RU2380593C1

RU2380593C1 - Wave plunger reduction gear

Info

Publication number: RU2380593C1
Application number: RU2008147564/11A
Authority: RU
Inventors: Максим Николаевич Каракулов (RU); Максим Николаевич Каракулов; Елена Владимировна Каракулова (RU); Елена Владимировна Каракулова
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2010-01-27

Abstract

FIELD: engineering industry.

SUBSTANCE: wave plunger reduction gear includes movable rigid gear wheel (13), wheel interacting with it, wave generator (2) with cylinders (3) and radial channels (6) uniformly distributed in a circumferential direction, which connect each cylinder to central hole (7). Distributor (8) made in the form of shaft with working medium supply and discharge cavities (9) is installed in central hole (7). Wheel is made in the form of ring-separator (15), in the slots of which there located are radially movable prismatic plungers (14). In symmetric slots of plungers there installed is non-extendable flexible element (16). On shaft of distributor there eccentrically installed and offset in two diametrically opposite directions relative to wave generator axis are discs (22) interacting with plungers. The straight line along which discs (22) are offset, coincides with symmetry axis of distributor supply cavity. When discharging working medium from high pressure main line, plungers (14) come into contact with discs (22) and remain fixed in radial direction, thus maintaining engagement with movable wheel (13) and gear clutches (1). As a result, movable wheel (13) is reliably fixed against rotation.

EFFECT: improving operating reliability of reduction gear.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области общего машиностроения и может быть использовано в качестве силового редуцирующего механизма в приводах систем управления.The invention relates to the field of general engineering and can be used as a power reducing mechanism in the drives of control systems.

Эффективность управления приводами определяется эксплуатационными характеристиками применяемых технических средств. Силовые приводы, оснащенные волновыми передачами, в частности волновые передачи с гибкими зубчатыми колесами (ГЗК), содержащие в качестве звена редуцирования волновую зубчатую передачу, имеют высокое передаточное число. Поэтому часто приходится применять мультипликаторные системы трансмиссий для увеличения угловых перемещений выходного вала привода, которые усложняют конструкцию привода. Также редукторы с волновой зубчатой передачей имеют малую долговечность из-за наличия в гибком зубчатом колесе концентраторов напряжений в виде впадин между зубьями. Поэтому актуальной задачей является разработка таких конструкций редукторов, которые не требуют установки мультипликаторов, обладают высокой нагрузочной способностью, необходимой долговечностью и имеют возможность работы в сложных климатических условиях.The efficiency of drive control is determined by the operational characteristics of the applied technical means. Power drives equipped with wave transmissions, in particular wave transmissions with flexible gears (GZK), containing a wave gear transmission as a reduction link, have a high gear ratio. Therefore, it is often necessary to use multiplier transmission systems to increase the angular displacements of the drive output shaft, which complicate the drive design. Also wave gear gearboxes have low durability due to the presence of stress concentrators in the flexible gear wheel in the form of cavities between the teeth. Therefore, the urgent task is to develop such designs of gearboxes that do not require the installation of multipliers, have high load capacity, necessary durability and have the ability to work in difficult climatic conditions.

Известен шаговый двигатель [а.с. №530961, СССР, F15B 11/12, Шаговый двигатель, Опубл. 05.10.1976 Бюллетень №37], содержащий равномерно расположенные по окружности в блоке автономно управляемые цилиндры, поршни которых взаимодействуют с ведущим колесом зубчатой передачи.Known stepper motor [and.with. No. 530961, USSR, F15B 11/12, Stepper motor, Publ. 10/05/1976 Bulletin No. 37], containing independently controlled cylinders uniformly spaced around the circumference in the block, the pistons of which interact with the drive gear wheel.

Недостатком такого привода является отсутствие кинематической связи между входным и выходным валом при отсутствии давления под поршнями, что заставляет применять в приводах с таким двигателем дополнительных тормозящих устройств, препятствующих самопроизвольному движению рабочего органа машины при аварийном отключении давления.The disadvantage of this drive is the lack of a kinematic connection between the input and output shaft in the absence of pressure under the pistons, which makes it necessary to use additional braking devices in drives with such an engine, which prevent the spontaneous movement of the working body of the machine during an emergency shutdown of pressure.

Известна плунжерная передача [Теоретическое исследование плунжерной передачи / Ястребов В.М. (СССР), Опубл. "Известия ВУЗов: Машиностроение", №8 1962 г.], которая состоит из ведущего звена (водила), выполненного в виде вала с двумя эксцентриками, оси которых сдвинуты симметрично относительно оси вала и на них надеты радиальные подшипники, перемещающие плунжеры; ведомого вала (ротора), имеющего радиальные пазы, в которых перемещаются плунжеры-зубья; двух неподвижных колес с внутренними зубьями, с которыми зацепляются плунжеры; пружинных колец, действующих на выступы пазов плунжеров и возвращающих плунжеры в исходное положение; корпуса, крышки и подшипников валов.Known plunger gear [Theoretical study of plunger gear / Hawks VM (USSR), Publ. "Izvestiya VUZov: Mashinostroyenie", No. 8 of 1962], which consists of a leading link (carrier) made in the form of a shaft with two eccentrics, the axes of which are shifted symmetrically with respect to the axis of the shaft and radial bearings are mounted on them, which move the plungers; a driven shaft (rotor) having radial grooves in which plunger-teeth move; two fixed wheels with internal teeth with which the plungers engage; spring rings acting on the protrusions of the grooves of the plungers and returning the plungers to their original position; housings, covers and shaft bearings.

Недостатком данного механизма является невозможность использования для его работы потенциальной энергии рабочего тела (жидкости или газа).The disadvantage of this mechanism is the inability to use the potential energy of the working fluid (liquid or gas) for its operation.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является двигатель, описанный в патенте RU №2278979 «Плунжерный газогидравлический двигатель», опубл. бюл. №18. Двигатель содержит подвижное жесткое зубчатое колесо и взаимодействующее с ним колесо, генератор волн с равномерно расположенными по окружности цилиндрами и радиальными каналами, соединяющими каждый цилиндр с центральным отверстием, в котором установлен с возможностью вращения распределитель в виде вала с полостями подачи и слива рабочего тела. Колесо выполнено в виде кольца-сепаратора, в пазах которого размещены с возможностью радиального перемещения призматические плунжеры, а в симметричные пазы плунжеров установлен нерастяжимый гибкий элемент с одинаковым поперечным сечением.Closest to the proposed technical essence is the engine described in patent RU No. 2278979 "Plunger gas-hydraulic engine", publ. bull. Number 18. The engine contains a movable rigid gear wheel and a wheel interacting with it, a wave generator with cylinders and radial channels evenly spaced around the circumference connecting each cylinder with a central hole in which the distributor is mounted in the form of a shaft with supply and drain cavities of the working fluid. The wheel is made in the form of a separator ring, in the grooves of which prismatic plungers are placed with the possibility of radial movement, and an inextensible flexible element with the same cross section is installed in the symmetrical grooves of the plungers.

Недостатком такого двигателя является отсутствие жесткой кинематической связи между входным и выходным валом при отсутствии давления в рабочей сети распределителя.The disadvantage of this engine is the lack of a rigid kinematic connection between the input and output shaft in the absence of pressure in the working network of the distributor.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение надежности работы двигателя.The technical problem to which the invention is directed is to increase the reliability of the engine.

Поставленная задача решается тем, что в волновом плунжерном редукторе, содержащем подвижное жесткое зубчатое колесо и взаимодействующее с ним колесо, генератор волн с равномерно расположенными по окружности цилиндрами и радиальными каналами, соединяющими каждый цилиндр с центральным отверстием, в котором установлен с возможностью вращения распределитель в виде вала с полостями подачи и слива рабочего тела. Колесо выполнено в виде кольца-сепаратора, в пазах которого размещены с возможностью радиального перемещения призматические плунжеры, а в симметричные пазы плунжеров установлен нерастяжимый гибкий элемент с равномерным поперечным сечением, на валу распределителя установлены эксцентрично расположенные диски, взаимодействующие с плунжерами, смещенные в двух диаметрально противоположных направлениях относительно оси генератора волн, причем прямая, вдоль которой смещены диски, совпадает с осью симметрии полости подачи распределителя.The problem is solved in that in a wave plunger gearbox containing a movable rigid gear and a wheel interacting with it, a wave generator with cylinders evenly spaced around the circumference and radial channels connecting each cylinder with a central hole in which the distributor is mounted in the form of a rotation shaft with cavities of supply and discharge of the working fluid. The wheel is made in the form of a separator ring, in the grooves of which prismatic plungers are placed with the possibility of radial movement, and an inextensible flexible element with a uniform cross section is installed in the symmetrical grooves of the plungers, eccentrically located disks mounted on the distributor shaft interacting with the plungers displaced in two diametrically opposite directions relative to the axis of the wave generator, and the straight line along which the disks are displaced coincides with the axis of symmetry of the distributor feed cavity.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено поперечное сечение волнового плунжерного редуктора; на фиг.2 и 3 показано осевое сечение волнового плунжерного редуктора.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a cross section of a wave plunger gear; figure 2 and 3 shows an axial section of a wave plunger gear.

Волновой плунжерный редуктор содержит зубчатую муфту 1, жестко закрепленную на генераторе волн 2 с равномерно расположенными по окружности цилиндрами 3, с установленными в них поршнями 4, в проточки которых вставлены уплотнения 5, и радиальными каналами 6, соединяющими каждый цилиндр с центральным отверстием 7, в котором установлен с возможностью вращения распределитель 8 в виде вала с полостями слива 9 и подачи, выполненный в виде канавок 10, причем в стенках центрального отверстия 7 выполнены кольцевая проточка 11 и осевые каналы 12, сообщающие кольцевую проточку 11 с радиальными каналами 6 в момент подачи в них рабочего тела.The wave plunger gearbox contains a gear clutch 1, rigidly mounted on a wave generator 2 with cylinders 3 evenly spaced around the circumference, with pistons 4 installed in them, into the grooves of which seals 5 are inserted, and radial channels 6 connecting each cylinder with a central hole 7, in which is installed with the possibility of rotation of the distributor 8 in the form of a shaft with cavities of drain 9 and supply, made in the form of grooves 10, and in the walls of the Central hole 7 is made of an annular groove 11 and axial channels 12, communicating an annular groove 11 with radial channels 6 at the time of supply of the working fluid.

Подвижное жесткое зубчатое колесо 13 соединяется с плунжерами 14 зубчатой муфтой 1. Плунжеры 14 равномерно расположены по окружности и фиксируются от угловых перемещений относительно друг друга сепаратором 15, жестко закрепленным на зубчатой муфте 1, и от осевых перемещений крышками корпуса, роль которых выполняют зубчатые муфты 1. В пазы плунжеров 14 установлены гибкие металлические тросы 16, рабочее тело подводится через штуцер подачи 17, коллектор 18 и осевые каналы 12. На валу распределителя 8 установлены и зафиксированы от осевых перемещений гайкой 21 эксцентрично смещенные в противоположных диаметральных направлениях эксцентрики 20, которые совершают вращательное движение вместе с распределителем 8. На эксцентрики 20 установлены диски 22, контактирующие с плунжерами 14.The movable rigid gear wheel 13 is connected to the plungers 14 of the gear coupling 1. The plungers 14 are evenly spaced around the circumference and are fixed from angular movements relative to each other by a separator 15, rigidly mounted on the gear coupling 1, and from axial movements of the housing covers, the role of which are played by the gear couplings 1 . Flexible metal cables 16 are installed in the grooves of the plungers 14, the working fluid is fed through the feed fitting 17, the collector 18 and the axial channels 12. On the shaft of the distributor 8 are installed and fixed against axial displacements eccentric 20, eccentrically displaced in opposite diametrical directions, rotate with the distributor 8. The eccentrics 20 are equipped with disks 22 in contact with the plungers 14.

Волновой плунжерный редуктор работает следующим образом. При подводе рабочего тела из магистрали высокого давления (не показана) через штуцер 17, коллектор 18, осевые каналы 12, кольцевую проточку 11, канавки 10 распределителя 8, радиальные каналы 6 в цилиндры 3, которое заставляет поршни 4 совершать возвратно-поступательное движение и деформировать гибкие металлические тросы 16, с установленными на них плунжерами 14, которые под действием поршней вступают в контакт с подвижным колесом 13 и зубчатой муфтой 1 и создают две диаметрально противоположные зоны зацепления, расположенные в одной плоскости, и при подаче на распределитель 8 от электромеханического преобразователя или управляемой турбины (не показаны) последовательных импульсов подвижное колесо 13 поворачивается на угол, пропорциональный числу командных импульсов. Плунжеры 14, оказавшиеся в зоне слива, воздействуют на поршни 4 силой деформации гибких металлических тросов 16, которые освобождают цилиндры 3 от рабочего тела через радиальные каналы 6, полости слива 9 и центральное отверстие 19 распределителя 8 в магистраль низкого давления (не показана). При отводе рабочего тела из магистрали высокого давления плунжеры 14 входят в контакт с дисками 22 и остаются зафиксированными в радиальном направлении, сохраняя зацепление с подвижным колесом 13 и зубчатыми муфтами 1, в результате чего подвижное колесо 13 надежно зафиксировано от вращения.Wave plunger gearbox operates as follows. When supplying a working fluid from a high-pressure line (not shown) through a fitting 17, a manifold 18, axial channels 12, an annular groove 11, grooves 10 of the distributor 8, radial channels 6 into the cylinders 3, which causes the pistons 4 to reciprocate and deform flexible metal cables 16, with plungers 14 mounted on them, which, under the action of pistons, come into contact with the movable wheel 13 and the gear coupling 1 and create two diametrically opposite engagement zones located in the same plane, and when applying to the distributor 8 from the electromechanical converter or a controlled turbine (not shown) successive pulses, the movable wheel 13 is rotated by an angle proportional to the number of command pulses. The plungers 14, which are in the discharge zone, act on the pistons 4 by the deformation force of the flexible metal cables 16, which release the cylinders 3 from the working fluid through radial channels 6, drain cavities 9 and the central hole 19 of the distributor 8 into a low-pressure line (not shown). When the working fluid is withdrawn from the high-pressure line, the plungers 14 come into contact with the disks 22 and remain fixed in the radial direction, while maintaining engagement with the movable wheel 13 and gear couplings 1, as a result of which the movable wheel 13 is reliably fixed from rotation.

Оптимальное передаточное число волнового плунжерного редуктора лежит в интервале от 20 до 120.The optimal gear ratio of the wave plunger gearbox is in the range from 20 to 120.

Дополнительный положительный эффект от применения волнового плунжерного редуктора позволяет эксплуатировать привод при аварийном падении давления в магистрали.An additional positive effect of the use of a wave plunger gearbox allows the drive to be operated in case of an emergency pressure drop in the line.

В настоящий момент разработка волнового плунжерного редуктора находится в стадии экспериментальных испытаний.Currently, the development of a wave plunger gearbox is in the experimental testing stage.

Claims

A wave plunger gearbox containing a movable rigid gear wheel and a wheel interacting with it, a wave generator with cylinders and radial channels uniformly spaced around the circumference connecting each cylinder with a central hole in which the distributor is mounted in the form of a shaft with supply and discharge cavities body, a wheel made in the form of a separator ring, in the grooves of which prismatic plungers are placed with the possibility of radial movement, and in the symmetrical grooves of the plungers an inextensible flexible element with a uniform cross section is installed, characterized in that eccentrically arranged disks are installed on the distributor shaft, interacting with the plungers, displaced in two diametrically opposite directions relative to the axis of the wave generator, and the straight line along which the disks are displaced coincides with the axis of symmetry of the feed cavity distributor.