RU2472991C2 - Harmonic gear transmission - Google Patents

Harmonic gear transmission Download PDF

Info

Publication number
RU2472991C2
RU2472991C2 RU2011112827/11A RU2011112827A RU2472991C2 RU 2472991 C2 RU2472991 C2 RU 2472991C2 RU 2011112827/11 A RU2011112827/11 A RU 2011112827/11A RU 2011112827 A RU2011112827 A RU 2011112827A RU 2472991 C2 RU2472991 C2 RU 2472991C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gear
wave
output shaft
flexible
disk
Prior art date
Application number
RU2011112827/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Захарович Гребенкин
Руслан Иршатович Аккулов
Павел Владимирович Васильев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ"
Priority to RU2011112827/11A priority Critical patent/RU2472991C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2472991C2 publication Critical patent/RU2472991C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Retarders (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: harmonic gear transmission contains housing (1), rigid gear (2), flexible gear (3) deformed by disk wave generator (4), drive shaft (5), disk in the form of in the form of maltese cross (6) designed together with output shaft (7). Rigid gear with inner tooth crown (b) is fixed in housing. Flexible gear is connected to output shaft by means of mechanism of maltese cross type with rolling friction. There are supports (11) on flexible ring, on them rolling bearings (12) are installed.
EFFECT: increasing load-carrying capacity and efficiency.

Description

Изобретение относится к механическим передачам и может быть использовано в составе изделий электронного машиностроения, в других отраслях промышленности, использующих волновые передачи с малыми габаритно-массовыми характеристиками, плавной и бесшумной работой.The invention relates to mechanical transmissions and can be used as part of electronic engineering products in other industries using wave transmissions with small overall mass characteristics, smooth and silent operation.

Известна волновая зубчатая передача [1, 2], содержащая корпус, два жестких колеса, одно из которых неподвижно установлено в корпусе, а другое выполнено заодно с выходным валом, гибкое короткое колесо с двумя внешними зубчатыми венцами, один из которых образует волновую передачу с венцом неподвижного жесткого колеса, а другой - волновое зубчатое соединение с выходным валом; гибкое колесо выполнено монолитным из стали в виде тонкого кольца с мелкомодульными зубьями, деформируемое одним двухволновым генератором. Известна аналогичная волновая зубчатая передача с тем отличием, что гибкое колесо выполнено заодно с наружным кольцом гибкого подшипника генератора волн [3].Known wave gear [1, 2], comprising a housing, two hard wheels, one of which is fixedly mounted in the housing, and the other is made integral with the output shaft, a flexible short wheel with two external gear crowns, one of which forms a wave transmission with a crown a fixed hard wheel, and the other is a wave gear connection with the output shaft; the flexible wheel is made of monolithic steel in the form of a thin ring with small module teeth, deformable by one two-wave generator. A similar wave gear transmission is known with the difference that the flexible wheel is integral with the outer ring of the flexible bearing of the wave generator [3].

Наиболее близким по технической сути изобретением является волновая зубчатая передача [4], содержащая корпус, два жестких колеса с внутренними зубчатыми венцами, одно из которых неподвижно установлено в корпусе и образует волновую передачу, а другое - образует волновое соединение, выполнено заодно с выходным валом, короткое гибкое колесо с двумя внешними зубчатыми венцами, деформируемое двухволновым генератором, гибкое колесо сборное, повышенной гибкости, выполненное из ленты сложной структуры, состоящей из срединного несущего слоя - тонкой цилиндрической металлической упругой оболочки - и эластичного связующего, скрепленное со стальным подкладным кольцом; генератор выполнен дисковым (ДГ). Существенные достоинства этой передачи - малые размеры в осевом направлении, крупно-модульное зубчатое зацепление, низкие требования к точности изготовления - прототип.The closest in technical essence of the invention is a wave gear [4], comprising a housing, two hard wheels with internal gear rims, one of which is stationary in the housing and forms a wave transmission, and the other forms a wave connection, made integral with the output shaft, a short flexible wheel with two external gear crowns, deformable by a two-wave generator, a flexible assembly wheel, of increased flexibility, made of a complex structure tape consisting of a middle bearing layer - Coy elastic cylindrical metal shell - and an elastic binder, bonded to the steel backing ring; the generator is made disk (DG). Significant advantages of this transmission are small dimensions in the axial direction, large-modular gearing, low requirements for manufacturing accuracy - a prototype.

Основными недостатками вышеуказанных передач [1-4] являются: низкие значения КПД и нагрузочной способности.The main disadvantages of the above gears [1-4] are: low values of efficiency and load capacity.

Технической задачей заявленного изобретения является повышение КПД и нагрузочной способности волновой зубчатой передачи с коротким гибким колесом.The technical task of the claimed invention is to increase the efficiency and load capacity of the wave gear with a short flexible wheel.

Для этого согласно изобретению предлагается волновой зубчатый редуктор, в котором волновое соединение заменено механизмом, в котором установленные на гибком колесе подшипники качения входят в пазы диска в форме мальтийского креста, выполненного заодно с выходным валом.To this end, according to the invention, a wave gear reducer is proposed in which the wave connection is replaced by a mechanism in which rolling bearings mounted on a flexible wheel enter the grooves of a disk in the shape of a Maltese cross integral with the output shaft.

Как показано в работе [2], причиной пониженной (практически вдвое) нагрузочной способности ВМ с коротким ГК, одно из зубчатых зацеплений которого - волновое соединение, являются неблагоприятные условия в зацеплении волнового зубчатого соединения - наличие больших скоростей скольжения и нагрузок. Сочетание больших скоростей скольжения с силовыми факторами способствует возникновению значительной величины работы сил трения скольжения в зацеплении волнового зубчатого соединения, резкому снижению КПД и нагрузочной способности передачи.As shown in [2], the reason for the reduced (almost double) load capacity of a VM with a short HA, one of the gears of which is a wave connection, is the unfavorable condition in the gear wave connection — the presence of high sliding speeds and loads. The combination of high sliding speeds with force factors contributes to the emergence of a significant amount of work of the sliding friction forces in the engagement of the wave gear connection, a sharp decrease in efficiency and transmission load capacity.

Уменьшить работу сил трения скольжения, повысить КПД и нагрузочную способность передачи можно, заменив трение скольжения на трение качения. В предлагаемом изобретении предусматривается замена трения скольжения в зацеплении волнового соединения трением качения в соединении ГК с выходным валом передачи. Достигается это следующим образом.It is possible to reduce the work of sliding friction forces, to increase the efficiency and transmission load capacity by replacing sliding friction with rolling friction. The present invention provides for the replacement of sliding friction in the engagement of the wave connection by rolling friction in the connection of the HA with the output shaft of the transmission. This is achieved as follows.

На фиг.1a (разрез по продольной оси) показан волновой зубчатый редуктор, содержащий корпус 1, жесткое колесо 2, гибкое колесо 3, деформируемое дисковым генератором волн 4, ведущий вал 5, диск в форме мальтийского креста 6, выполненный заодно с выходным валом 7. Жесткое колесо 2 с внутренним зубчатым венцом b неподвижно установлено в корпусе 1. Гибкое колесо 3 сборное (фиг.2), повышенной гибкости, выполнено из ленты сложной структуры, состоящей из несущего слоя - тонкой срединной упругой металлической оболочки 9, размещенной в эластичном связующем 10 с внешним зубчатым венцом g, который входит в зацепление с венцом b жесткого колеса, лента скреплена со стальным подкладным кольцом 8. На гибком колесе установлены опоры 11, на которых закреплены подшипники качения 12. Дисковый генератор 4 и ведущий вал 5 изображены схематически, так как не несут в себе особенностей настоящего изобретения. Для фиксации в осевом направлении ГК на пазах диска с двух сторон следует устанавливать ограничительные планки 13 (фиг.1)On figa (section along the longitudinal axis) shows a wave gear reducer containing a housing 1, a hard wheel 2, a flexible wheel 3, deformable by a disk wave generator 4, a drive shaft 5, a disk in the shape of a Maltese cross 6, made integral with the output shaft 7 The hard wheel 2 with the internal gear rim b is fixedly mounted in the housing 1. The flexible wheel 3 is prefabricated (Fig. 2), of increased flexibility, made of a complex structure tape consisting of a supporting layer - a thin middle elastic metal shell 9 placed in an elastic binder 10 s at with an external gear rim g, which engages with the rim b of the hard wheel, the tape is fastened with a steel washer ring 8. The bearings 11 are mounted on the flexible wheel, on which the rolling bearings 12 are mounted. The disk generator 4 and the drive shaft 5 are shown schematically, since carry the features of the present invention. To fix in the axial direction of the HA on the grooves of the disk from two sides should be installed restrictive straps 13 (figure 1)

Предлагается на подкладном кольце (см. фиг.1) выполнить опоры (заодно с кольцом или с помощью сварки) для установки подшипников качения. Количество и размеры подшипников качения можно предварительно определить по статической грузоподъемности C0, задавшись, например, внутренним диаметром подшипника, равным толщине подкладного кольца, с последующей проверкой работоспособности подшипников по известным [5] методикам.It is proposed on the washer ring (see Fig. 1) to make supports (along with the ring or by welding) for installing rolling bearings. The number and dimensions of rolling bearings can be preliminarily determined by the static load-bearing capacity C 0 , having, for example, given the internal diameter of the bearing equal to the thickness of the spacer ring, followed by a check of the bearing performance using known methods [5].

Толщину подкладного кольца sк можно определить по следующей зависимости [6]:The thickness of the backing ring s k can be determined by the following dependence [6]:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

при выполнении условияunder the condition

Figure 00000003
Figure 00000003

где Tвых - крутящий момент волновой передачи; bк и Eк - ширина и модуль упругости материала подкладного кольца; Rк и rк - радиусы нейтрального слоя подкладного кольца в деформированном на дугах с углом α и в недеформированном состояниях; [σи] - допускаемое напряжение изгиба для материала подкладного кольца; m - модуль зацепления.where T o - torque wave transmission; b to and E to - width and elastic modulus of the material of the washer ring; R to and r to are the radii of the neutral layer of the underlay ring deformed on arcs with an angle α and in undeformed states; [σ and ] is the permissible bending stress for the material of the backing ring; m is the modulus of engagement.

При использовании гибкого колеса типа зубчатого ремня (ГЗКР) [4, 7], кроме установки опор для подшипников качения на подкладном кольце (фиг.1б) (в этом случае надежность неподвижности соединения ленты с подкладным кольцом, кроме сил трения в стыке обеспечивается дополнительным скреплением с помощью клея или вулканизации); в предлагаемом изобретении предусмотрено еще два варианта (см. фиг.2):When using a flexible wheel such as a toothed belt (GZKR) [4, 7], in addition to installing bearings for rolling bearings on the washer ring (Fig. 1b) (in this case, the immobility of the connection of the tape with the washer ring, in addition to the friction forces in the joint, is provided by additional fastening using glue or vulcanization); the invention provides for two more options (see figure 2):

а) при изготовлении нестандартного зубчатого ремня с внешними зубьями опоры устанавливаются под серединой зуба в процессе изготовления; при этом несущий слой (тонкая металлическая цилиндрическая оболочка [4]) размещается в прорези опор (см. фиг.2, исп.I);a) in the manufacture of a non-standard gear belt with external teeth, the supports are installed under the middle of the tooth during the manufacturing process; while the carrier layer (thin metal cylindrical shell [4]) is placed in the slot of the supports (see figure 2, isp. I);

б) при использовании стандартного зубчатого ремня - опоры запрессовываются под серединой зуба над несущими тросиками (см. фиг.2, исп.II).b) when using a standard gear belt - the supports are pressed under the middle of the tooth above the supporting cables (see figure 2, version II).

Оценим величину КПД ВМ по заявленной в изобретении конструкции. Для этого можно воспользоваться, например, данными, приведенными в статье [7] при сравнительной оценке волновых редукторов с металлическим гибким колесом (ВРМ) и с гибким колесом ГЗКР в форме зубчатого ремня (ВРР) при диаметре гибкого колеса dгк=84 мм и предельной величиной крутящего момента на выходном валу Tвых=56,5 Нм.We estimate the value of the VM efficiency according to the design claimed in the invention. To do this, you can use, for example, the data given in [7] for a comparative assessment of wave reducers with a metal flexible wheel (BPM) and with a flexible wheel GZKR in the form of a gear belt (VRP) with a diameter of the flexible wheel d gk = 84 mm and the limit the magnitude of the torque on the output shaft T o = 56.5 Nm.

Примем для редуктора ВРР радиальные подшипники качения №1000092 (d×D×В=2×6×2.3). Необходимое число подшипников n определим по статической грузоподъемности, равной c0=90 Н, в первом приближении по формуле:We accept for the VRP reducer radial rolling bearings No. 1000092 (d × D × B = 2 × 6 × 2.3). The required number of bearings n is determined by the static load capacity equal to c 0 = 90 N, in a first approximation, by the formula:

Figure 00000004
Figure 00000004

КПД двух подшипников при расчетах обычно принимают равным ηп=0,99. Следовательно, общие потери в зацеплении подшипников с пазами диска выходного вала могут быть оценены величиной:The efficiency of two bearings in the calculations is usually taken equal to η p = 0.99. Therefore, the total loss in engagement of the bearings with the grooves of the disk of the output shaft can be estimated by the value:

Figure 00000005
Figure 00000005

Таким образом, потери на трение в заявленной конструкции соединения ГК с выходным валом составляет ~7%, тогда как в волновом соединении ВРМ по результатам работы [7] потери оцениваются величиной ~40% (η≈0,6).Thus, the friction loss in the claimed design of the HA joint with the output shaft is ~ 7%, while in the BPM wave joint according to the results of [7], the losses are estimated at ~ 40% (η≈0.6).

Нетрудно видеть, что предлагаемая в изобретении конструкция соединения короткого ГК с выходным валом способствует резкому повышению КПД таких волновых редукторов.It is easy to see that the design of the short HA connection with the output shaft proposed in the invention contributes to a sharp increase in the efficiency of such wave reducers.

В случае особо жестких требований к минимальной величине момента инерции волнового редуктора может быть предложена замена подшипников качения подшипниками скольжения; в этом случае величина КПД механизма может быть несколько снижена.In the case of particularly stringent requirements for the minimum value of the moment of inertia of the wave gear, replacement of rolling bearings with sliding bearings may be proposed; in this case, the efficiency of the mechanism can be slightly reduced.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США №2943513.1. US patent No. 2943513.

2. М.Н.Иванов. Волновые зубчатые передачи. М.: «Высшая школа», 1981. - 184 с.2. M.N. Ivanov. Wave gears. M .: "Higher School", 1981. - 184 p.

3. Патент СССР №1772468.3. USSR patent No. 1772468.

4. Патент №2405993 - прототип.4. Patent No. 2405993 - prototype.

5. И.А.Биргер, Б.Ф.Шорр, Г.Б.Иоселевич. Расчет на прочность деталей машин. Справочник. - М.: Машиностроение. 1979. - 702 с.5. I.A. Birger, B.F. Shorr, G. B. Ioselevich. Strength calculation of machine parts. Directory. - M.: Mechanical Engineering. 1979.- 702 p.

6. В.З.Гребенкин, Р.И.Аккулов, П.В.Васильев. Выбор рационального натяжения гибкого звена волнового зубчатого механизма с дисковым генератором. // Оборонный комплекс научно-техническому прогрессу России. 2010. №1. с.61-66.6. V.Z. Grebenkin, R.I. Akulov, P.V. Vasiliev. The choice of the rational tension of the flexible link of the wave gear mechanism with a disk generator. // The defense complex to the scientific and technological progress of Russia. 2010. No1. p. 61-66.

7. В.З.Гребенкин, Р.И.Аккулов, П.В.Васильев. Использование в механизмах межоперационных транспортирующих устройств микроэлектроники волновых редукторов с конструкцией гибкого колеса типа зубчатого ремня / Оборонный комплекс научно-техническому прогрессу России. 2009. №3. с.26-32.7. V.Z. Grebenkin, R.I. Akulov, P.V. Vasiliev. Use in the mechanisms of interoperational transporting devices of microelectronics of wave reducers with the design of a flexible wheel such as a toothed belt / Defense complex to the scientific and technological progress of Russia. 2009. No3. p. 26-32.

Claims (1)

Волновая зубчатая передача, содержащая жесткое колесо с внутренним зубчатым венцом, которое неподвижно установлено в корпусе, короткое гибкое колесо с внешним зубчатым венцом, двухволновой генератор, отличающаяся тем, что гибкое колесо соединено с выходным валом с помощью механизма типа мальтийского с трением качения. A wave gear train comprising a rigid wheel with an internal gear ring that is fixedly mounted in the housing, a short flexible wheel with an external gear ring, a two-wave generator, characterized in that the flexible wheel is connected to the output shaft using a Maltese type mechanism with rolling friction.
RU2011112827/11A 2011-04-05 2011-04-05 Harmonic gear transmission RU2472991C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011112827/11A RU2472991C2 (en) 2011-04-05 2011-04-05 Harmonic gear transmission

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011112827/11A RU2472991C2 (en) 2011-04-05 2011-04-05 Harmonic gear transmission

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2472991C2 true RU2472991C2 (en) 2013-01-20

Family

ID=48806681

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011112827/11A RU2472991C2 (en) 2011-04-05 2011-04-05 Harmonic gear transmission

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2472991C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB956383A (en) * 1960-03-16 1964-04-29 Fichtel & Sachs Ag Improvements in eccentric transmissions
SU1446386A1 (en) * 1987-06-15 1988-12-23 Предприятие П/Я А-1345 Wave gear transmission
SU1477961A1 (en) * 1987-10-08 1989-05-07 Волжское Объединение По Производству Легковых Автомобилей Им.50-Летия Ссср Gear harmonic drive
SU1539431A1 (en) * 1987-11-25 1990-01-30 Тольяттинский политехнический институт Wave-type gearing
JP2005054981A (en) * 2004-03-19 2005-03-03 Masahiro Kurita Harmonic drive reduction gear, motor with reduction gear and driving system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB956383A (en) * 1960-03-16 1964-04-29 Fichtel & Sachs Ag Improvements in eccentric transmissions
SU1446386A1 (en) * 1987-06-15 1988-12-23 Предприятие П/Я А-1345 Wave gear transmission
SU1477961A1 (en) * 1987-10-08 1989-05-07 Волжское Объединение По Производству Легковых Автомобилей Им.50-Летия Ссср Gear harmonic drive
SU1539431A1 (en) * 1987-11-25 1990-01-30 Тольяттинский политехнический институт Wave-type gearing
JP2005054981A (en) * 2004-03-19 2005-03-03 Masahiro Kurita Harmonic drive reduction gear, motor with reduction gear and driving system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЧЕРНАВСКИЙ С.А. и др. Проектирование механических передач. Учебно-справочное пособие по проектированию механических передач. - М.: Машиностроение, 1967, с.107, фиг.12. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8313412B2 (en) Gear assembly with asymmetric flex pin
US8757029B2 (en) Strain wave gearing and robotic arm
US8852048B2 (en) Planetary harmonic differential transmission
US8216108B2 (en) Gear assembly with tapered flex pin
CN102252062B (en) Complex precise cycloidal speed reducer
US9127723B2 (en) One-way clutch and power generating apparatus
US20090062058A1 (en) Plantary Transmission Having Double Helical Teeth
KR20090059119A (en) Eccentric oscillating reduction gear and stabilizer shaft rotating device using eccentric oscillating reduction gear
JP2017512960A (en) Gear device
KR102367587B1 (en) Compound planetary friction drive
CN202203345U (en) Compound precision cycloid decelerator
KR102680982B1 (en) Long acting reducer
US6306059B1 (en) Infinite speed ratio transmission device
RU2472991C2 (en) Harmonic gear transmission
RU2405993C1 (en) Wave gear drive
CN115773344A (en) Automatic loading transmission and automatic loading transmission method
JP5130194B2 (en) Power transmission device
CN211038910U (en) Tooth-shaped belt variable pitch driving device, variable pitch system and wind generating set
CN102817968A (en) Inner meshed double circular arc structure
RU2435090C1 (en) Adaptive reducer
KR101060022B1 (en) Planetary gear reducer
CN114026351A (en) Planetary gearbox, assembling method thereof, related robot joint and robot
RU2812085C1 (en) Multi-thread bearingless planetary gear
CN105805147B (en) Gear shaft
JP4277732B2 (en) Gear device for automatically correcting the axial position of the gear

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160406