ВОЛНОВОЙ ПЛУНЖЕРНЫЙ РЕДУКТОР
WAVE PLUNGER REDUCTION GEAR

Изобретение относится к области общего машиностроения и может быть использовано в качестве силового редуцирующего механизма в приводах систем управления.
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.
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.
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.
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.
Недостатком данного механизма является невозможность использования для его работы потенциальной энергии рабочего тела (жидкости или газа).
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.
Недостатком такого двигателя является отсутствие жесткой кинематической связи между входным и выходным валом при отсутствии давления в рабочей сети распределителя.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение надежности работы двигателя.
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.
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.
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.
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.
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.
Оптимальное передаточное число волнового плунжерного редуктора лежит в интервале от 20 до 120.
Дополнительный положительный эффект от применения волнового плунжерного редуктора позволяет эксплуатировать привод при аварийном падении давления в магистрали.
В настоящий момент разработка волнового плунжерного редуктора находится в стадии экспериментальных испытаний.