RU2262624C2

RU2262624C2 - Harmonic gear drive

Info

Publication number: RU2262624C2
Application number: RU2003120597/11A
Authority: RU
Inventors: М.В. Воронцов (RU); М.В. Воронцов; В.Э. Иванов (RU); В.Э. Иванов; В.А. Клепинин (RU); В.А. Клепинин; Г.П. Менщиков (RU); Г.П. Менщиков
Original assignee: ОАО УПП "Вектор"
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2005-10-20
Also published as: RU2003120597A

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention can be used in holography, aviation, spacecraft and stations to provide accurate turning through preset arbitrary angle, for continuous rotation around horizontal or vertical axle and high-accuracy displacement at high gear ratio and small overall and mass characteristics. Proposed harmonic gear drive contains flexible gear wheel 1 and rigid gear wheel. Flexible gear wheel 1 in place of connection with rigid cylindrical fastening base 3 is made in form of wavy structural element 4 made by cutting at least two radial grooves from inner and outer sides in rigid cylindrical base 3.

EFFECT: improved accuracy owing to elimination of skewing.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к механическим передачам и может быть использовано 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 применено в проверочных установках для точного задания углов.The invention relates to mechanical transmissions and can be used for precise rotation at a given arbitrary angle, as well as for continuous rotation around a horizontal or vertical axis, which can be used to view the terrain using optical or radar devices, in holography, in aviation, in space ships and stations, especially where movement is required with particularly high accuracy, high gear ratio and small overall mass characteristics. It can also be used in test installations for precise angles.

Известна вариаторная цепная передача, содержащая корпус, ведущий и ведомый валы, ведущие и ведомые в осевом направлении конические полушкивы с радиальными зубьями, охватывающая конические полушкивы цепь, звенья которой шарнирно соединены между собой и снабжены призматическими упорами с уклонами их лезвий в соответствии с уклонами радиальных зубьев конических полушкивов и механизм осевого перемещения конических полушкивов, отличающаяся тем, что шарнирные валики цепи снабжены продольными пазами с пружинными фиксаторами и призматическими упорами, выполненными по осям шарнирных валиков, которые имеют возможность подпружиненного продольного перемещения и осевого поворота, причем в свободном состоянии каждый шарнирный валик устанавливается таким образом, что проекции лезвий его призматических упоров располагаются перпендикулярно продольной цепи, а щеки звеньев цепи снабжены роликами или скользящими упорами (см. заявку РФ на изобретение под №98118657/28).Known variator chain transmission comprising a housing, driving and driven shafts, axial driving and axially driven conical half-cups with radial teeth, covering conical half-cups with chain links pivotally interconnected and provided with prismatic stops with slopes of their blades in accordance with the slopes of the radial teeth conical half-cows and the mechanism of axial movement of conical half-cows, characterized in that the hinged rollers of the chain are provided with longitudinal grooves with spring clips and prismatic by them with stops made along the axes of the hinge rollers, which have the possibility of spring-loaded longitudinal movement and axial rotation, and in the free state, each hinge roller is set so that the projections of the blades of its prismatic stops are perpendicular to the longitudinal chain, and the cheeks of the chain links are equipped with rollers or sliding stops (see the application of the Russian Federation for the invention under No. 98118657/28).

Недостатками данной передачи являются изменение (вытягивание) звеньев цепи во времени, что требует регулярной проверки и подтягивания, сложность самой конструкции, а также ее изготовления, также достаточно большие габариты.The disadvantages of this transmission are the change (stretching) of the chain links in time, which requires regular checking and pulling up, the complexity of the design itself, as well as its manufacture, are also quite large.

Известны волновые механические передачи, состоящие из 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.There are known wave mechanical transmissions consisting of two wheels: one wheel is flexible, the other is rigid, a mechanical wave-former, for example a cam, which forms a “wave” on the wheel, moves inside the flexible wheel, and it already drives a rigid wheel (see “Wave mechanical transfer "ed. Scientific Research Institute for Engineering, M., 1976, Bauman Moscow State Technical University, pp. 4-18) - PROTOTYPE.

Недостатками таких передач при всех положительных свойствах (применительно к приводу антенной системы РЛС) являются:The disadvantages of such transmissions with all the positive properties (in relation to the drive of the radar antenna system) are:

статический мертвый ход, который возникает из-за зазоров в цепи двигатель - выходное звено волновой передачи;static deadlock, which occurs due to gaps in the circuit of the engine - the output link of the wave transmission;

значительный упругий мертвый ход вследствие упругих изгибных деформаций гибкого колеса;significant elastic deadlift due to elastic bending deformations of the flexible wheel;

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;the eccentricity of the generator and the hard wheel, which depends on the accuracy of the manufacture of parts of the wave transmission and basically cannot be eliminated, because the dimensional chain that determines the position of the axes of the generator and the hard wheel is quite long;

консольное расположение двигателя по отношению к выходному валу, что приводит к вредному изгибающему моменту, а также принципиально затрудняет герметизацию всего устройства.the cantilever arrangement of the engine with respect to the output shaft, which leads to harmful bending moment, and also fundamentally complicates the sealing of the entire device.

В волновых передачах с гибкими колесами большое влияние оказывает на работоспособность передачи и ее коэффициент полезного действия (КПД) перекос осей гибкого и жесткого колес. Так как перекос осей устранить принципиально невозможно из-за конструктивных особенностей передачи, то применяют различные способы его компенсации. На фиг.1,а гибкое колесо 1 соединяется с выходным валом 2 с помощью зубчатой муфты 3. Представленная конструкция гибкого колеса, являющаяся наиболее распространенной, позволяет полностью компенсировать перекос осей гибкого и жесткого колес за счет зазоров между зубьями в муфте 3. Однако в этой конструкции имеется существенный недостаток - статический мертвый ход, что не позволяет применить ее в точных приводах, охваченных обратной связью.In wave transmissions with flexible wheels, a great influence on the performance of the transmission and its efficiency (efficiency) is the skew axis of the flexible and hard wheels. Since the axial misalignment is fundamentally impossible to eliminate due to the design features of the transmission, various methods of its compensation are used. Figure 1, and the flexible wheel 1 is connected to the output shaft 2 using a gear coupling 3. The presented design of the flexible wheel, which is the most common, allows you to fully compensate for the misalignment of the axes of the flexible and hard wheels due to the gaps between the teeth in the coupling 3. However, in this The design has a significant drawback - static backlash, which does not allow its use in precise drives covered by feedback.

Переход к конструкции гибкого колеса на фиг.1,б устраняет статический мертвый ход, но и здесь появляются свои недостатки: более трудное крепление гибкого колеса 1 с помощью фланца 3 к выходному валу 2 (крепежные элементы располагаются на малом радиусе) и, что весьма существенно, фланец 3 плохо компенсирует перекосы осей гибкого и жесткого колес, так как обладает малой осевой деформацией.The transition to the design of the flexible wheel in FIG. 1, b eliminates static deadlock, but there are also disadvantages: more difficult fastening of the flexible wheel 1 using the flange 3 to the output shaft 2 (fasteners are located at a small radius) and, which is very significant , the flange 3 poorly compensates for the misalignment of the axles of the flexible and hard wheels, since it has a small axial deformation.

На фиг.1,в представлена конструкция гибкого колеса, в которой соединение гибкого колеса 1 с выходным валом 2 выполняется по развитой цилиндрической поверхности 3, что позволяет осуществить наиболее легкое крепление гибкого колеса с выходным валом (например коническими штифтами), позволяет уменьшить перекосы осей и полностью устранить статический мертвый ход, но в силу полного отсутствия возможности компенсации перекосов осей гибкого и жесткого колес в настоящее время не применяется (см. Иванов М.И. «Волновые зубчатые передачи», М., Машиностроение, 1981 г.).Figure 1, shows the design of the flexible wheel, in which the connection of the flexible wheel 1 with the output shaft 2 is carried out on the developed cylindrical surface 3, which allows the easiest fastening of the flexible wheel with the output shaft (for example, conical pins), reduces axial distortions and completely eliminate static deadlock, but due to the complete lack of the ability to compensate for misalignment of the axles of the flexible and hard wheels is currently not used (see Ivanov MI "Wave gears", M., Mashinos tripling, 1981).

Известен редуктор управления антенной системой (см. патент РФ №2194893), в котором редуктор содержит втулку-барабан, жесткое колесо, гибкое колесо, два малых опорных подшипников, шесть или восемь малых опорных подшипников, выходной вал, большой подшипник, большое зубчатое зацепление, малое зубчатое зацепление, при этом втулка-барабан с одного конца имеет по внешнему диаметру большое зубчатое зацепление, а внутренним диаметром опирается на большой подшипник, плотно посаженный на один конец выходного вала, с другого конца втулка-барабан через малые нажимные и опорные подшипники контактирует с внутренним диаметром гибкого колеса, которое через малое зубчатое зацепление связано с жестким колесом, а само гибкое колесо жестко связано с другим концом выходного вала, выходной вал крепится в радиально-упорных подшипниках и является выходом передачи, входом же является большое зубчатое зацепление с приводным электродвигателем через зубчатое колесо - ПРОТОТИП.Known gearbox for controlling the antenna system (see RF patent No. 2194893), in which the gearbox contains a drum sleeve, a hard wheel, a flexible wheel, two small pillow block bearings, six or eight small pillow block bearings, an output shaft, a large bearing, a large gear mesh, small gearing, while the drum bushing from one end has a large gearing in outer diameter, and its inner diameter is supported by a large bearing tightly seated on one end of the output shaft, from the other end the drum bushing The red pressure and thrust bearings are in contact with the inner diameter of the flexible wheel, which is connected to the hard wheel through a small gearing, and the flexible wheel itself is rigidly connected to the other end of the output shaft, the output shaft is mounted in angular contact bearings and is the output of the gear, the input is large gearing with a drive motor through a gear wheel - PROTOTYPE.

Недостатками данной механической передачи является довольно высокие габаритно-массовые характеристики (ГМХ), отсюда повышенная стоимость и неудобство в эксплуатации. Если при применении в наземных антенных системах радиолокаторов с этим еще можно мириться, то при применении в авиации и космосе это создает определенные трудности. Еще одним недостатком является наличие перекоса осей гибкого и жесткого колес, а также имеет место статический мертвый ход.The disadvantages of this mechanical transmission is a fairly high overall mass characteristics (GMX), hence the increased cost and inconvenience in operation. If it is still possible to put up with this when used in radar systems in terrestrial antenna systems, then when used in aviation and space this creates certain difficulties. Another drawback is the presence of skewness of the axles of the flexible and hard wheels, and there is also a static dead movement.

Технической задачей изобретения является повышение точностных характеристик передачи за счет принципиального устранения перекоса.An object of the invention is to increase the accuracy characteristics of the transmission due to the fundamental elimination of bias.

Указанная цель достигается следующим конструктивом, волновая механическая передача, содержащая гибкое и жесткое зубчатое колеса, отличающаяся тем, что гибкое зубчатое колесо в месте соединения с жестким цилиндрическим крепежным основанием выполнено в виде волнообразного конструктивного элемента, полученного прорезанием в жестком цилиндрическом основании, как минимум, двух радиальных канавок: с внутренней и внешней сторон; количество радиальных канавок определяется допустимой величиной упругого мертвого хода, для конкретной передачи; ширина и глубина канавок определяется величиной передаваемых нагрузок и размером колес.This goal is achieved by the following construct, a wave mechanical transmission containing a flexible and rigid gears, characterized in that the flexible gear at the junction with the rigid cylindrical mounting base is made in the form of a wave-like structural element obtained by cutting in at least two radial grooves: from the inside and outside; the number of radial grooves is determined by the permissible amount of elastic deadlock for a particular transmission; the width and depth of the grooves is determined by the magnitude of the transmitted loads and the size of the wheels.

На фиг.2 показано сечение волновой механической передачи по продольной оси симметрии, на котором изображено:Figure 2 shows a cross section of a wave mechanical transmission along the longitudinal axis of symmetry, which shows:

1 - гибкое колесо, 2 - выходной вал, 3 - развитая цилиндрическая поверхность жесткого основания, 4 - радиальные канавки, жесткое колесо условно не показано.1 - a flexible wheel, 2 - an output shaft, 3 - a developed cylindrical surface of a rigid base, 4 - radial grooves, a hard wheel is conventionally not shown.

Предлагается конструкция гибкого колеса (фиг.2), в которой соединение гибкого колеса 1 с выходным валом 2 осуществляется по развитой цилиндрической поверхности жесткого основания 3, а с целью компенсации перекосов осей гибкого и жесткого колес применяется волнообразный конструктивный элемент 4, полученный прорезанием двух радиальных канавок в жестком основании 3, размеры которых зависят от размеров колес и передаваемых нагрузок.A flexible wheel design is proposed (Fig. 2), in which the flexible wheel 1 is connected to the output shaft 2 along the developed cylindrical surface of the rigid base 3, and in order to compensate for the distortions of the axes of the flexible and hard wheels, a wave-like structural element 4 obtained by cutting two radial grooves is used in a rigid base 3, the dimensions of which depend on the size of the wheels and the transmitted loads.

Такая конструкция гибкого колеса позволяет за счет упругой осевой деформации конструктивного элемента 4 практически полностью компенсировать перекос осей гибкого и жесткого колес и в то же время осуществить наиболее легкое и надежное соединение с выходным валом, выполнить передачу с нулевым статическим мертвым ходом. В передачах с небольшими нагрузками для компенсации перекосов осей можно прорезать в гибком колесе три и более канавки, при этом следует учитывать увеличение упругого мертвого хода.This design of the flexible wheel allows due to the elastic axial deformation of the structural element 4 to almost completely compensate for the misalignment of the axes of the flexible and hard wheels and at the same time make the easiest and most reliable connection to the output shaft and perform transmission with zero static deadlock. In gears with light loads, three or more grooves can be cut in the flexible wheel to compensate for misalignment of the axles, while increasing the elastic deadlock should be considered.

Claims

1. A wave mechanical transmission containing flexible and rigid gears, characterized in that the flexible gear in the junction with a rigid cylindrical mounting base is made in the form of a wave-like structural element obtained by cutting in at least two radial grooves with an internal and the outside.

2. The wave mechanical transmission according to claim 1, characterized in that the number of radial grooves is determined by the allowable amount of elastic deadlock for a particular transmission.

3. The wave mechanical transmission according to claim 1 or 2, characterized in that the width and depth of the grooves is determined by the magnitude of the transmitted loads and the size of the wheels.