Передаточный узел Советский патент 1993 года по МПК F16H1/00 

Изобретение относится к передаточному узлу, содержащему две сдвоенные зубчатые волновые передачи. Кроме того, представляется возможным соединить двигатель с передаточным узлом согласно изобретению описанным ниже способом, при этом получается компактный зубчатый двигатель. Одно из преимущественных применений этого двигателя - это применение в механизмах, в которых от силового устройства требуются высокий крутящий момент, малая скорость вращения, небольшое пространство и малый вес, а возможно также и хорошая точность установки, например, в приводных средствах подвижных соединений в промышленных работах.

На фиг.1 представлена общая конструкция передаточного узла в виде частичного

поперечного сечения в продольном направлении; на фиг.2 - торцевой вид на фиг,1; на фиг.З - частичный продольный вид в поперечном сечении передаточного узла, к которому в качестве двигателя крепится бесщеточный двигатель постоянного тока; на фиг.4 - вид в поперечном сечении двигателя согласно фиг.З в направлении линии А-А; на фиг.5 - магнитные цепи для выполнения венца эллиптическим в передаточном узле согласно фиг.З; на фиг.6 - уменьшенный вид с торца работы передаточного узла в движении; на фиг.7 - вид с торца распределения тангенциальных напряжений в венце передаточного узла внутри двойных зубчатых передач, когда передаточный узел находится под нагрузкой.

сл

С

со

со о

СП

о

Сл)

Сл)

Передаточный узел содержит две волновые зубчатые передачи 1 и 2 с общим гибким зубчатым колесом. Гибкое колесо имеет два зубчатых венца 3 и 4 с наружными зубьями и два зубчатых венца 5 и 6 с внутренними зубьями. Жесткое кодесо с внутренними зубьями имеет два венца 7 и 8. Жесткое колесо с наружными зубьями также имеет два венца 9 и 10. Зубчатые венцы 7, 3, 5 и 9 принадлежат передаче 1. Венцы 7 и 3, 5 и 9 зацепляются друге другом. Зубчатые венцы 8,4, 6 и 10 принадлежат передаче 2. Венцы 8 и 4, 6 и 10 зацепляются друг с другом. Генератор 11 волн располагается между венцами 7 и 8 для взаимодействия с гибким колесом/Генератор 11 волн может охватывать гибкое колесо через гибкий подшипник 1.2. Генератор 11 волн может быть выполнен в виде кольца 13, охватывающего подшипник 12 из неферромагнитного материала и расположенных с торцов магнитов Л4, которые совместно с гибким колесом и Кольцом 13 образуют замкнутую магнитную цепь, Любое жесткое колесо как с наружными, так и с внутренними венцами может быть вторичным валом.

На фиг.З и 4 показан передаточный узел, к которому в качестве двигателя крепится бесщеточный двигатель постоянного тока. При этом жесткое колесо с венцами 9 и 10 выполнено за одно целое с общим неферромагнитным вторичным валом 15, а жесткое колесо с внутренними зубьями выполнено за одно целое с фланцами 16 корпуса 17. Передаточный узел содержит также статор 18, двигателя, статорную намотку 19 и ротор 20 двигателя, жестко соединенный с генератором 11 волн. Постоянные магниты 21 для двигателя, постоянные магниты 14, опорные кольца 22 расположены в кольце 13. Неферромагнитный подшипник 8 и воздушные зазоры 23 обеспечивают возможность перемещения ротора 20 по отношению к гибкому колесу. Ротор 20 монтируется к узлу фланцев посредством подшипников 24.

На фиг.5 - представлены магнитные цепи d роторе 20 и гибком колесе для придания последнему эллиптической формы в передаточном узле согласно фиг.З. Направление полюсов постоянных магнитов 14, прикрепленных к ротору 20, выбирается таким образом, что магнитный поток вращается п осевом направлении и в радиальном направлении через гибкое колесо, постоянные магниты и ротор. В этом случае получается сильное магнитное притяжение у подшипника 12 по желаемой длине периферии подшипника. Посредством опорных ко

лец 22 можно обеспечить устойчивость магнитам 14 и сохранение воздушного зазора 23 независимо от магнитного притяжения. Поскольку магнитный поток не проникает

через гибкое колесо, в последнем не индуцируются большие вихревые токи, несмотря на вращательное движение между ротором и гибким колесом. Вихревые токи могут быть уменьшены посредством выполнения

гибкого колеса в зоне магнитной цепи из материала, имеющего высокую проницаемость, хорошую величину насыщения и высокое удельное сопротивление. Один из путей дальнейшего уменьшения индукционных токов заключается в изготовлении гибкого колеса в зоне магнитной цепи посредством его наматывания из тонкой полосы таким образом, чтобы между поверхностями полосы обеспечивается

особотонкий слой изоляционного материала для предотвращения прохождения рэди- альныхиндукционныхтоков.

Гистерезисные потери могут быть существенно уменьшены, когда направления движения магнитных потоков в гибком колесе одинаковы. Так, на фиг.5 верхний и нижний потоки имеют противоположные направления вращения. Эллиптическая форма также может быть получена посредством регулирования направления потока в гибком колесе таким образом, что Он параллелен периферии гибкого колеса. Вызываемые этим недостатки включают в себя большие гистерезисные потери.

На фиг.6 представлен уменьшенный вид того случая, когда передаточный узел находится в движении. Когда ротор 20 поворачивается на угол а, гибкое колесо катится вдоль внешней периферии, имеющей

радиус R, на расстояние Si a. R. При этом на такое же расстояние aR гибкое колесо катится по изогнутой части S. И на более короткую длину S2 a r катится от криволинейной части S. Поскольку длина кри волинейной части S остается той же самой, вторичный вал, имеющий радиус г, также должен повернуться на расстояние 5з /3 Г в направлении, противоположном направлению вращения ротора. Этот случай

иллюстрируется уравнением

S+S-1-S2-S3 S,

которое может быть упрощено и решено следующим образом:

Si-S2-S3 0

яР-.яг-(-/) г 0

a( R - Г ) - -/3 Г (направление вращения по часовой стрелке)

I a/ft - r/R - г - передаточное отношение

Знак минус в формуле передаточного отношения указывает, что вторичный вал вращается в направлении, противоположном направлению вращения первичного вала. На практике гибкое колесо имеет определенную толщину, а его внутренняя и наружная поверхности имеют разное число зубьев, в то время, как размер зубьев один и тот же,

На фиг.7 показаны тангенциальное напряжение растяжения и направление сжатия, создаваемые в гибком колесе вследствие нагружающего момента, действующего на вторичный вал. Когда вторичный вал поворачивается в направлении, противоположном направлению вращения первичного вала, напряжения сжатия преобладают в пределах криволинейных участков Pi и Ра, а напряжения растяжения в пределах криволинейных участков Vi и Va. Поскольку зубья в волновой зубчатой передаче не находятся в соприкосновении в верхних точках гибкого колеса (хотя они и взаимосвязаны), а начинаются, от определенной точки после тангенциальной точки, точки нулевого напряжения располагаются на расстоянии, определяемом углами У и Y2 от тангенциальных точек между гибким и жестким колесом с внутренними зубьями.

Тангенциальные напряжения растяжения и напряжения сжатия, создаваемые в гибком колесе вследствие нагрузки, таковы, что они стремиться сделать гибкое колесо еще более эллиптическим в зоне волновых зубчатых передач 1 и 2 и повернуть эллипс гибкого колеса против крутящего момента первичного вала (ротора). Если по этой причине с одной стороны эллипс гибкого колеса был скручен на определенный угол, это вызвало бы движение между жесткими колесами с наружными и внутренними зубьями в пределах этой зоны благодаря передаточному механизму. Поскольку жесткие колеса связаны друг с другом по обеим сторонам передаточного узла, соответствующее движению между ними также будет иметь место на другой стороне зубчатой передачи. Это дополнительно заставляет эллипс гибкого соответствующим образом скручиваться также и на этой стороне передаточного узла. Таким образом, скручивание передаточного узла симметрично по обеим его сторонам. Такая деформация эллипса гибкого колеса в отношении эллипсной формы в пределах зоны генератора волн требует, например, срезания материала, а не только изгиба пласти- ны гибкого колеса, если не может происходить коробление. Кручение требует

скручивающих напряжений в гибком колесе. Однако они могут быть вызваны только первичным моментом, но не вторичным моментом, поэтому кручение остается незначительным. Гибкое колесо не отходит от

внешней эллиптической формы генератора волн, что объясняется тем, что поскольку он не может быть выдавлен из форм в пределах зон Pi и Р2 сжимающих напряжений, когда гибкое колесо плотно опирается на опорный

подшипник посредством силы притяжения постоянных магнитов, он также не может отойти от его формы внутрь в пределах зон Vi и V2 растягивающих напряжений. Кроме того, гибкое колесо не отсоединяется от

зубьев жесткого колеса с внутренними зубьями, поскольку он прижимается к вторичному валу благодаря растягивающим напряжениям, действующим а пределах зон Vi и Va. Подводя итог вышеуказанному, можно упомянуть, что передаточный узел может работать стабильно в отношении нагрузок и устойчиво в отношении деформаций. Для получения способности передачи оптимального момента жесткость гибкого колеса должна быть обеспечена путем придания ему соответствующих размеров, принимая во внимание все компоненты оказываемых на него напряжений. Это связано с оптимизацией известными способами, что не будет

здесь рассматриваться более подробно.

Гибкому колесу передаточного узла также может быть придана эллиптическая форма посредством внешнего опорного подшипника, при этом нет необходимости в

отдельных тянущих магнитах. Поскольку опорный подшипник прижимает гибкое колесо к зубьям жесткого колеса вторичного вала, гибкое колесо одновременно прижи- мается к зубьям жесткого колеса с внутренними зубьями в перпендикулярной плоскости. Вследствие необходимых зазоров подшипника этот вид передаточного узла в большей степени возможен в случае зазоров при кручении, чем в том случае,

когда эллиптическая форма получается посредством магнетизма. Преимущество заключается в том, что в гибком колесе не индуцируются вихревые токи и нет необходимости принимать во внимание ферромагнитные свойства при выборе материала деталей.

Гибкое колесо может быть выполнено эллиптическим и передача к гибкому колесу может быть осуществлена соответствующим образом изнутри от центра гибкого колеса.

Если желательно, то зазоры при кручении у передаточного узла могут быть умень- шены посредством деления зубьев жесткого колеса с внутреннимитзубьями и вторичного вала на две части в продольном направлении. Посредством поворота проти- возубчатых частей каждой зубчатой части в гибком колесе по отношению друг к другу и посредством блокирования частей друг с другом между зубчатыми частями получается контакт без какого-либо зазора.

Выше описан передаточный узел, когда гибкое колесо двух волновых зубчатых передач образован посредством двух долей. Передаточный узел также действует, если количество долей отличается от указанного выше, подобному тому, как обычнб выполняются двойные волновые зубчатые передачи.

Передаточный узел легко может быть ерметизирован, с тем чтобы он.был непроницаемым смазкой и мог бы быть предотвращен вход внешних загрязнений в зубья, хотя это и не представлено на чертежах с примерами для ясности этих чертежей.

Вторичный вал передаточного узла посредством гибкого колеса получает определенную радиальную опору. Допустимая радиальная и осевая нагрузка может быть дополнительно увеличена посредством внешних подшипников, кроме того, гибкое колесо может удерживаться в осевом направлении. Это также не показано на чертежах с примерами для ясности этих чертежей.

Передаточный узел также может служить в качестве ускоряющей передачи при этом вторичный вал действует в качестве приводного вала.

Передаточные узлы могут быть соединены параллельно, например, на ведомом валу, при этом их способность передачи момента по отношению к валу представляет

собой сумму способностей передачи момента отдельных зубчатых передач.

Передаточные узлы могут быть соединены последовательно посредством соединения их друг с другом так, что вторичный вал

предшествующей зубчатой передачи соединяется с первичным венцом последующего узла. Таким образом передаточное отношение сочетания представляет собой результат отдельных передаточных отношений.

Формула изобретения

1.Передаточный узел, содержащий корпус и две волновые зубчатые передачи, имеющие жесткое колесо с двумя венцами с внутренними зубьями для каждой передачи,

общее гибкое колесо с внутренними и наружными венцами, генератор волн и жесткое колесо с наружными зубьями для взаимодействия с внутренними венцами гибкого колеса, отличающийся тем,

что, с целью повышения нагрузочной способности, генератор волн расположен между венцами жесткого колеса с внутренними зубьями,

2.Узел по п. 1, от л и ч а ю щ и и с я тем, что генератор волн выполнен в виде кольца,

охватывающего подшипни(1.из неферромагнитного материала, и расположенных с торцов последнего магнитов, которые совместно с гибким колесом и кольцом об- разуют замкнутую магнитную цепь.

3.Узел по п.1,отличающийся тем, что она снабжен статором, жестко соединенным с корпусом, и ротором, жестко соединенным с генератором волн.

7 /

/A

:

X

-b

Л -

x, il

4.8

л;

Г

l

6 /0

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: передаточный узел содержит две параллельные двойные волновые зубчатые передачи. Зубчатые передачи взаимосвязаны и имеют общее гибкое колесо, зубья наружных венцов которого находятся в зацеплении с внутренними зубьями жесткого колеса, а зубья гибкого колеса внутренней поверхности находятся в зацеплении с зубьями жесткого колеса. Генератор волн расположен между венцами жесткого колеса с внутренними зубьями, от него крутящий момент передается к гибкому колесу через подшипник, при этом один из каждых взаимосвязанных венцов в зацеплении с гибким колесом может служить в качестве вторичного вала, в то время как другой остается воспринимающим разность между вторичным и первичным моментом. 2 з.п.ф-лы, 7 ил.

9,10

.Ј

4

1836593

фс/5. 4