиусом r₁ на делительной окружности D₁. При этом скругления 7.5 являются касательными к поверхности двух смежных выступов-зубьев 7.4 и к поверхности делительного конуса 7.6. Оси выступов-зубьев 7.4 совпадают с образующими делительного конуса 7.6 и пересекаются в точке О, лежащей на оси первого конического зубчатого колеса 7. Оси впадин 7.5 не лежат на поверхности делительного конуса 7.6, но также пересекаются в точке О. В месте касания зубья-выступы 7.4 и скругления 7.5 образуют прямую линию 7.7.

Выемки-зубья 9.2 второго колеса (фиг. 6), имеют в объёме форму усечённого полуконуса и равномерно распределены по поверхности зубчатого колеса 9. Промежутки между выемками-зубьями 9.2, в объёме, сопряжены скруглениями, представляющими собой конические поверхности 9.3, образующие выступы колеса 9 с радиусом r₂ на делительном окружности D₂. При этом скругления 9.3 являются касательными к поверхности двух смежных выемок-зубьев 9.2 и к поверхности делительного конуса 9.4. Оси выемок-зубьев 9.2 совпадают с образующими делительного конуса 9.4 и пересекаются в точке О, лежащей на оси второго конического зубчатого колеса 9. Оси выступов 9.3 не лежат на поверхности делительного конуса 9.4, но также пересекаются в точке О. В месте касания впадины 9.2 и скругления 9.3 образуют прямую линию 9.5.

Волновой редуктор работает следующим образом.

При вращении входного вала 4 приводится во вращение его торец 4.2, выполняющий роль генератора колебаний в волновом редукторе. Торец 4.2 давит, при вращении, на торец 8.2 подпятника 8, являющегося составной частью первого конического зубчатого колеса 7. Первое коническое зубчатое колесо 7 зафиксировано от проворота вокруг своей оси вращения шарнирной муфтой, состоящей из крестовины 6 и пальцев 5. Под воздействием торца 4.2 входного вала 4, первое коническое зубчатое колесо 7 совершает угловые качания в двух ортогональных плоскостях, проходящих через оси пальцев 5 крестовины 6. Результатом этим колебаний является обкатка (без вращения) делительной окружности D₁ первого конического зубчатого колеса 7 по делительной окружности D₂ второго конического зубчатого колеса 9. Поскольку количество зубьев конических зубчатых колес 7 и 9 отличаются, как и размеры диаметров их делительных окружностей, а первое коническое зубчатое колесо 7 зафиксировано от проворота, то при вдавливании его выступов-зубьев 7.4 в выемки-зубья 9.2 второго конического зубчатого колеса 9, колесо 9 начинает вращаться вокруг собственной оси вращения. Вращение второго конического зубчатого колеса 9 приводит во вращение выходной вал 3. Частоты вращения первого 7 и второго 9 конических зубчатых колес различны, как и частоты вращения входного 4 и выходного 3 валов, с которыми они соответственно соединены. Передаточное отношение такого редуктора, как и конической зубчатой передачи, в его составе, равно отношению разности чисел выступов-зубьев 7.4 первого конического зубчатого колеса 7 и выемок-зубьев 9.2 второго конического зубчатого колеса 9 к числу выемок-зубьев 9.2 второго конического зубчатого колеса 9, закрепленного на выходном валу 3. При разности чисел зубьев между первым и вторым коническими зубчатыми колёсами в один зуб, передаточное отношение минимальное, для выбранного числа зубьев второго конического зубчатого колеса 9.

Изобретение относится к машиностроению. Волновой редуктор содержит корпус, крышку, две подшипниковые опоры, крестовину с пальцами, входной и выходной валы, два конических зубчатых колеса, первое из которых закреплено относительно корпуса неподвижно в окружном направлении и выполнено с возможностью совершения угловых качаний в двух перпендикулярных плоскостях, проходящих через оси пальцев крестовины под действием генератора колебаний в виде скошенного под углом торца на конце входного вала. Первое колесо снабжено подпятником из антифрикционного материала, контактирующего с генератором колебаний. Второе колесо соединено соосно с выходным валом. Зубья первого колеса выполнены в виде полуконических выступов, входящих в зацепление с полуконическими выемками второго колеса. Оси полуконических выступов и выемок совпадают с образующими делительных конусов колес. Радиусы зубьев полукруглых профилей одинаковы. В промежутках зубья колес сопряжены между собой конической поверхностью, касательной к поверхности двух смежных зубьев и к поверхности делительного конуса. Оси колес и пальцев крестовины пересекаются в точке, лежащей на оси вращения валов, а также на скошенном под углом торце на конце входного вала. Разность чисел зубьев между первым и вторым коническими зубчатыми колесами составляет не менее одного зуба. Обеспечивается увеличение нагрузочной способности передачи, повышение технологичности и снижение износа. 6 ил.

Волновой редуктор, содержащий корпус, крышку, две подшипниковые опоры, крестовину с пальцами, соосно расположенные входной и выходной валы, два установленных с возможностью зацепления конических зубчатых колеса, первое из которых закреплено относительно корпуса неподвижно в окружном направлении и с возможностью качания под действием генератора колебаний, а второе коническое зубчатое колесо закреплено на выходном валу, при этом ось вращения крестовины с пальцами относительно корпуса и оси делительных конусов конических зубчатых колес пересекаются в одной точке, лежащей на оси валов, отличающийся тем, что первое коническое зубчатое колесо выполнено с возможностью совершения угловых качаний в двух перпендикулярных плоскостях, проходящих через оси пальцев крестовины, под действием генератора колебаний в виде скошенного под углом торца на конце входного вала, при этом первое коническое зубчатое колесо снабжено подпятником из антифрикционного материала, контактирующего с генератором колебаний, а второе коническое зубчатое колесо соединено соосно с выходным валом, причем зубья конических колес выполнены с полукруглым профилем так, что первое коническое зубчатое колесо выполнено с зубьями в виде полуконических выступов-зубьев, входящих в зацепление с полуконическими выемками-зубьями второго конического зубчатого колеса, оси этих полуконических выступов-зубьев и выемок-зубьев совпадают с образующими делительных конусов конических зубчатых колес, радиусы зубьев полукруглых профилей одинаковы, в промежутках зубья конических зубчатых колес сопряжены между собой конической поверхностью, касательной к поверхности двух смежных зубьев и к поверхности делительного конуса, при этом оси конических зубчатых колес и пальцев крестовины пересекаются в точке, лежащей на оси вращения валов, а также на скошенном под углом торце на конце входного вала, причем разность чисел зубьев между первым и вторым коническими зубчатыми колесами составляет не менее одного зуба.