RU2267043C2

RU2267043C2 - Harmonic drive

Info

Publication number: RU2267043C2
Application number: RU2003119294/11A
Authority: RU
Inventors: Н.И. Белоусов (RU); Н.И. Белоусов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority date: 2003-07-01
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2005-12-27
Also published as: RU2003119294A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; aircraft industry; rocketry.

SUBSTANCE: proposed harmonic drive has housing 1 with bushing 2, output shaft 4, flexible wheel 5, fixed rigid wheel 7 fitted on housing 1, wave generator 9 and plate 11 with n (n=1,2 etc) electric motors 12 placed inside flexible wheel 5. Wave generator 9 is installed on housing 1 and is provided with gear rim 10 coming into meshing with gear wheels 13 of electric motors 12. Plate 11 is made in form of cup 14 connected by bottom to end face 16 of output shaft 4. Cup is provided with unit 17 for connected to flexible wheel 5 made in form of thin-walled ring 18. Electric motors 12 are installed inside cup 14 on its bottom 15. Made on wall of cup 14 are n slots 21 for fitting in flanges 22 of motors.

EFFECT: reduced radial dimensions without increase of axial dimensions, reduced mass.

1 dwg

Description

Изобретение относится к деталям машин и может быть использовано в составе изделий авиационной и ракетной техники.The invention relates to machine parts and can be used as part of aviation and rocket technology products.

Известен волновой привод, содержащий корпус с крышкой, установленные в нем волновую передачу с неподвижным гибким колесом и жестким колесом, размещенным на валу привода, плату с по меньшей мере одним электродвигателем, вал которого через редуктор связан с генератором волн волновой передачи, установленным на валу привода на подшипниках [1]. Недостатком такого волнового привода является значительные габариты и масса, что обусловлено наличием корпуса в виде цилиндра большого диаметра с двумя дисками.A wave drive is known, comprising a housing with a cover, a wave transmission installed in it with a fixed flexible wheel and a hard wheel placed on the drive shaft, a board with at least one electric motor, the shaft of which is connected through a gearbox to the wave transmission wave generator mounted on the drive shaft on bearings [1]. The disadvantage of this wave drive is its significant dimensions and weight, which is due to the presence of a housing in the form of a large-diameter cylinder with two disks.

Этого недостатка частично лишен волновой привод, содержащий корпус с втулкой, установленный в ней на двух подшипниках выходной вал, связанный с гибким колесом волновой передачи с неподвижным жестким колесом, размещенным на корпусе, генератор волн и плату с n (n=1, 2 и т.д.) электродвигателями, размещенными внутри гибкого колеса, при этом генератор волн установлен на корпусе и снабжен зубчатым венцом, входящим в зацепление с зубчатыми колесами электродвигателей, выбранный в качестве прототипа [2].This drawback is partially deprived of a wave drive containing a housing with a sleeve, an output shaft mounted on it with two bearings, connected to a flexible wave transmission wheel with a fixed rigid wheel placed on the body, a wave generator and a circuit board with n (n = 1, 2, and t .d.) electric motors located inside the flexible wheel, while the wave generator is mounted on the housing and is equipped with a gear rim that engages with the gear wheels of the electric motors, selected as a prototype [2].

Недостатком такого волнового привода является значительные радиальные габариты и масса, что обусловлено большим диаметром гибкого колеса, вызванным необходимостью размещения внутри него выходного вала и электродвигателей, так что диаметр гибкого колеса выбирается не из прочностных, а из геометрических соображений, и имеет значительный запас по передаваемому моменту. Увеличение диаметра гибкого колеса ведет, в свою очередь, к увеличению его длины, исходя из принятых соотношений диаметра и длины гибкого колеса, и увеличению диаметра корпуса, что приводит к увеличению радиальных и осевых габаритов и массы привода. В условиях авиационной и особенно ракетной техники наличие избыточной массы и габаритов крайне нежелательно, что объясняется малыми располагаемыми для размещения агрегатов объемами и высокой удельной стоимостью вывода груза на орбиту.The disadvantage of such a wave drive is its significant radial dimensions and mass, which is due to the large diameter of the flexible wheel, caused by the need to place the output shaft and electric motors inside it, so that the diameter of the flexible wheel is chosen not from strength, but from geometric considerations, and has a significant margin of transmitted moment . An increase in the diameter of the flexible wheel leads, in turn, to an increase in its length, based on the accepted ratios of the diameter and length of the flexible wheel, and to an increase in the diameter of the casing, which leads to an increase in the radial and axial dimensions and mass of the drive. In the conditions of aviation and especially rocket technology, the presence of excess mass and dimensions is extremely undesirable, which is explained by the small volumes available to accommodate the units and the high unit cost of putting the cargo into orbit.

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленного изобретения, является снижение радиальных габаритов без увеличения осевых габаритов и снижение массы.The technical result achieved using the claimed invention is to reduce radial dimensions without increasing axial dimensions and weight reduction.

Этот результат достигается за счет того, что в известном волновом приводе, содержащем корпус с втулкой, установленный в ней на двух подшипниках выходной вал, связанный с гибким колесом волновой передачи с неподвижным жестким колесом, размещенным на корпусе, генератор волн и плату с n (n=1, 2 и т.д.) электродвигателями, размещенными внутри гибкого колеса, при этом генератор волн установлен на корпусе и снабжен зубчатым венцом, входящим в зацепление с зубчатыми колесами электродвигателей, согласно изобретению плата выполнена в виде стакана, присоединенного дном к одному из торцев выходного вала и снабженного узлом фиксации к гибкому колесу, выполненному в виде тонкостенного кольца, а электродвигатели установлены внутри стакана на его дне, при этом на стенке стакана выполнены n пазов для размещения фланцев электродвигателей. Совокупность всех указанных существенных признаков позволяет уменьшить диаметры и длины гибкого колеса. Все это приводит к существенному снижению массы и радиальных габаритов без увеличения осевых габаритов.This result is achieved due to the fact that in the known wave drive comprising a housing with a sleeve, an output shaft mounted on two bearings in it, coupled to a flexible wave transmission wheel with a fixed rigid wheel placed on the housing, a wave generator and a board with n (n = 1, 2, etc.) by electric motors located inside the flexible wheel, while the wave generator is mounted on the casing and equipped with a ring gear engaged with the gear wheels of the electric motors, according to the invention, the board is made in the form of a cup, with Connections to one of the bottom ends of the output shaft and provided with a flexible fixation assembly wheel formed as a thin-walled ring, and motors mounted within nozzle at its bottom, wherein the wall of the cup formed on n slots to accommodate motors flanges. The combination of all these essential features allows you to reduce the diameters and lengths of the flexible wheels. All this leads to a significant reduction in mass and radial dimensions without increasing axial dimensions.

На чертеже приведен пример конкретного выполнения волнового привода, продольный разрез.The drawing shows an example of a specific implementation of the wave drive, a longitudinal section.

Волновой привод содержит корпус 1 с втулкой 2, установленный в ней на двух подшипниках 3 выходной вал 4, связанный с гибким колесом 5 волновой передачи 6 с неподвижным жестким колесом 7, размещенным на корпусе 1. На корпусе 1 на подшипнике 8 установлен генератор волн 9, снабженный зубчатым венцом 10. Волновой привод содержит также плату 11 с n (n=1, 2 и т.д.) электродвигателями 12, размещенными внутри гибкого колеса 5. На валах электродвигателей 12 установлены зубчатые колеса 13. Зубчатый венец 10 входит в зацепление с зубчатыми колесами 13 электродвигателей 12. Плата 11 выполнена в виде стакана 14, присоединенного дном 15 к торцу 16 выходного вала 4. В данном примере конкретного выполнения стакан 14 выполнен заодно с выходным валом 4, но он может быть присоединен к валу, например, посредством фланцевого соединения. Стакан 14 снабжен узлом фиксации 17 к гибкому колесу 5, выполненному в виде тонкостенного кольца 18. Узел фиксации 17 выполнен в виде шлицевой муфты 19. Электродвигатели 12 установлены внутри стакана 14 на его дне 15, при этом на стенке 20 стакана 14 выполнены n пазов 21 для размещения фланцев 22 электродвигателей 12. Электропитание электродвигателей 12 осуществляется через их провода 23. Осевая фиксация гибкого колеса 5 к стакану 14 осуществляется проволочным кольцом 24.The wave drive comprises a housing 1 with a sleeve 2, an output shaft 4 mounted on two bearings 3 in it, connected to a flexible wheel 5 of the wave transmission 6 with a fixed rigid wheel 7 located on the housing 1. On the housing 1, a wave generator 9 is installed on the bearing 8, equipped with a ring gear 10. The wave drive also includes a board 11 with n (n = 1, 2, etc.) electric motors 12 located inside the flexible wheel 5. On the shafts of the electric motors 12 there are gears 13. The ring gear 10 engages with gears 13 electric motors 12 The board 11 is made in the form of a cup 14 connected by a bottom 15 to the end face 16 of the output shaft 4. In this particular embodiment, the cup 14 is made integral with the output shaft 4, but it can be attached to the shaft, for example, by means of a flange connection. The glass 14 is equipped with a fixing unit 17 to the flexible wheel 5, made in the form of a thin-walled ring 18. The fixing unit 17 is made in the form of a spline coupling 19. The electric motors 12 are installed inside the glass 14 at its bottom 15, while n grooves 21 are made on the wall 20 of the glass 14 to accommodate the flanges 22 of the electric motors 12. The electric motors 12 are powered through their wires 23. The axial fixation of the flexible wheel 5 to the glass 14 is carried out by a wire ring 24.

Волновой привод работает следующим образом: при включений электродвигателей 12 вращение установленных на их валах зубчатых колес 13 через зубчатый венец 10 передается на генератор волн 9. Генератор волн 9 деформирует гибкое колесо 5, вводит его в зацепление с жестким колесом 7 и приводит в движение гибкое колесо 5, связанный с ним шлицевой муфтой 19 стакан 14 и выполненный заодно с ним выходной вал 4. При этом вместе с выходным валом 4 вращаются и электродвигатели 12, установленные на дне 15 стакана 14. Провода 23, закрепленные неподвижно на электродвигателях 12 испытывают скручивание на величину, равную углу поворота выходного вала 4. Поскольку в агрегатах космической техники этот угол невелик - обычно не более 180°, длина проводов 23 значительна, а жесткость проводов на кручение мала, то деформации поворота проводов весьма несущественны, находятся в пределах упругой деформации и не приводят к нарушению их целостности. Пазы 21 позволяют уменьшить до минимума диаметр стакана 14 и гибкого колеса 5. При этом за счет значительного диаметра цилиндрической стенки 21 стакана 14 она обладает большим моментом сопротивления кручению и достаточным запасом прочности, что не повышает уровень напряжений в конструкции по сравнению с напряжениями кручения выходного вала 4 даже при наличии ослабляющих сечение стенки 21 стакана 14 пазов 21. Совокупность всех указанных существенных признаков позволяет уменьшить диаметр гибкого колеса 5 и корпуса 1 на величину, равную сумме диаметра выходного вала и двух толщин охватывающей его втулки в прототипе, т.е. около 20%. Увеличение общей длины привода за счет выступа втулки и выходного вала в сторону, противоположную гибкому колесу, компенсируется уменьшением длины гибкого колеса, т.к. обычно длина гибкого колеса в виде тонкостенного кольца равна его диаметру, и устранением части выходного вала, обращенной в сторону гибкого колеса в прототипе. Таким образом, снижение радиальных габаритов обеспечивается при сохранении осевых. По предварительным расчетам снижение массы составляет около 8%. Кроме того, использование гибкого колеса в виде тонкостенного кольца вместо тонкостенного стакана в прототипе позволяет снизить уровень напряжений в гибком колесе и повысить надежность волнового привода.The wave drive operates as follows: when the motors 12 are turned on, the rotation of the gears 13 mounted on their shafts is transmitted through the gear ring 10 to the wave generator 9. The wave generator 9 deforms the flexible wheel 5, engages it with the hard wheel 7 and sets the flexible wheel in motion 5, a cup 14 connected to it by a spline coupling 19 and an output shaft 4 formed at the same time with it. At the same time, the electric motors 12 mounted on the bottom 15 of the cup 14 rotate together with the output shaft 4. The wires 23 are fixed to the electric motor 12, they are twisted by an amount equal to the angle of rotation of the output shaft 4. Since this angle is small in space technology units — usually no more than 180 °, the length of the wires 23 is significant, and the stiffness of the wires for torsion is small, the deformations of the rotation of the wires are very negligible, are limits of elastic deformation and do not lead to a violation of their integrity. The grooves 21 make it possible to minimize the diameter of the cup 14 and the flexible wheel 5. Moreover, due to the significant diameter of the cylindrical wall 21 of the cup 14, it has a large moment of torsion resistance and a sufficient margin of safety, which does not increase the level of stress in the structure compared to the torsion stresses of the output shaft 4 even in the presence of weakening the cross section of the wall 21 of the glass 14 grooves 21. The combination of all these essential features allows you to reduce the diameter of the flexible wheel 5 and the housing 1 by an amount equal to the sum of dia meter of the output shaft and two thicknesses of the sleeve surrounding it in the prototype, i.e. about 20%. The increase in the total length of the drive due to the protrusion of the sleeve and the output shaft in the direction opposite to the flexible wheel is compensated by a decrease in the length of the flexible wheel, because usually the length of the flexible wheel in the form of a thin-walled ring is equal to its diameter, and the elimination of the part of the output shaft facing the flexible wheel in the prototype. Thus, a decrease in radial dimensions is ensured while maintaining axial. According to preliminary calculations, the weight reduction is about 8%. In addition, the use of a flexible wheel in the form of a thin-walled ring instead of a thin-walled cup in the prototype allows to reduce the stress level in the flexible wheel and to increase the reliability of the wave drive.

Указанные результаты позволяют рекомендовать заявленный привод к использованию в агрегатах авиационной и космической техники.These results allow us to recommend the claimed drive for use in units of aviation and space technology.

ЛитератураLiterature

1. Патент Российской федерации N 1580088 по кл. F 16 H 1/00, 1993 г.1. Patent of the Russian Federation N 1580088 according to class. F 16 H 1/00, 1993

2. Патент Российской федерации N 2098691 по кл. F 16 H 1/00, 1997 г. прототип.2. Patent of the Russian Federation N 2098691 according to class. F 16 H 1/00, 1997 prototype.

Claims

A wave drive comprising a housing with a sleeve, an output shaft mounted on two bearings in it, coupled to a flexible wave transmission wheel with a fixed rigid wheel placed on the body, a wave generator and a board with n (n = 1, 2, etc.) electric motors located inside the flexible wheel, while the wave generator is mounted on the housing and equipped with a gear rim that engages with the gear wheels of the electric motors, characterized in that the board is made in the form of a glass attached to the bottom of one of the ends of the output shaft and equipped with by a fixing assembly to a flexible wheel made in the form of a thin-walled ring, and electric motors are installed inside the glass at its bottom, while n grooves are made on the glass wall to accommodate the motor flanges.