Приводной сферический шарнир Советский патент 1991 года по МПК B25J17/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в различных манилуляционных системах в качестве специального соединения и привода звеньев, совершающих пространственные перемещения.

Целью изобретения является повышение нагрузочной способности за счет повышения жесткости шаровой головки при одновременном повышении точности позиционирования ведомого звена относительно ведущего путем уменьшения люфтов в кинематических цепях.

На фиг.1 показан приводной сферический шарнир, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг,1.

Приводной сферический шарнир содержит ведущее звено 1, ведомое звено 2 и шаровую головку 3, жестко связанную с звеном 2. В ведущем звене 1 неподвижно закреплены кольца 4 и 5, имеющие сферические поверхности, служащие опорными поверхностями для шаровой головки 3. В расточке шаровой головки 3 установлена волновая сдвоенная зубчатая передача, включающая генератор 6 волн, гибкое колесо 7, выполненное в виде кольца с двумя зубчатыми венцами, жесткое зубчатое колесо 8, неподвижно закрепленное в шаровой головке 3, и подвижное жесткое колесо 9, соединенное с валом 10 зубчатого сектора 11, смонтированного в шаровой головке 3 на подшипниковых опорах 12, Известно, что волновая сдвоенная зубчатая передача является практически самотормозящейся (КПД менее 0,5).

Зубчатый сектор 11 зацепляется с зубчатым колесом 13, служащим одновременно жестким зубчатым колесом волнового редуктора, имеющего внутренние зубья, зацепленные с зубьями гибкого колеса 14, в котором расположен генератор 15 волн.

Зубчатый сектор 11 имеет плоские поверхности 16, контактирующие с боковыми поверхностями паза 17 подвижной направляющей 18, связанной посредством вала 19, установленного на подшипниковых опорах 20, с валом 21 привода 22, закрепленного на звене 1 и имеющего аналогичную,сдвоенную волновую зубчатую передачу (не показана).

К подвижной направляющей 18 неподвижно прикреплено гибкое колесо 14 и посредством переходника 23 присоединен двигатель 24, вал 25 которого при помощи муфты 26 связан с валом 27 генератора 15 волн. В расточке переходника 23 смонтированы подшипниковые опоры 28 зубчатого колеса 13. Двигатель 24 и переходник 23 имеют возможность двигаться совместно с

подвижной направляющей 28 относительно звена 1 за счет наличия паза 29, выполненного в звене 1.

В расточке шаровой головки 3 закреплен двигатель 30, вал которого снабжен двумя рабочими концами 31 и 32. расположенными по торцам двигателя 30. Вал двигателя 30 своими концами 31 и 32 имеет возможность взаимодействовать че0 рез электромагнитные муфты 33 и 34 соответственно с генератором 6 волн и винтом 35 ролик овинтовой передачи. Винт 35 смонтирован на подшипниках 36 в ведомом звене 2 и взаимодействует через резьбовые

5 ролики 37 с гайкой 38, неподвижно закрепленной в расточке дополнительного ведомого звена 39, установленного коаксиально основному ведомому звену 2 с возможностью относительного осевого перемещения

0 От поворота звено 39 предохраняется шпонкой 40.

В ведущем звене 1 и кольцах 4 и 5 выполнены пазы, в которых установлены тормозные колодки 41 и 42, имеющие

5 сферические поверхности, соответствующие шаровой головке 3 и связанные с поршнями 43 и 44 гидроцилиндров 45 и 46 причем поршни 43 и 44 нагружены пружинами 47 и 48 соответственно.

0Приводной сферический шарнир работает следующим образом.

При отключении муфты 33 включается привод 22 и получает вращение подвижная направляющая 18. связанный с ней зубча5 тый сектор 11, вал 10, жесткое колесо 9. Так как волновая сдвоенная зубчатая передача является практически самотормозящейся (в данном случае она работает как муфта), то получает вращение жесткое колесо 8 и свя0 занная с ним шаровая головка 3. Таким образом, при работе привода 22 шаровая головка 3. связанная с ведомыми звеньями 2 и 39, получает вращение вокруг оси. Однако такое вращение возможно только при сов5 падении оси вала 10 с продольной осью ведущего звена 1, т.е. с осью валов 19 и 21. Это вращение является вспомогательным и предназначено для поворота шаровой головки 3 в требуемой плоскости относительно

0 оси X и Z.

Для сообщения поворотного движения шаровой головки 3 в плоскости зубчатого сектора 11, т.е. относительно оси X и Z. включается приводной двигатель 24, кото5 рый через валы 25, 27 и муфту 26 приводит во вращение генератор 15 волн. Вращаясь, генератор 15 деформирует гибкое колесо 14, зацепляющееся с жестким колесом 13, вследствие чего последнее получает замедленное поворотное движение и сообщает

его зубчатому сектору 11 и через вал 10 и подшипниковые опоры 12 шаровой головке 3. При этом относительно поворотной направляющей 18 зубчатый сектор 11 скользит поверхностями 16 по поверхностям паза 17. Указанные движения шаровой головки 3 позволяют иметь ведомым звеньям

2и 39 две степени подвижности.

Для вращения шаровой головки 3 относительно оси ведомого звена 2 (ось Y) при любом положении оси вала 10 зубчатого сектора 11 по отношению к продольной оси ведущего звена 1 подается напряжение на электромагнитную муфту 33, соединяющую конец 31 вала двигателя 30 с генератором 6 волн волновой сдвоенной зубчатой передачи, и включается двигатель.ЗО. При этом генератор б получает вращение, деформируя гибкое колесо 7, зацепляющееся с жесткими котеса ми 8 и 9. Жесткое колесо 9 ш рает в данном случае роль неподвижного колеса волновой передачи, так как оно связано с валом 10 который заторможен относительно звена 1

Вследствие деформирования гибкого ко леса 7 и его зацепления с жесткими колесами 8 и 9 получает замедленное вращение жегл кое колесо 8 и сообщает его шаровой i оловко

3и ведомым звеньям 2 и 39 Вместе с шаро вой головкой вращается также и двигатель 30

Таким образом, предложенный меха низм поворота шаровой головки позволяет реализовать три степени подвижности ве домых звеньев, а именно вращение вокруг осей X, Y, Z.

Для сообщения ведомому звену 39 по ступательного движения (по оси Y) подается напряжение на электромагнитную муфту 34 и включается двигатель 30. При этом получает вращение винт 35, который взаимодействуя с резьбовыми роликами 37 сообщает осевое перемещение гайке 38 и связанному .с ней дополнительному ведомому звену 39. Благодаря свойствам ролико- винтовой передачи работать при высоких скоростях двигатель 30 и винт 35 соединя- ются напрямую без промежуточных передач.

Шаровая головка 3 для устранения влияния зазоров в сопряжениях и повышения точности движения ведомого звена 39 мо- жет быть зафиксирована относительно звена 1. Для этого рабочая среда подается в гидроцилиндры 45 и 46, при этом поршни 43 и 44 давят на тормозные колодки 41 и 42, которые, перемещаясь поступательно, ежи- мают шаровую головку 3, жестко фиксируя

ее в требуемом положении. При необходимости освобождения шаровой головки 3 от фиксации снимают давление рабочей среды в гидроцилиндрах 45 и 46. Под действием пружин 47 и 48 поршни 43 и 44 и колодки 41 и 42 возвращаются в исходное положение, освобождая шаровую головку 3. Формула изобретения Приводной сферический шарнир, содержащий ведущее и ведомое звенья, шаровую головку, жестко связанную с ведомым звеном и кинематически связанную посредством трех двигателей и тормозных колодок с ведущим звеном, отличающийся тем, что, с целью повышения нагрузочной способности за счет повышения жесткости шаровой головки при одновременном повышении точности позиционирования ведомого звена относительно ведущего путем уменьшения люфтов в кинематических цепях, он снабжен двумя сдвоенными волновыми зубчатыми передачами, установленными в ведущем звене и в шаровой головке так, что их продольные оси параллельны продольным осям соответственно ведущего звена и шаровой головки, подвижной направляющей, шарнирно связанной с ведущим звеном, зубчатым сектором, подвижно установленным в этой направляющей жестко связанным с подвижным жестким колесом второй сдвоенной волновой зубчатой передачи и шарнирно связанным с шаровой головкой, а также третьей волновой зубчатой передачей, оснащенной подвижным жестким колесом, имеющим основной внутренний и дополнительный внешний зубчатые венцы, и неподвижным гибким зубчатым колесом- цилиндром, причем указанная передача установлена в подвижной направляющей, кинематически связана с одним из двигателей, который жестко установлен на этой направляющей, а продольная ось передачи перпендикулярна продольной оси ведущего звена, при этом два других двигателя установлены соответственно в ведущем и ведомом звеньях, кинематически связаны соответственно с первой и второй сдвоенными волновыми зубчатыми передачами и их продольные оси совпадают с продольными осями соответствующих сдвоенных передач, а подвижное жесткое колесо третьей волновой зубчатой передачи образует зацепление с зубчатым сектором посредством своего дополнительного внешнего зубчатого венца.

46

Жидкость или 1 Jx под давлением

Фм.1

А-А

13

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в различных манипуляционных системах в качестве специального соединения и привода звеньев, совершающих пространственные перемещения. Целью изобретения является f S 7 9 5 38 №37 35 % f 30 П 33 ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ 7 Фиг 1 повышение нагрузочной способности за счет повышения жесткости шаровой головки при одновременном повышении точности позиционирования ведомого звена относительно ведущего путем уменьшения люфтов в кинематических цепях. При вращении жесткого колеса 13 волновой передачи движение передается зубчатым сектором 11 на шаровую головку 3, которая поворачивается оносительно ведущего звена 1 в вертикальной плоскости При повороте вала 19 привода 22 на 90° аналогичное движение шаровой головки 3 осуществляется в горизонтальной плоскости При вращении генератора 6 волн сдвоенной волновой зубчатой передачи от двигателя 30 осуществляется поворот ведомого звена 1 вокруг собственной оси. 2 ил. Ё 0