RU2377455C1

RU2377455C1 - Wave drive

Info

Publication number: RU2377455C1
Application number: RU2008121821/11A
Authority: RU
Inventors: Николай Игоревич Белоусов (RU); Николай Игоревич Белоусов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2008-06-02
Publication date: 2009-12-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention can be used in the capacity of drives for automation of products from aircraft and rocket engineering. Wave drive contains casing (1) located in it double-beat output shaft (2) wave toothed gear (3), with flexible (4) and rigid (5) wheels, waves generator (6) located inside the flexible wheel and through intermediate reducer (8) connected to shaft (8) of electric motor (10). The first end (11) of output shaft (2) is installed on support (12) located in casing. Rigid wheel (5) of wave toothed gear is rigidly fixed on casing (10). Flexible wheel (4) is connected to output shaft (2). In output shaft it is implemented cavity (15) inside which it is installed electric motor. The second end (16) of the output shaft is installed on rest (17) located in counterbore (18) of wave generator which is common support and for waves generator. The rest (12) of the first end (11) of the output shaft is fixed in axial direction as relative to output shaft as relative to casing.

EFFECT: invention provides design simplification and reduction of 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, размещенные в нем электродвигатель и волновую передачу, генератор волн которой связан с валом электродвигателя через промежуточный редуктор [1]. Недостатком этого волнового привода является значительные осевые габариты, вызванные последовательным расположением выходного вала и волновой передачи.Known wave drive, comprising a housing, placed in it an electric motor and a wave transmission, the wave generator of which is connected with the shaft of the electric motor through an intermediate gearbox [1]. The disadvantage of this wave drive is the significant axial dimensions caused by the sequential arrangement of the output shaft and wave transmission.

Этого недостатка лишен выбранный в качестве прототипа волновой привод, содержащий корпус, размещенный в нем двухопорный выходной вал, волновую зубчатую передачу с гибким и жестким колесами, а также размещенным внутри гибкого колеса генератором волн, через промежуточный редуктор связанным с валом электродвигателя [2]. Каждый конец выходного вала установлен на опоре, размещенной в корпусе. Генератор волн расположен в корпусе на своей опоре.The wave drive selected as a prototype is deprived of this drawback, comprising a housing, a two-bearing output shaft placed in it, a wave gear transmission with flexible and rigid wheels, and a wave generator located inside the flexible wheel through an intermediate gearbox connected to the motor shaft [2]. Each end of the output shaft is mounted on a support located in the housing. The wave generator is located in the housing on its support.

Недостатком такого волнового привода является сложность конструкции и значительная масса, что обусловлено наличием двух крупногабаритных опор выходного вала и опоры генератора волн. В условиях авиационной и особенно ракетной техники наличие избыточной массы крайне нежелательно, что объясняется высокой удельной стоимостью вывода груза на орбиту.The disadvantage of this wave drive is the design complexity and significant mass, due to the presence of two large supports of the output shaft and the support of the wave generator. In the conditions of aviation and especially rocket technology, the presence of excess mass is extremely undesirable, due to the high unit cost of putting the cargo into orbit.

Задачей заявленного изобретения является разработка такого волнового привода, в котором достигалось бы упрощение конструкции и снижение массы привода.The objective of the claimed invention is the development of such a wave drive, which would achieve a simplification of the design and weight reduction of the drive.

Технический результат достигается за счет того, что в известном волновом приводе, содержащем корпус, размещенный в нем двухопорный выходной вал, волновую зубчатую передачу с гибким и жестким колесами, а также размещенным внутри гибкого колеса генератором волн, через промежуточный редуктор связанным с валом электродвигателя, при этом первый конец выходного вала установлен на опоре, размещенной в корпусе, согласно изобретению жесткое колесо волновой зубчатой передачи жестко закреплено на корпусе, а гибкое колесо соединено с выходным валом, в выходном валу выполнена полость, электродвигатель установлен внутри нее, а второй конец выходного вала установлен на опоре, размещенной в расточке генератора волн, являющейся общей опорой и для генератора волн, при этом опора первого конца выходного вала зафиксирована в осевом направлении как относительно выходного вала, так и относительно корпуса. Выполнение одной опоры выходного вала общей и для генератора волн позволяет снизить число подшипников и за счет этого упростить конструкцию и снизить массу волнового привода.The technical result is achieved due to the fact that in the known wave drive comprising a housing, a double-bearing output shaft placed therein, a wave gear transmission with flexible and rigid wheels, and also a wave generator located inside the flexible wheel, through an intermediate gearbox connected to the motor shaft, this first end of the output shaft is mounted on a support located in the housing, according to the invention, the hard wave wave gear is rigidly mounted on the housing, and the flexible wheel is connected to the output shaft m, a cavity is made in the output shaft, the electric motor is installed inside it, and the second end of the output shaft is mounted on a support located in the bore of the wave generator, which is a common support for the wave generator, while the support of the first end of the output shaft is axially fixed relative to the output shaft, and relative to the housing. The implementation of one support of the output shaft common to the wave generator can reduce the number of bearings and thereby simplify the design and reduce the mass of the wave drive.

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, размещенный в нем двухопорный выходной вал 2, волновую зубчатую передачу 3 с гибким 4 и жестким 5 колесами. Внутри гибкого колеса 4 размещен кулачковый генератор волн 6 с подшипником 7 с гибкими кольцами (так называемый гибкий подшипник), через промежуточный редуктор 8 связанный с валом 9 электродвигателя 10. Первый конец 11 выходного вала 2 установлен на опоре 12, размещенной в корпусе 1. Жесткое колесо 5 волновой зубчатой передачи 3 жестко закреплено на корпусе 1 посредством штифтов 13, а гибкое колесо 4 соединено с выходным валом 2 посредством шлицевой муфты 14. В выходном валу 2 выполнена полость 15, электродвигатель 10 установлен внутри нее. Второй конец 16 выходного вала 2 установлен на опоре 17, размещенной в расточке 18 генератора волн 6, являющейся общей опорой и для генератора волн 6. Эта опора выполнена в виде установленных рядом друг с другом двух подшипников 19, что улучшает условия работы подшипников за счет лучшего восприятия изгибающего момента со стороны генератора волн 6, однако может быть использована опора и в виде одного подшипника, как в прототипе. Вследствие этого заявляется признак, обобщенный термином «опора», который подразумевает как один подшипник (как в прототипе), так и два (в приведенном примере конкретного исполнения). Опора 12 первого конца 11 выходного вала 2 зафиксирована в осевом направлении как относительно выходного вала 2 - его заплечиком 20 и установленным на наружной поверхности выходного вала 2 пружинным кольцом 21, так и относительно корпуса 1 - его заплечиком 22 и установленным на внутренней поверхности корпуса 1 пружинным кольцом 23.The wave drive comprises a housing 1, a double-bearing output shaft 2 located therein, a wave gear 3 with flexible 4 and hard 5 wheels. Inside the flexible wheel 4 there is a cam wave generator 6 with a bearing 7 with flexible rings (the so-called flexible bearing), through an intermediate gearbox 8 connected to the shaft 9 of the electric motor 10. The first end 11 of the output shaft 2 is mounted on a support 12 located in the housing 1. Rigid the wheel 5 of the wave gear 3 is rigidly fixed to the housing 1 by means of pins 13, and the flexible wheel 4 is connected to the output shaft 2 by means of a splined clutch 14. A cavity 15 is made in the output shaft 2, the electric motor 10 is installed inside it. The second end 16 of the output shaft 2 is mounted on a support 17 located in the bore 18 of the wave generator 6, which is a common support for the wave generator 6. This support is made in the form of two bearings 19 mounted next to each other, which improves the working conditions of the bearings due to the best perception of the bending moment from the side of the wave generator 6, however, the support can also be used in the form of a single bearing, as in the prototype. As a result of this, a feature is claimed that is summarized by the term “support”, which implies both one bearing (as in the prototype) and two (in the given example of a specific embodiment). The support 12 of the first end 11 of the output shaft 2 is fixed in the axial direction both relative to the output shaft 2 - its shoulder 20 and the spring ring 21 mounted on the outer surface of the output shaft 2, and relative to the housing 1 - its shoulder 22 and the spring mounted on the inner surface of the housing 1 ring 23.

Волновой привод работает следующим образом: при включении электродвигателя 10 вращение его вала 9 через промежуточный редуктор 8 передается на генератор волн 6. Генератор волн 6, вращаясь на опоре 17, своим подшипником 7 деформирует гибкое колесо 4, вводит его в зацепление с жестким колесом 5 и приводит в движение гибкое колесо 4 и через шлицевую муфту 14 - выходной вал 2, вращающийся в опорах 12 и 17. Осевое положение генератора волн 6 обеспечивается его установкой на опоре 17, и подшипник 7 может (в пределах тепловых деформаций корпуса 1) перемещаться в осевом направлении вдоль гладкой внутренней поверхности гибкого колеса 4. Это устраняет возможный натяг между опорами 12 и 17 и обеспечивает их нормальные условия работы. При этом опора 17 сохраняет свою соосность корпусу 1 за счет того, что деформированное гибкое колесо 4 жестко базируется многопарным зацеплением своих зубьев с зубьями жесткого колеса 5, а соосность генератора волн 6 гибкому колесу 4 обеспечивается тем, что наружная поверхность подшипника 7 находится в поверхностном контакте с внутренней поверхностью гибкого колеса 4, а внутренняя - с наружной поверхностью генератора волн 6. Возможное отклонение оси гибкого колеса относительно оси жесткого с условием многопарности зацепления теоретически лежит в пределах бокового зазора зубьев в волновой зубчатой передаче. Величина максимального бокового зазора δ в зубчатых передачах находится обычно в пределах 0,2 мм [3]. Поэтому для максимальной оценки смещения гибкого колеса относительно жесткого можно принять эту величину, хотя в действительности за счет многопарности зацепления смещение гибкого колеса существенно меньше. Однако приняв в качестве оценки радиального смещения гибкого колеса относительно жесткого завышенную величину δ=0,2 мм, при расстоянии между опорами 12 и 17 L=100 мм, получим, что радиальное смещение гибкого колеса (а следовательно, и генератора волн 6) δ=0,2 мм приведет к угловому повороту (перекосу) выходного вала 2 по отношению к корпусу 1 на угол:The wave drive operates as follows: when the electric motor 10 is turned on, the rotation of its shaft 9 is transmitted through the intermediate gear 8 to the wave generator 6. The wave generator 6, rotating on the support 17, deforms the flexible wheel 4 with its bearing 7, engages it with the hard wheel 5 and drives the flexible wheel 4 and through the spline coupling 14 - the output shaft 2, rotating in the bearings 12 and 17. The axial position of the wave generator 6 is provided by its installation on the support 17, and the bearing 7 can (within the thermal deformation of the housing 1) move axial direction along the smooth inner surface of the flexible wheel 4. This eliminates the possible interference between the bearings 12 and 17 and ensures their normal working conditions. In this case, the support 17 maintains its alignment with the housing 1 due to the fact that the deformed flexible wheel 4 is rigidly based on the multi-pair engagement of its teeth with the teeth of the hard wheel 5, and the coaxiality of the wave generator 6 to the flexible wheel 4 is ensured by the fact that the outer surface of the bearing 7 is in surface contact with the inner surface of the flexible wheel 4, and the inner one with the outer surface of the wave generator 6. A possible deviation of the axis of the flexible wheel relative to the axis of the rigid with the condition of multipair engagement theoretically lies in the range of lateral tooth gap in the wave gear mechanism. The maximum lateral clearance δ in gears is usually within 0.2 mm [3]. Therefore, to maximize the assessment of the displacement of the flexible wheel relative to the hard one, this value can be taken, although in reality due to the multi-pair engagement, the displacement of the flexible wheel is significantly less. However, taking as an estimate of the radial displacement of the flexible wheel relatively rigid an overestimated value δ = 0.2 mm, with the distance between the supports 12 and 17 L = 100 mm, we obtain that the radial displacement of the flexible wheel (and therefore the wave generator 6) δ = 0.2 mm will lead to an angular rotation (skew) of the output shaft 2 with respect to the housing 1 at an angle:

А=δ/L=0,2/100=0,002 [рад]≈0,114°=6,84'.A = δ / L = 0.2 / 100 = 0.002 [rad] ≈0.114 ° = 6.84 '.

Указанный перекос выходного вала не приводит к ухудшению работы опор 12 и 17, так как в случае использования в качестве опор радиальных шариковых подшипников перекос их внутренних колец по отношению к наружным не превосходит считающейся допустимой величины в 1/4°=15' [4]. По отношению же к устанавливаемой на вал нагрузке перекос выходного вала также не является критичным, т.к. между валом волнового привода и валом исполнительного механизма, как правило, устанавливается компенсирующая муфта для компенсации несоосностей и угловых перекосов. Совокупность всех указанных существенных признаков позволяет устранить специальную опору генератора волн за счет ее совмещения с опорой выходного вала, упростить конструкцию и снизить массу волнового привода.The specified skew of the output shaft does not lead to a deterioration in the operation of bearings 12 and 17, since in the case of using radial ball bearings as a support, the skew of their inner rings with respect to the outer does not exceed the considered permissible value of 1/4 ° = 15 '[4]. In relation to the load installed on the shaft, the skew of the output shaft is also not critical, because between the shaft of the wave drive and the shaft of the actuator, as a rule, a compensating clutch is installed to compensate for misalignments and angular distortions. The combination of all these essential features allows you to eliminate the special support of the wave generator due to its combination with the support of the output shaft, to simplify the design and reduce the mass of the wave drive.

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

Литература:Literature:

1. Е.Г.Гинзбург, Волновые зубчатые передачи, Л., Машиностроение, 1969, стр.125, рис.60.1. EG Ginzburg, Wave gears, L., Mechanical Engineering, 1969, p. 125, Fig. 60.

2. Авторское свидетельство СССР №1089325, МПК: F16H 1/00, 1984 г. - прототип.2. USSR author's certificate No. 1089325, IPC: F16H 1/00, 1984 - prototype.

3. И.Я.Левин «Справочник конструктора точных приборов», М., Машиностроение, 1964, стр.459, табл.200.3. I.Ya. Levin "Reference designer of precision instruments", M., Mechanical Engineering, 1964, p. 459, tab. 200.

4. Там же, стр.563.4. Ibid., P. 563.

Claims

A wave drive comprising a housing, a two-support output shaft placed therein, a wave gear transmission with flexible and rigid wheels, and also a wave generator located inside the flexible wheel, through an intermediate gearbox connected to the motor shaft, while the first end of the output shaft is mounted on a support located in the housing, characterized in that the hard wave of the wave gear is rigidly fixed to the housing, and the flexible wheel is connected to the output shaft, a cavity is made in the output shaft, the electric motor is installed n inside it, and the second end of the output shaft is mounted on a support located in the bore of the wave generator, which is a common support for the wave generator, while the support of the first end of the output shaft is fixed in the axial direction both relative to the output shaft and relative to the housing.