Волновой привод и способ его сборки (варианты)

 

Изобретение относится к деталям машин. Волновой привод содержит корпус с крышкой, установленный в нем электродвигатель, размещенный на фланце с n (n = 3, 4 и т.д.) радиальными выступами, и волновую передачу, в каждой из n замкнутых прорезей неподвижного гибкого колеса которой размещен радиальный выступ фланца. Габаритный размер фланца в одном из положений относительно гибкого колеса меньше внутреннего диаметра гибкого колеса. При сборке фланец разворачивают до положения, в котором он вписывается во внутренний диаметр гибкого колеса, и вдвигают внутрь гибкого колеса, затем поворачивают (при четном числе выступов на фланце) относительно его продольной оси до размещения двух его противоположных выступов в противоположных прорезях гибкого колеса или (при нечетном числе выступов) сдвигают в радиальном направлении до размещения одного из выступов фланца в одной из прорезей гибкого колеса и разворачивают относительно оси выступов, первоначально размещенных в прорезях, до размещения остальных выступов в остальных прорезях, затем устанавливают гибкое колесо с размещенным внутри него фланцем, производят монтаж электродвигателя, генератора волн и жесткого колеса. Повышена нагрузочная способность волнового привода. 3 с.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретения относятся к деталям машин и могут быть использованы в качестве приводов изделий авиационной и ракетной техники и применены при сборке этих приводов.

Известен волновой привод, содержащий корпус с крышкой, установленную в нем волновую передачу с неподвижным гибким колесом, и электродвигатель, причем корпус имеет цилиндрическую часть и фланец, на котором выполнены радиальные выступы, размещенные в пазах гибкого колеса [1]. Известен способ сборки волнового привода, заключающийся в укладке на внутреннюю поверхность кольца, размещенного внутри гибкого колеса, пластин силового магнитопровода и установке его в корпус [2].

Недостатком этого привода является низкая точность, вызванная несоосностью между жестким колесом и генератором волн волновой передачи. Недостатками указанного способа сборки волнового привода являются узкая область его применения (сборка волновых электромагнитных двигателей).

Этого недостатка лишен волновой привод, содержащий корпус с крышкой, установленный в нем фланец, на котором размещен электродвигатель, и волновую передачу с неподвижным гибким колесом, при этом на фланце выполнены n [n = 3, 4 и т.д.] радиальных выступов, каждый из которых размещен в одной из n прорезей гибкого колеса, выбранный в качестве прототипа [3]. Выступы фланца и места его крепления в корпусе выполнены сферическими, что позволяет генератору волн самоустанавливаться по отношению к жесткому колесу, давая возможность уменьшить зазоры в зацеплении и повышения точности привода. Указанного недостатка лишен способ сборки волнового привода, выбранный в качестве прототипа [1], заключающийся в установке в корпус гибкого колеса с n прорезями, монтаже на фланец корпуса с n радиальными выступами электродвигателя, установке генератора волн и жесткого колеса, размещении каждого радиального выступа в прорези гибкого колеса.

Недостатком такого волнового привода является низкая нагрузочная способность волнового привода, являющаяся следствием того, что прорези гибкого колеса выполнены открытыми, из-за чего существенно снижается жесткость гибкого колеса на кручение. Поэтому при приложении к жесткому колесу большого момента нагрузки (обеспечивающего работоспособность зубьев волновой передачи по результатам прочностного расчета), возможна потеря гибким колесом устойчивости за счет его скручивания. Кроме того, волновой привод обладает сложной конструкцией, т.к. для обеспечения зацепления гибкого колеса с корпусом требуется наличие специальной крышки, устанавливаемой внутрь гибкого колеса со стороны отрытых прорезей (иначе образованные между прорезями перемычки вследствие малой изгибной жесткости имеют возможность радиального смещения к оси привода и выхода из зацепления с корпусом), что усложняет и удорожает конструкцию. Недостатком способа-прототипа является необходимость выполнения прорезей гибкого колеса открытыми для обеспечения установки гибкого колеса в корпус с охватом выступов фланца, что определяет и недостаток собранного таким способом волнового привода - низкую нагрузочную способность и сложность конструкции (наличие крышки для радиальной фиксации гибкого колеса).

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленных изобретений, является повышение нагрузочной способности волнового привода за счет повышения жесткости гибкого колеса на кручение и упрощение конструкции.

Этот результат достигается за счет того, что в известном волновом приводе, содержащем корпус с крышкой, установленный в нем электродвигатель, размещенный на фланце с n [n = 3, 4 и т.д.] радиальными выступами, и волновую передачу с неподвижным гибким колесом, в каждой из n прорезей которого размещен радиальный выступ фланца, согласно изобретению прорези гибкого колеса выполнены замкнутыми, а фланец хотя бы в одном из положений относительно гибкого колеса имеет максимальный габаритный размер меньше внутреннего диаметра гибкого колеса.

Этот результат достигается за счет того, что в известном способе сборки волнового привода (при четном числе прорезей гибкого колеса), заключающемся в установке в корпус гибкого колеса с n [n = 4, 6 и т.д.] прорезями, монтаже на фланец с n радиальными выступами электродвигателя, причем каждый радиальный выступ размещают в прорези гибкого колеса, установке генератора волн и жесткого колеса, согласно изобретению перед установкой гибкого колеса фланец разворачивают до положения, в котором он вписывается во внутренний диаметр гибкого колеса, после чего вдвигают фланец внутрь гибкого колеса и совмещают центр фланца с продольной осью гибкого колеса, затем производят поворот фланца относительно его продольной оси до размещения двух его противоположных выступов в замкнутых противоположных прорезях гибкого колеса, после чего производят разворот фланца относительно оси двух выступов, первоначально размещенных в прорезях, до размещения остальных n-2 выступов в остальных прорезях, после чего производят установку в корпус гибкого колеса вместе с размещенным внутри него фланцем, монтаж электродвигателя, генератора волн и жесткого колеса.

При нечетном же числе прорезей гибкого колеса результат достигается за счет того, что в известном способе сборки волнового привода, заключающемся в установке в корпус гибкого колеса с n [n = 3, 5 и т.д.] прорезями, монтаже на фланец с n радиальными выступами электродвигателя, причем каждый радиальный выступ размещают в прорези гибкого колеса, установке генератора волн и жесткого колеса, согласно изобретению перед установкой фланец разворачивают до положения, в котором он вписывается во внутренний диаметр гибкого колеса, после чего вдвигают фланец внутрь гибкого колеса и производят сдвиг фланца в радиальном по отношению к гибкому колесу направлении до размещения одного из выступов фланца в одной из замкнутых прорезей гибкого колеса и совмещения центра фланца с продольной осью гибкого колеса, затем производят разворот фланца относительно оси выступа, первоначально размещенного в прорези, до размещения остальных n-1 выступов в остальных прорезях, после чего производят установку гибкого колеса вместе с размещенным внутри него фланцем, монтаж электродвигателя, генератора волн и жесткого колеса.

Выполнение прорезей гибкого колеса замкнутыми позволяет повысить нагрузочную способность волнового привода за счет повышения жесткости гибкого колеса на кручение и упростить конструкцию (не требуется специального элемента конструкции для фиксации гибкого колеса в радиальном направлении), а выполнение фланца таким, что хотя бы в одном из положений относительно гибкого колеса он имеет максимальный габаритный размер меньше внутреннего диаметра гибкого колеса позволяет осуществить заявленные варианты способа, которые, в свою очередь, и позволяют выполнить прорези замкнутыми. Следовательно, заявленные устройство и способ (варианты) соответствуют критерию "изобретательский уровень". Т. к. заявленное устройство может быть собрано только заявленными вариантами способа сборки, то очевидно, что в заявке приведена группа изобретений, связанных единым изобретательским замыслом. Поскольку операции при сборке привода при четном и нечетном числах прорезей гибкого колеса различны (разворот фланца внутри гибкого колеса при четном числе прорезей или его сдвиг при нечетном) и не могут быть объединены одним понятием, то в формуле изобретения приведены варианты способа.

На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения волнового привода, продольный разрез, на фиг. 2 - то же, поперечное сечение по фланцу (электродвигатель условно не показан), на фиг. 3 - вид фланца в положении, при котором он имеет максимальный габаритный размер меньше внутреннего диаметра гибкого колеса, на фиг. 4, 5, 6 - операции способа сборки волнового привода при четном числе прорезей гибкого колеса, на фиг. 7, 8 и 9 - операции способа сборки волнового привода при нечетном числе прорезей гибкого колеса.

Волновой привод содержит корпус 1 с крышкой 2, в котором установлен фланец 3 и электродвигатель 4, а также волновую передачу 5 с неподвижным гибким колесом 6, жестким колесом 7 и генератором волн 8, установленным на валу электродвигателя 4. Жесткое колесо 7 выполнено заодно с выходным валом 9, установленным в крышке 2 на подшипниках 10. Гибкое колесо 6 установлено в корпусе 1 посредством шлицевого соединения. На фланце 3 выполнены четыре радиальных выступа 11, размещенные в прорезях 12 гибкого колеса 6. Фланец 3 установлен в корпусе 1 посредством штифтов 13, а электродвигатель 4 установлен на фланце 3 посредством винтов 14. Прорези 12 выполнены замкнутыми. Фланец 3 хотя бы в одном из положений относительно гибкого колеса 6 имеет максимальный габаритный размер меньше внутреннего диаметра гибкого колеса 6. Одно из таких положений показано на фиг. 3: максимальный габаритный размер L меньше, чем внутренний диаметр D гибкого колеса. Волновой привод работает следующим образом: при включении электродвигателя 4 начинает вращаться генератор волн 8, создавая в гибком колесе 6 волну деформации и заставляя вращаться жесткое колесо 7 волновой передачи 5 и выходной вал 9. Поскольку прорези 12, в которых размещены выступы 11 фланца 3, выполнены замкнутыми, то жесткость гибкого колеса на кручение существенно выше, чем у колеса с открытыми прорезями в прототипе, что повышает нагрузочную способность волнового привода. Поскольку оба края гибкого колеса 6 являются целыми, то в месте шлицевого соединения колеса 6 с корпусом 1 не требуется каких-либо элементов для радиального базирования колеса 6 (как в прототипе). В данном примере конкретного выполнения волнового привода число n выступов 11 (или, что то же самое, число прорезей 12) равно четырем, однако в общем случае это число может быть любым [n = 3, 4 и т.д.]. Минимальное значение n = 3 выбрано из следующих соображений: при n = 1 невозможна жесткая фиксация фланца 3 относительно корпуса 1; при n = 2 такая фиксация возможна, но обладает малой жесткостью в направлении, перпендикулярном оси двух противоположных выступов 11 (нагрузки от фланца 3 и электродвигателя 4 воспринимаются только двумя штифтами 13) и абсолютно нежестка по отношению к вращению фланца относительно указанной оси, что неприемлемо для приводов изделий авиационной и ракетной техники из-за высоких уровней виброперегрузок, которые вызывают разрушение фланца и корпуса в местах заделки штифтов. Только при n ≥ 3 обеспечивается надежная фиксация фланца 3 относительно корпуса 1 во всех направлениях.

Способ сборки волнового привода при четном числе n прорезей гибкого колеса осуществляют следующим образом: фланец 3 разворачивают до положения, в котором он вписывается во внутренний диаметр гибкого колеса 6, после чего вдвигают фланец внутрь гибкого колеса (направление показано стрелкой) и совмещают центр фланца с продольной осью гибкого колеса 6 (фиг. 4). Затем производят поворот фланца 3 относительно его продольной оси до размещения двух его противоположных выступов 11 в замкнутых противоположных прорезях 12 гибкого колеса 6(направление показано стрелками), что показано на фиг. 5. Далее производят разворот фланца относительно оси двух выступов 11, первоначально размещенных в прорезях 12, до размещения остальных n-2 (в данном примере двух) выступов 11 в остальных прорезях 12, что показано на фиг. 6 (направление показано стрелками, при этом гибкое колесо 6 на фиг. 4 и 5 изображено в одной и той же проекции, а на фиг. 6 - в проекции, перпендикулярной ей). Зона, в которой при этом развороте находятся точки фланца 3, показана штриховой окружностью, которая вписана в прорези 12, т.е. фланец при развороте не упирается в гибкое колесо. После этого производят установку в корпус 1 гибкого колеса 6 вместе с размещенным внутри него фланцем 3, монтаж электродвигателя 4, генератора волн 8 и жесткого колеса 7, после чего волновой привод принимает конфигурацию, изображенную на фиг. 1.

Способ сборки волнового привода при нечетном числе n прорезей гибкого колеса осуществляют следующим образом: фланец 3 разворачивают до положения, в котором он вписывается во внутренний диаметр гибкого колеса 6, после чего вдвигают фланец внутрь гибкого колеса (на фиг. 7 направление показано стрелкой). Далее производят сдвиг фланца 3 в радиальном по отношению к гибкому колесу 6 направлении до размещения одного из выступов фланца 11 в одной из замкнутых прорезей 12 гибкого колеса 6 и совмещения центра фланца 3 с продольной осью гибкого колеса 6 (направление показано стрелкой, фиг. 8). Затем, как показано стрелками на фиг. 9, производят разворот фланца относительно оси выступа 11, первоначально размещенного в прорези 12, лежащей перед плоскостью сечения колеса 6 и условно показанной штриховой линией, до размещения остальных n-1 выступов (в данном случае двух) в остальных прорезях 12, показанных сплошными линиями. При этом гибкое колесо 6 на фиг. 7 и 8 изображено в одной и той же проекции, а на фиг. 9 - в проекции, перпендикулярной ей. После этого производят установку в корпус 1 гибкого колеса 6 вместе с размещенным внутри него фланцем 3, монтаж электродвигателя 4, генератора волн 8 и жесткого колеса 7, после чего волновой привод принимает конфигурацию, изображенную на фиг. 1. В результате использования описанных вариантов способа обеспечивается возможность выполнения прорезей гибкого колеса замкнутыми, что позволяет повысить нагрузочную способность волнового привода за счет повышения жесткости гибкого колеса на кручение и упростить конструкцию. Очевидно, что для осуществления операций сборки, показанных на фиг. 4 и 7, необходимо, чтобы фланец хотя бы в одном из положений относительно гибкого колеса имел максимальный габаритный размер меньше внутреннего диаметра гибкого колеса, что и отражено в формуле устройства. Поскольку наружная поверхность фланца может быть любой - цилиндрической, многогранной, сферической и т.п., то в формуле использован максимально обобщающий признак, конкретные значения размеров гибкого колеса и фланца рассчитываются на основе обычных геометрических зависимостей. Также исходя из геометрического расчета могут быть определены и размеры прорезей: для обеспечения сборки привода необходимо, чтобы они охватывали линии пересечения гибкого колеса с поверхностью тела вращения, образованного при вращении фланца относительно оси двух противоположных выступов (при четном числе n выступов фланца) или одного из его выступов (при нечетном числе n выступов фланца), первоначально размещенных в прорезях гибкого колеса).

Литература 1. Патент Российской федерации N 1490350, кл. F 16 H 1/00, 1989 г. (прототип способа).

2. В. Н. Руденко. Планетарные и волновые передачи. М.: Машиностроение, 1980, с. 106, лист 70, рис. 4,б.

3. Патент Российской федерации N 2085785, кл. F 16 H 1/00, 1997 г. (прототип устройства).

Формула изобретения

1. Волновой привод, содержащий корпус с крышкой, размещенный в нем электродвигатель, установленный на фланце с n[n = 3,4 и т.д.] радиальными выступами, и волновую передачу с неподвижным гибким колесом, в каждой из n прорезей которого размещен радиальный выступ фланца, отличающийся тем, что прорези гибкого колеса выполнены замкнутыми, а фланец хотя бы в одном из положений относительно гибкого колеса имеет максимальный габаритный размер меньше внутреннего диаметра гибкого колеса.

2. Способ сборки волнового привода, заключающийся в установке в корпус гибкого колеса с n[n = 4,6 и т.д.] прорезями, монтаже на фланец с n радиальными выступами электродвигателя, размещении каждого радиального выступа в прорези гибкого колеса, установке генератора волн и жесткого колеса, отличающийся тем, что перед установкой гибкого колеса фланец разворачивают до положения, в котором он вписывается во внутренний диаметр гибкого колеса, после чего вдвигают фланец внутрь гибкого колеса и совмещают центр фланца с продольной осью гибкого колеса, затем производят поворот фланца относительно его продольной оси до размещения двух его противоположных выступов в замкнутых противоположных прорезях гибкого колеса, после чего производят разворот фланца относительно оси двух выступов, первоначально размещенных в прорезях, до размещения остальных n-2 выступов в остальных прорезях, после чего производят установку в корпус гибкого колеса вместе с размещенным внутри него фланцем, монтаж электродвигателя, генератора волн и жесткого колеса.

3. Способ сборки волнового привода, заключающийся в установке в корпус гибкого колеса с n[n = 3,5 и т.д.] прорезями, монтаже на фланец с n радиальными выступами электродвигателя, размещении каждого радиального выступа в прорези гибкого колеса, установке генератора волн и жесткого колеса, отличающийся тем, что перед установкой фланец разворачивают до положения, в котором он вписывается во внутренний диаметр гибкого колеса, после чего вдвигают фланец внутрь гибкого колеса и производят сдвиг фланца в радиальном по отношению к гибкому колесу направлении до размещения одного из выступов фланца в одной из замкнутых прорезей гибкого колеса и совмещения центра фланца с продольной осью гибкого колеса, затем производят разворот фланца относительно оси выступа, первоначально размещенного в прорези, до размещения остальных n-1 выступов в остальных прорезях, после чего производят установку гибкого колеса вместе с размещенным внутри него фланцем, монтаж электродвигателя, генератора волн и жесткого колеса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9