Волновая зубчатая передача Советский патент 1983 года по МПК F16H1/00 

Изобретение относится к гидроприводам, а именно к волновым зубчатым передачам с гидромеханическим или пневмомеханическим генератором волн деформации, и может быть использовано в качестве исполнительных устройств в высококачественных силовых следящих приводах. Известна волновая зубчатая передача, содержащая корпус, гибкое и жесткое колеса, выходной вал и гидромеханический генератор, выполненный в виде распределительного гидроаппарата и соединенных с его выходными гидролиниями гидроцилиндров с толкателями, смещенными один относительно другого равномерно по окружности гибкого колеса на фазный угол 1. Недостатками известного устройства являкхтся невозможность регулирования скорости вращения выходного вала, значительные объемные потери, возникающие в результате перетекания жидкости из полости высокого в полость низкого давления. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения регулирования скорости вращения выходноговала передачи. Указанная цель достигается тем, что в волновой зубчатой передаче гидромеханический генератор снабжен переключающим устройством, установленным в выходных гидролиниях распределительного гидроаппарата и выполненным в виде пакета из двух неподвижных дисков и одного размещенного между ними подвижного диска, установленных на одной оси, причем один неподвижный диск на поверхности, обращенной внутрь пакета, имеет равномерно распределенные по окружности углубления, каждое из которых соединено на его внещнем торце с одной из выходных гидролиний, подвижный диск выполнен с равномерно распределенными по окружности сквозными аксиальными отверстиями, а другой неподвижный диск выполнен со сквозными отверстиями, размещенными по концентрическим окружностям, количество которых равно числу скоростей выходного вала передачи, а количество отверстий на каждой окружности равно числу выходных гидролиний, при этом отверстия каждой окружности смещены относительно отверстий другой окружности и каждое из отверстий одной окружности соединено на внещнем торце диска с одним из отверстий других окружностей с помощью коллектора, который подключен к гидроцилиндру. На фиг. 1 показано соединение основных элементов волновой зубчатой передачи; на фиг. 2 - один неподвижный диск; на фиг. 3 подвижный диск; на фиг. 4 - другой неподвижный диск; на фиг. 5 - переключающее устройство, продольное сечение. Волновая зубчатая передача содержит корпус 1, гибкое колесо 2, жесткое колесо 3, выходной вал 4, распределительный гидроаппарат 5, гидролинии 6, гидроцилиндры 7 с толкателями, рычаг поворота 8, поджимающую пружину 9, упор 10 пружины 9, ось 11 переключающего устройства, неподвижный диск 12, подвижный диск 13, неподвижный распределительный диск 14, фиксатор 15 положений диска 13, коллекторы 16 с выходными гидролиниями 17. Неподвижный диск 12 выполнен с центральным отверстием 18 для скользящей посадки на ось 11 и на плоской рабочей поверхности имеет углубления 19, соединенные через сквозные аксиальные отверстия 20 с гидролиниями 6. На ободе диска 12 выполнены щлицевые пазы 21 для фиксации диска от угловых, перемещений вокруг продольной оси, а также уплотнение 22. Для герметизации соединения вала И с диском 12 служит уплотнение 23. Подвижный диск 13 выполнен с аксиальными сквозными отверстиями 24, соединяющими его плоские параллельные рабочие поверхности. Отверстия 24 выполнены так, что их верхние части в рабочем положении перекрывают часть каждого углубления 19 на диске 12, образуя с отверстиями 20 единую гидролинию. Диск 13 содержит центральное отверстие 25 для скользящей посадки на ось 11 и паз 26 под щпонку, фиксирующую от угловых пеРемещений на оси. На ободе диска 13 в количестве, равном числу скоростей выходного вала, выполнены пазы 27 под фиксатор 15. Неподвижный распределительный диск 14 плоской рабочей поверхностью контактирует с ответной поверхностью диска 13 и имеет на ней сквозные аксиальные отверстия, размещенные по концентрическим окружностям. Количество окружностей равно числу скоростей выходного вала, а количество отверстий на них равно числу выходных гидролиний 6 гидроаппарата 5. На фиг. 4 показано выполнение диска 14 для случая двухскоростной передачи. Диск 14 содержит отверстия 28, обеспечивающие подвод жидкости к гидроцилиндрам 7, для реализации первой скорости передачи и отверстия - реализации второй скорости. Отверстия 28 и 29 смещены один относительно другого на центральный угол, равный углу между пазами 27 диска 13, что обеспечивает разделение гидромагистралей при переходе с одной скорости на другую. На внутренней поверхности диска 14 выполнены шлицы 30 для фиксации диска 12 от угловых перемещений. Диск 14 выполнен с центральным отверстием 31 для скользящей посадки на ось 11. Фланец диска 14 развит в цилиндрический пенал, выполняющий , , ,... роль корпуса переключающего устройства, На фланце диска 14 выполнены отверстие 32 для установки фиксатора 15 и отверстие 33 для подсоединения дренажной гидролинии. В центральной части диска 14 смонтированы узел 34 упорного подшипника и узел 35 уплотнения. Устройство работает следующим образом. При двухскоростной передаче, т.е. U 1, j 2, гидроцилиндры 7 с толкателями работают по схеме: первый находится в процессе отпускания, второй прижат к гибкому колесу 2, третий толкатель выдвигается к гибкому колесу 2. Распределительный гидроагрегат 5 содержит произвольно выбранное количество п 12 гидроцилиндров 7 с толкателями. Тогда для реализации первой скорости передачи жидкость под давлением подается к отверстиям 28 (фиг. 4) последовательно от отверстия с номером i 1 до отверстия i 12 и далее к гидроцилиндрам 7. Для реализации второй скорости эти отверстия 28 необходимо соединить с отверстиями 29 (фиг. 4) под номерами у, расположенными на окружности с номером j 2, причем 1 у 12. Если при этом нужно изменить передаточное отношение, например, в два раза, то у 1 необходимо соединить коллектором 16 ci 1, 3и т.д., через один номер i. Такое соединение описывается формулой J- Y - (J-1). (1) Однако уже с у 7 заметим, что присоединяемые отверстия 28 i начинают повторяться, а их номера превышают число 1 12. Поэтому в формуле (1) i помечено звездочкой, как ориентировочное, несоответствующее инстинному i. Возникает потребность в добавлении к формуле (1) следующего выражения - т-п, (2) где m О такое целое число, при котором 1 i п. Отмеченное же повторение номеров i приводит к тому, что половина гидроцилиндров 7, а именно те из них, которые через гидролинии 17 соединены с отверстиями i под четными номерами, не будет участвовать в работе при реализации второй скорости передачи. Это явление устраняется введением условия- есть нечетное целое число. Однако для осуществления проведенных расчетов следует предварительно определить необходимый минимум nmia гидроцилиндров 7. Это позволяет сделать следующая формула 3-2-и j, (3) В которой правая часть в целом является реализацией условия, что зона частичного и полного зацепления зубьев не должна превышать 180° для любой скорости передачи; число 3 характеризует порядок работы гидроцилиндров 7 с толкателями, т.е. первый находится в процессе отпускания, второй прижат к гибкому колесу 2, третий толкатель выдвигается к гибкому колесу 2; число 2 подчеркивает, что по крайней мере половина толкателей должна быть свободна в каждый момент времени; j означает количество скоростей передачи. При соблюдении указанного условия всегда будет меньще п истинного и служит только цели определения исходных данных для расчета. Представленные формулы можно распространить на двухволновые (U 2) передачи. Однако в этом случае работают две группы диаметрально противоположных гидроцилиндров 7 с толкателями, т.е. для i и у выполняется условие , и Л + 1 V 1 Y 1 2 Тогда по аналогии с формулами для одноволновой передачи можно записать i J-Y - (J-1) при UY| , i j-(Y)-(j-0 -|пpи|+ а истинные номера отверстий i опредееляются по формуле (2). Потребное число гидроцилиндров 7 с толкателями ,-„ 3-2-U-J определяется исходя из следующих условий: 1 - нечетное целое число) Сц. - дробное число Первое из условий (4) обеспечивает возможность равномерного распределения волн по окружности гибкого колеса 2, при соблюдении второго обеспечивается равномерность задействования гидроцилиндров 7 с толкателями. Для случая, например, трехволновой передачи (U 3) следует учитывать, что в этом варианте исполнения передачи работают три равные группы толкателей. Тогда соединение отверстий производится в соответствии с формулами: i j.Y(j -1) при , 1 j(j-f )-(J-I) +1 i j,(() при , результаты вычислений по которым приводятся в соответствие истинным номерам отверстий, П9 формуле (2). При этом также обязательно использование формулы (3) и условий (4). Рассмотрение передач с различными числами волн U и количесаом скоростей j выходного вала позволяет сделать общий вывод. Число гидроцилиндров П ВЬ1бирается большим, чем S-U-j , исходя из условий нечетное целое число, дробное число Номера отверстий у последовательно выбираются из диапазона от у 1 + V где К - целое число, послеIМдовательно принимающее значения от 1 до и, подставляются в формулу для вычисления ориентировочного номера отверстия -(J-1) + ц Затем по формуле i i - ш-п уточняется истинный номер отверстия, соединяемого коллектором с отверстием у, номер которого подставляется в формулу для i. Для реализации первой, наиболее медленной скорости вращения выходного вала 4 передачи подвижный переключающий диск 13 путем воздействия на него рычагом 8 через ось 11 устанавливается в первое фиксированное положение. При этом отверстия 24 диска 13 соединяют в единую гидролинию отверстия 28 диска 14 и углубления 19 с аксиальными отверстиями 20 диска 12. Рабочая жидкость от источника давления поступает в распределительный гидроаппарат 5 (на фиг. 1 подвод жидкости к гидроаппарату показан стрелкой) и с выхода гидроаппарата 5 подается последовательно через все гидролинии 6 в аксиальные отверстия 20 диска 12, откуда жидкость попадает в углубления 19, из них в отверстия 24 диска 13 и, далее в отверстия 28 диска 14. С выхода отверстий 28 жидкость подается в коллекторы 16, вторые входы которых соединены с отверстиями 29, перекрытыми в рассматриваемом варианте работы передачи плоской рабочей поверхностью диска 13. Единственными гидролиниями для дальнейшего .перемещения жидкости остаются гидролинин 17, по которым жидкость и поступает в гидроцилиндры 7 с толкателями, вызывая их последовательное срабатывание. Перемещение толкателей вызывает движение волны деформации гибкого колеса 2, и выходной вал 4 передачи приходит во вращение с первой угловой скоростью. Для реализации второй скорости вращения выходного вала 4 передачи подвижный переключающий диск 13 с помощью рычага 8 проворачивается с осью 11 до попадания фиксатора 15 в паз 27 на ободе диска 13, что соответствует положению диска при второй скорости. В этом положении отверстия 24 диска 13 соединяют в единую гидролинию углубления 19 и отверстия 20 диска 12 с отверстиями 29 диска 14. Рабочая жидкость от источника давления поступает в распределительный гидроаппарат 5, с выхода которого последовательно по гидролиниям 6 подается в углубления 19 диска 12 через отверстия 20 и, пройдя отверстия 24 диска 13, через отверстия 29 диска 14 проходит во вторые входы коллекторов 16, первые входы которых соединены с отверстиями 28, перекрытыми плоской рабочей поверхностью диска 13. Дальнейший путь жидкости возможен только по гидролиниям 17, и она поступает к гидроцилиндрам 7 с толкателями. Однако в отличие от первого варианта работы передачи, в данном случае жидкость, пройдя второе из отверстий 29, поступает уже не ко второму из гидроцилиндров 7, а к третьему вследствие особенностей соединения отверстий 28 и 29 коллекторами, описанных при выводе фор мул. Соответственно от третьего из отверстий 29 жидкость поступает к пятому из гидроцилиндров 7 и так далее, т.е. как в первом варианте работы жидкость поступала последовательно к каждому отверстию 28, так и в рассматриваемом варианте жидкость последовательно поступает к каждоЩ отверстию 29, однако в рассматриваемом случае дальнейшее распределение жидкости осуществляется от каждого отверстия 29 через коллекторы 16 к гидроцилиндрам 7 с задействованием последних через один на каждом такте срабатывания. Вследствие этого передаточное отношение волновой передачи увеличивается в два раза. Следовательно, при тех же оборотах входного вала распределительного гидроаппарата 5 скорость вращения выходного вала 4 волновой передачи увеличивается в рассматриваемом варианте в два раза. Аналогично работает трех- и более скоростная передача. Таким образом данное устройство позволяет ступенчато изменять скорость выходного вала передачи, причем изменение на первой ступени происходит не менее чем в два раза, на второй ступени не менее чем в три раза и так далее; упростить по сравнению с прототипом технологию обработки поверхности элементов, перемещающихся в процессе распределения потоков жидкости путем применения элементов типа плоских золотников; уменьшить объемные потери при распределении потоков жидкости; повысить производительность труда при применении силовых приводов устройств, построенных на основе изобртения.

/5

/5ZQ

ZO

Z1

2/

Фиг.1

ВОЛНОВАЯ ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА, содержащая корпус, гибкое и жесткое колеса, выходной вал и гидромеханиг ческий генератор, выполненный в виде распределительного гидроаппарата и соединенных с его выходными гидролиниями гидроцилиндров с толкателями, смещенными один относительно другого равномерно по окружности гибкого колеса на фазный угол, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения регулирования скорости вращения выходного вала передачи, гидромеханический генератор снабжен переключающим устройством, установленным в выходных гидролиниях распределительного гидроаппарата и выполненным в виде пакета из двух неподвижных дисков и одного размещенного между ними подвижного диска, установленных на одной оси, причем один неподвижный диск на поверхности, обращенной внутрь пакета, имеет равномерно распределенные по окружности угд;убления, каждое из которых соединено на его внешнем торце с одной из выходных гидролиний, подвижный диск выполн1ен с равномерно распределенными по окружности сквозными аксиальными отверстиями, а другой неподвижный диск выполнен со сквозными отверстиями, размещенными по концентрическим окружностям, количество которых равно числу скоростей выходного вала передачи, а Количество отверстий на каждой окружности равно числу выходных гидролнний, при этом отверстия каждой окружности смещены относительно отверстий другой окружности и каждое из отверстий одной окружности соедииено на внешнем торце диска с одним из отверстий других окружностей с помощью коллектора, который подключен к гидроцилиндру.

f3 2

11

/

///