Волновая механическая передача

Полезная модель относится к области механики, а именно к механическим передачам и может быть использована для точного поворота на заданный произвольный угол, а также для непрерывного вращения вокруг горизонтальной или вертикальной оси, что может быть использовано для обзора местности с помощью оптических или радиолокационных приборов, в голографии, в авиации, в космических кораблях и станциях, особенно там, где требуются перемещения с особенно высокой точностью, высоким передаточным числом и малыми габаритно-массовыми характеристиками. Также может быть использована в электромеханических гироскопах, в приводах антенных систем, особенно в приводах фазированных антенных решеток. Технической задачей полезной модели является повышение точности передачи за счет устранения статического мертвого хода и уменьшения упругого мертвого хода, уменьшение потерь на внутреннее трение в волновой передаче - повышение ее КПД, и, главным образом, кардинальное снижение собственных изгибающих напряжений в гибкой оболочке зубчатой полумуфты. Указанная цель достигается следующими решениями, волновая механическая передача, содержащая жесткое зубчатое колесо, гибкое зубчатое колесо, генератор волн, зубчатую муфту для связи гибкого зубчатого колеса с корпусом, отличающийся тем, что гибкое зубчатое колесо и генератор волн выполнены полностью плавающими, генератор волн выполнен из двух частей, между которыми расположены цилиндрические пружины, создающие беззазорное зацепление в волновой передаче, на каждой части генератора расположены по одному нажимному шарикоподшипнику и по два опорных шарикоподшипника, создающие необходимую форму гибкого колеса, зубчатая муфта состоит из гибкой полумуфты с внешними зубьями, являющаяся продолжением гибкого колеса волновой передачи, и гибкой полумуфты с внутренними зубьями, соединяющейся с корпусом передачи.

Полезная модель относится к области механики, а именно к механическим передачам и может быть использована для точного поворота на заданный произвольный угол, а также для непрерывного вращения вокруг горизонтальной или вертикальной оси, что может быть использовано для обзора местности с помощью оптических или радиолокационных приборов, в голографии, в авиации, в космических кораблях и станциях, особенно там, где требуются перемещения с особенно высокой точностью, высоким передаточным числом и малыми габаритно-массовыми характеристиками. Также может быть использована в электромеханических гироскопах, в приводах антенных систем, особенно в приводах фазированных антенных решеток.

Известны волновые механические передачи, состоящие их двух колес: одно колесо гибкое, другое жесткое, по гибкому колесу изнутри двигается механический волнообразователь, например кулачок, который образует на колесе «волну», а она уже приводит в действие жесткое колесо (см. «Волновые механические передачи» изд. Научно-исследовательский институт по машиностроению, М, 1976 г, МВТУ им. Баумана, стр. 4-18) - ПРОТОТИП.

Недостатками таких передач при всех положительных свойствах (применительно к приводу антенной системы РЛС) являются:

- статический мертвый ход, который возникает из-за зазоров в цепи двигатель-выходное звено волновой передачи;

- значительный упругий мертвый ход вследствие упругих изгибных деформаций гибкого колеса;

- эксцентриситет генератора и жесткого колеса, который зависит от точности изготовления деталей волновой передачи и принципиально не может быть устранен, т.к. размерная цепь, определяющая положение осей генератора и жесткого колеса, является достаточно длинной;

- консольное расположение двигателя по отношению к выходному валу, что приводит к вредному изгибающему моменту, а также принципиально затрудняет герметизацию всего устройства.

В наиболее распространенных волновых передачах гибкое колесо выполняется в виде тонкой цилиндрической оболочки. На одной стороне оболочки нарезаны внешние зубья, которые в результате радиальной деформации оболочки входят в зацепление с внутренними зубьями жесткого колеса, образуя волновую передачу. Оболочка деформируется только в зоне волновой передачи. На другом конце оболочка сохраняет цилиндрическую форму. В результате односторонней деформации оболочки зубья гибкого колеса поворачиваются в осевых плоскостях, создавая теоретически точечный (кромочный ) контакт в зацеплении зубьев. Для снижения влияния кромочного контакта на нагрузочную способность передачи длину гибкой оболочки приходится выполнять достаточно длинной, обычно не менее диаметра гибкой оболочки. Таким образом, габариты волновой передачи в осевом направлении становятся довольно большими, что является их существенным недостатком.

Существуют волновые передачи, в которых контакт между боковыми поверхностями происходит теоретически по линии, параллельной оси колес (прототип - Иванов М.Н. Волновые зубчатые передачи. М., Высшая школа. 1981). Гибкая оболочка здесь делается в несколько раз короче. Зубья на ней нарезаются на всей длине. Оболочка деформируется также по всей длине. Зубчатый венец гибкого колеса с одной стороны входит в зацепление с жестким колесом, образуя волновую передачу. С другой стороны зубчатый венец гибкого колеса входит в зацепление с внутренними зубьями жесткой полумуфты, образуя зубчатую муфту. Так как числа зубьев гибкой полумуфты и жесткой полумуфты одинаковы, диаметры их делительных окружностей разные. Диаметр делительной окружности жесткой полумуфты больше диаметра делительной окружности гибкой полумуфты, шаг зубьев жесткой полумуфты становится больше шага зубьев гибкой полумуфты. Практически зубья жесткой полумуфты нарезают с большим смещением инструмента от оси колеса, чем при нарезании зубьев гибкого колеса.

Достоинства таких передач: малые габариты вдоль оси колес, отсутствие перекоса зубьев в осевой плоскости гибкого и жесткого колес волновой передачи и связанного с этим кромочного контакта. Недостатками их являются принципиальная невозможность выборки статического мертвого хода (генератор волн выполнен в виде кулачка и гибкого шарикоподшипника) и большие потери на трение в зубчатой муфте вследствие большого радиального скольжения зубьев гибкой полумуфты, что приводит к существенному снижению КПД всей волновой передачи. Но более существенным недостатком является, на наш взгляд, возможность появления больших изгибающих напряжений в гибкой оболочке у основания зубьев, возникающих из-за разности шагов зубьев в гибкой полумуфте и в жесткой полумуфте. При наложении рабочих напряжений возможно быстрое разрушение гибкой оболочки.

Технической задачей полезной модели является повышение точности передачи за счет устранения статического мертвого хода и уменьшения упругого мертвого хода, уменьшение потерь на внутреннее трение в волновой передаче - повышение ее КПД, и, главным образом, кардинальное снижение собственных изгибающих напряжений в гибкой оболочке зубчатой полумуфты.

Указанная цель достигается следующим конструктивным решением.

Предлагается волновая механическая передача, содержащая жесткое зубчатое колесо, гибкое зубчатое колесо, генератор волн, зубчатую муфту для связи гибкого зубчатого колеса с корпусом, в которой что гибкое зубчатое колесо и генератор волн выполнены полностью плавающими, генератор волн выполнен из двух частей, между которыми расположены цилиндрические пружины, создающие беззазорное зацепление в волновой передаче, на каждой части генератора расположены по одному нажимному шарикоподшипнику и по два опорных шарикоподшипника, создающие необходимую форму гибкого колеса, зубчатая муфта состоит из гибкой полумуфты с внешними зубьями, являющаяся продолжением гибкого колеса волновой передачи, и гибкой полумуфты с внутренними зубьями, соединяющейся с корпусом передачи.

С одной стороны - стороны волновой передачи, два нажимных шарикоподшипника деформируют гибкое колесо и создают тем самым две волны при вращении генератора, а также создают беззазорное зацепление гибкого зубчатого колеса с жестким колесом, четыре малых опорных шарикоподшипника определяют форму гибкого колеса и создают высокую изгибную жесткость гибкого колеса;

с другой стороны - гибкая зубчатая муфта деформируется одновременно с гибким колесом волновой передачи, соединяется с корпусом на небольшом удалении (20-30 мм), давая возможность деформироваться наружной полумуфте в осевой плоскости. Так как размеры полумуфт одинаковы, то изгибающие напряжения, вызванные разностью шагов наружной и внутренней полумуфтами, здесь отсутствуют. Отсутствует также радиальное скольжение поверхностей зубьев в гибкой муфте и связанные с ним потери на трение, так что кпд муфты может считаться равным 1.

На листе 1 чертежа показаны 1 - гибкое зубчатое колесо, которое слева входит в зацепление с жестким колесом 2, образуя волновую передачу, а справа входит в гибкое колесо с внутренними зубьями 3, образуя безлюфтовую гибкую зубчатую муфту, 4 - генератор волн, выполненный из двух частей, верхней и нижней. На каждой части имеется нажимной шарикоподшипник 5 и два опорных шарикоподшипника 6. Обе части генератора связаны двумя цилиндрическими направляющими 7, запрессованные в верхней части генератора и выполненные по подвижной посадке в нижней части. Между верхней и нижней частью генератора расположены две цилиндрические пружины 8, создающие беззазорное зацепление в волновой передаче и зубчатой муфте.

Волновая механическая передача, содержащая жесткое зубчатое колесо, гибкое зубчатое колесо, генератор волн, зубчатую муфту для связи гибкого зубчатого колеса с корпусом, отличающаяся тем, что гибкое зубчатое колесо и генератор волн выполнены полностью плавающими, генератор волн выполнен из двух частей, между которыми расположены цилиндрические пружины, создающие беззазорное зацепление в волновой передаче, на каждой части генератора расположены по одному нажимному шарикоподшипнику и по два опорных шарикоподшипника, создающих необходимую форму гибкого колеса, зубчатая муфта состоит из гибкой полумуфты с внешними зубьями, являющейся продолжением гибкого колеса волновой передачи, и гибкой полумуфты с внутренними зубьями, соединяющейся с корпусом передачи.