Волновой пневмодвигатель Советский патент 1992 года по МПК F15B15/02 F01C17/02 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах различных исполнительных механизмов.

Известен волйовой пневмодвигатель, содержащий корпус с жестким зубчатым колесом и гибкое зубчатое колесо-стакан. Колесо-стакан закреплено на валу, установленном в корпусе с возможностью вращения, и размещено с возможностью зацепления с зубчатым венцом жесткого колеса. В валу выполнен канал для подачи сжатого воздуха. Внутри колеса-стакана установлен ротор с соплами и распределительным кольцевым и подводящими каналами.

Данный пневмодвигатель имеет большие габариты и сложную конструкцию.

Известен волновой пневмодвигатель, содержащий втулки из эластичного материала с кольцевыми каналами, соединенными с источником сжатого воздуха. В полости втулок с зазором расположен цилиндрический ротор, установленный с возможностью их обкатывания и взаимодействия с внутренней поверхностью неподвижного гибкого зубчатого колеса. Гибкое колесо размещено с возможностью зацепления с зубчатым венцом жесткого колеса, которое установлено с возможностью вращения.

Известный пневмодвигатель имеет недостаточную долговечность и сложную конструкцию.

Цель изобретения - повышение долговечности и упрощение конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в волновом пневмодвигателе, содержащем втулки с кольцевыми каналами, соединенными с источником сжатого воздуха, в каждой втулке равномерно по окружности выполнены тангенциальные сопла, сообщающие полости втулок с кольцевыми каналами, а сами втулки выполнены из твердого конструкционного материала, в полости втулок с зазором расположен цилиндрический ротор, установленный с возможностью их обкатывания и взаимодействия с внутренней поверхностью неподвижного гибкого зубчатого колеса, которое размещено с возможностью зацепления с зубчатым венцом жесткого колеса, установленного с возможностью вращения, момент инерции ротора относительно оси, проходящей через центр тяжести перпендикулярно к оси вращения наружной поверхности, меньше удвоенного момента инерции относительно последней оси, при этом разность величин внутреннего диаметра втулок и диаметра расположенных в них участков ротора превышает разность величин внутреннего диаметра гибкого колеса и диаметр участка ротора, размещенного внутри этого колеса.

На фиг. 1 изображен волновой пневмодвигатель, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - вариант конструкции ротора двигателя.

Устройство содержит кронштейн 1, на котором закреплены преимущественно в

вертикальном положении выполненные из твердою конструкционного материала, например из металла, соосные втулки 2 и 3. Внутренние полости 4 втулок 2 и 3 соединены с источником сжатого воздуха (не показан) посредством распределительного канала 5 в кронштейне 1, кольцевых каналов 6 с подводящими отверстиями 7 и тангенциальных сопел 8, выполненных в каждой втулке равномерно по окружности. Между

втулками 2 и 3, соосно к ним, установлено гибкое зубчатое колесо-кольцо 9. Во втулке 2 выполнен внутренний зубчатый венец 10. Гибкое колесо 9 размещено с возможностью внутреннего зацепления с жестким колесом 11, выполненным с внутренним зубчатым венцом 12. Жесткое зубчатое колесо 11 установлено на втулке 3 с возможностью вращения. Зубчатые колеса 9 и 11 образуют волновую передачу, а втулка 2 с

зубчатым вянцом 10 выполняет роль неподвижной зубчатой полумуфты. Выходным элементом указанной волновой передачи является жесткое зубчатое колесо 11, которое находится во внешнем зубчатом, например, коническом зацеплении с зубчатой шестерней 13 какого-либо исполнительного механизма (не. показан). Во втулках 2 и 3 установлен с зазором ротор 14, выполенный с соотношением моментов инерции, выражающимся неравенством

(1)

где h - момент инерции относительно оси, проходящей через центр тяжести перпендикулярно к оси вращения наружной, поверхности ротора 14;

I - момент инерции относительно оси вращения наружной поверхности ротора 14. Геометрические параметры ротора 14 находятся в зависимости от внутренних диаметров втулок 2 и 3 и гибкого колеса-кольца 9, которая выражена следующим неравенством:

Di - di Da - d2 ,(2)

где DI - внутренний диаметр втулок 2 и 3;

di -диаметр расположенных в полостях 4 втулок 2 и 3 участков ротора 14;

D2 - внутренний диаметр (не показан) колеса-кольца 9;

da - диаметр участка ротора 14, расположенного на уровне колеса-кольца 9.

На торце ротора 14 и в кронштейне 1 имеются конические углубления 15, в которых расположен конический ролик 16. вы- нолнзнный с двумя вершинами и выполняющий роль опорного элемента.

Лневмюдвигатель работает следующим образом.

В канал 5 кронштейна 1 подают сжатый воздух, который, истекая из тангенциальных сопел 8. образует в полостях 4 втулок 2 и 3 вращающийся поток. Под действием сил закрученного потока воздуха ротор 14 начинает вращзться вокруг общей оси втулок 2 и 3. Благодаря имеющемуся соотношению моментов инерции (1) ротора 14, он вращается по образующей цилиндра. Вследствие указанного вращения ротора 14 на него действует центробежная сила F, прижимающая его к внутренней поверхности колеса-кольца 9, По мере разгона ротора 14, центробеж- ная сила возрастает, что вызывает деформацию гибкого колеса 9 и перемещение ротора 14 до контакта с внутренней поверхностью втулок 2 и 3. Указанная деформация гибкого колеса 9 обеспечивается указанным соотношением геометрических параметров элементов устройства выраженным неравенством (2).

В установившемся режиме ротор 14 обкатывает внутренние поверхности колеса- кольца 9 и втулок 2 и 3, вращаясь вокруг общей оси последних с установившейся скоростью О) и вокруг своей оси с установившейся скоростью (о 1. Угловая скорость вращения а) ротора 14 зависит от угловой скорости вращающегося потока воздуха.

На гребке волны деформации гибкое колесо 9 входит в зубчатое зацепление с венцом 12 жесткого колеса 11. Вращение ротора 14 вокруг общей оси втулок 2 и 3 вызывает перемещение волны деформации и, как следствие, вращение жесткого зубчатого колеса 11, так как возможность вращения самого гибкого колеса 9 устраняется зубчатым зацеплением с венцом 10 втулки 2. От зубчатого колеса 11 вращение передается шестерне 13.

Регулировка угловой скорости вращения предлагаемого волнового пневмодвига- теля обеспечивается регулировкой давления сжатого воздуха, от которого зависит угловая скорость вращения закрученного потока.

Для повышения КПД устройства путем обеспечения режима обкатывания ротором 14 внутренних поверхностей втулок 2 и 3 и

колеса-кольца 9 без скольжения, целесообразно выполнение ротора 14 с подшипником 17 качения.

Предлагаемый волновой пневмодвига- тель имеет простую конструкцию и в нем

отсутствует циклически нагружаемые элементы из эластичного материала, что обеспечивает достаточную долговечность.

Пневмодвигатель целесообразно использовать в приводах различных исполнительных механизмов, в приводах роботов и манипуляторов, что позволяет упростить конструкцию этих механизмов. Формула изобретения Волновой пневмодвигатель, содержащий две соосные втулки с кольцевыми каналами, соединенными с источником сжатого воздуха, в полости которых с зазором расположен цилиндрический ротор, установленный с возможностью их обкатывания и

взаимодействия с внутренней поверхностью неподвижного гибкого зубчатого колеса, которое размещено с возможностью зацепления с зубчатым венцом жесткого колеса, установленного с возможностью вращения, отличающийся 7ем, что, с целью повышения долговечности и упрощения конструкции, в каждой втулке равномерно по окружности выполнены тангенциальные сопла, сообщающие полости втулок с кольцевыми каналами, втулки выполнены из твердого конструкционного материала, а момент инерции ротора относительно оси, проходящей через его центр тяжести перпендикулярно к оси вращения наружной поверхности, меньше удвоенного момента инерции относительно последней оси, при этом разность величин внутреннего диаметра втулок и диаметра расположенных в них участков ротора превышает разность величин внутреннего диаметра гибкого колеса и диаметр участка ротора, размещенного внутри этого колеса.

tt

Использование: в приводах исполнительных механизмов. Сущность изобретения кольцевое каналы 6 соосных втулок 2 и 3 соединены с источником сжатого воздуха. В полости втулок 2 и 3 с зазором расположен цилиндрический ротор 14, установленный с возможностью из обкатывания и взаимодействия с внутренней поверхностью неподвижного гибкого зубчатого колеса 9. Колесо 9 размещено с возможностью зацепления с зубчатым венцом 10 жесткого колеса 11. Колесо 11 установлено с возможностью вращения. В каждой втулке 2 и 3 равномерно по окружности выполнены тангенциальные сопла 8, сообщающие полости с каналами 6. Втулки 2 и 3 выполнены из твердого конструкционного материала. Момент инерции ротора 14 относительно оси, проходящей через его центр тяжести перпендикулярно к оси вращения наружной поверхности, меньше удвоенного момента инерции относительно оси вращения. Разность величин внутреннего диаметра втулок 2 и 3 и диаметра расположенных в них участков ротора 14 превышает разность величин внутреннего диаметра колеса 9 и диаметр участка ротора 1-4, размещенного внутри колеса 9. 4 ил. сл С а xi сл Сл) о о ю Vuii

ff-Б

Фиг. I