СООСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СКОРОСТИ

Полезная модель относится к области общего машиностроения, а именно к средствам для передачи движения с преобразованием скорости, и может быть использована в приводах машин и механизмов самого широкого назначения. По принципиальной схеме преобразователь относится к волновым передачам с промежуточными звеньями.
2
Известна волновая передача с использованием тел качения в качестве гибкого колеса. Она содержит два жестких колеса, гибкое колесо, состоящее из тел качения и зацепляющееся одновременно с обоими жесткими колесами, и генератор, торцовая дорожка которого, расположенная по эллипсу, взаимодействует одновременно со всеми телами качения [Авторское свидетельство СССР №238976, М. Кл. F 16 Н 1/00. Бюл.№19. 1968.].
Недостатком передачи [1] являются низкий КПД и малая нагрузочная способность, кроме того, в данной конструкции волновой передачи [1] промежуточные тела не зафиксированы в осевом перемещении, но при этом имеют жесткую фиксацию в радиальном перемещении посредством установленного сепаратора, что ведет к значительным потерям энергии на трение и обуславливает снижение КПД, а также скорый износ элементов конструкции. К недостаткам данной конструкции относится и то, что в зацеплении с жесткими колесами находится одновременно незначительная часть тел качения и, соответственно силовой поток будет неравномерно распределяться в передаточном звене, что обусловливает низкую нагрузочную способность передачи.
7
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является «Дифференциальный преобразователь скорости «редуктор-подшипник»», с промежуточными телами качения, содержащий волновой генератор и передающий узел, состоящий из трех звеньев, выполненных в виде обойм, каждое из которых имеет профилированную кулачковую поверхность в виде периодической по азимуту дорожки качения, постоянно взаимодействующей с телами качения, одно из звеньев связано с волновым генератором, дорожка качения, по меньшей мере, еще одного звена, периодически изогнута по замкнутой линии [Патент РФ RU 2179272 С1. МПК F 16 Н 25/06. Бюл. №4. 2002.].
Недостатком известного преобразователя [2] являются невысокий КПД и нагрузочная способность, обусловленные тем, что в преобразователе волнового типа, обладающем большим передаточным отношением, происходят потери энергии на трение в передаточном звене промежуточных тел.
В частности, в процессе работы преобразователя, в передаточном звене промежуточные тела совершают осевые перемещения. Промежуточные тела размещены в отверстиях сепаратора и соприкасаются со стенками отверстий.
Таким образом, при осевом перемещении промежуточных тел вдоль своих осей, возникает трение между стенками отверстий сепаратора и промежуточными телами, причем трение будет значительным, поскольку уровень нормальных сил в контактных зонах определяется окружным усилием выходного силового потока.
Помимо этого, при взаимодействии промежуточного тела с поверхностью волновой дорожки качения выходного звена, состоящей из лунок-волн вместе с качением возникает скольжение, что также влечет за собой значительные потери энергии.
Потери энергии на трение обуславливают снижение механического КПД и, как следствие, нагрев элементов конструкции, уменьшение нагрузочной способности активных поверхностей преобразователя и ресурса преобразователя в целом.
Задачей полезной модели является увеличение КПД, увеличение нагрузочной способности и ресурса соосного преобразователя скорости.
Данный технический результат достигается тем, что соосный преобразователь скорости, реализованный по схеме волновой передачи с промежуточными телами качения, содержащий волновой генератор и передающий узел, состоящий из трех звеньев, выполненных в виде обойм, одно из которых имеет профилированную кулачковую поверхность в виде периодической по азимуту дорожки качения, постоянно взаимодействующей с промежуточными телами качения, одно из звеньев связано с волновым генератором, дорожка качения по меньшей мере одного звена периодически изогнута по замкнутой линии, промежуточные тела качения выполнены в виде радиальных подшипников качения с наружной и внутренними обоймами и рычагом, причем наружная обойма представляет собой поверхность вращения с выпуклой криволинейной образующей, а внутренняя обойма установлена неподвижно на конце рычага, размещенного подвижно в корпусе соосного преобразователя скорости, кроме того, рычаг на котором установлено промежуточное тело может быть выполнен в форме плоской пружины, один конец которой жестко связан с промежуточным телом качения, а второй конец пружины жестко закреплен в корпусе соосного преобразователя скорости.
На фиг.1 изображен соосный преобразователь скорости (общий вид); на фиг.2 - вид А на соосном преобразователе скорости; на
фиг.3 - фрагмент волновой канавки; на фиг.4 - варианты базирования промежуточных тел.
Соосный преобразователь скорости (фиг.1) состоит из корпуса 1, волнового генератора 2, упорного подшипника 3, промежуточных тел качения 4, выполненных в виде радиальных подшипников качения с наружной 5 и внутренней 6 обоймами и рычагом 7 (фиг.4.), причем наружная обойма 5 представляет собой поверхность вращения с выпуклой криволинейной образующей, а внутренняя обойма 6 установлена неподвижно на конце рычага 7, размещенного подвижно в корпусе 1 соосного преобразователя скорости, кроме того, рычаг 7, на котором установлено промежуточное тело качения 4, может быть выполнен в виде плоской пластины, один конец которой жестко связан с промежуточным телом качения 4, а второй конец пружины жестко закреплен в корпусе преобразователя 1, выходного колеса 8, на торцевой поверхности которого выполнена волновая канавка (дорожка качения) 9, радиально-упорного подшипника 10, радиальных подшипников 11, передаточного узла, содержащего три звена 3 (упорный подшипник), 12, 13, выполненных в виде обойм, одно из которых имеет профилированную кулачковую поверхность в виде периодической по азимуту дорожки качения, постоянно взаимодействующей с промежуточными телами качения 4, одно из звеньев 3 связано с волновым генератором 2, а дорожка качения 9 (фиг.1, 2, 3), по меньшей мере, одного звена 13 периодически изогнута по замкнутой линии. Угол α - угол наклона косой шайбы генератора к общей оси преобразователя в контакте промежуточных тел с поверхностью косой шайбы генератора 2.
Соосный преобразователь скорости работает следующим образом. Волновой генератор 2 от вала привода двигателя получает вращение. Далее косая шайба, выполненная на волновом генераторе 2, генерирует волну деформации и через упорный подшипник качения 3
передает ее на промежуточные тела 4 передаточного звена 12. Происходит следующее: нижняя точка косой шайбы генератора 2, через упорный подшипник 3, находится в рабочем контакте с определенным количеством промежуточных тел 4 на поверхности С (фиг.4) рычага 7, исходя из того, что количество промежуточных тел 4 передаточного звена 12 на единицу больше количества лунок-волн волновой канавки 9 (фиг.3), одно из промежуточных тел 4 оказывается на гребне волновой канавки 9. Далее, косая шайба волнового генератора 2, в своей нижней точке, начинает «вдавливать» промежуточное тело 4 в лунку волновой канавки 9. Промежуточное тело скатывается с гребня волновой канавки 9 и погружается в лунку-волну, а возникающие при этом реакции сопротивления лунки производят крутящий момент, проворачивающий выходное звено 13 в направлении, противоположном, входному вращению. При этом выходной вал, находящийся в контакте с выходным колесом 8, начинает вращаться с редукцией скорости равной количеству лунок на выходном колесе 8.
1
2
Промежуточные тела качения 4 исполнены в виде радиальных подшипников качения и установлены неподвижно на оси «Д» рычага 7, который в свою очередь размещен подвижно на оси «Е» в корпусе 1 соосного преобразователя скорости (фиг.4), p и р на фиг.4 - конструктивные радиусы кривизн криволинейных образующих. В предлагаемом преобразователе сепаратор отсутствует.
Движение промежуточных тел качения 4 происходит перпендикулярно их осям. При этом промежуточные тела качения взаимодействуют с поверхностью круговой волновой канавки 9 (фиг.3.), состоящей из лунок-волн, являющейся активной поверхностью выходного звена 13. Волновая канавка 9 выполнена на торцевой поверхности выходного колеса 8, при этом количество лунок-волн на единицу меньше количества промежуточных тел
качения 4. В процессе работы соосного преобразователя скорости, за счет воздействия косой поверхности упорного подшипника 3 на поверхность С рычага 7, происходит погружение промежуточных тел качения 4 в лунки-волны волновой канавки 9, при этом движение промежуточных тел качения 4 происходит перпендикулярно их осям. В таком взаимодействии осевое движение промежуточных тел качения 4 преобразуется во вращательное движение выходного звена 13, относительное движение активных поверхностей промежуточных тел качения 4 и волновой канавки 9, состоящей из лунок-волн будет чистым качением.
4,9
Передаточное отношение U [Справочник машиностроителя. Под ред. проф. Н.С. Ачеркана. Т.4, к. II: Изд-во МАШГИЗ., М. 1963. С.453-458.] в зацеплении системы тел 4 с кольцевой волновой канавкой 9 выходного колеса 8 в обращенном движении при остановленном волновом генераторе 2 определим:
(2)4,9
8
2
4
2
4
9
U=(n-n)/(n-n)=z/z,                 (1)
2
где n - скорость входного движения;
8
n - скорость выходного движения;
4
z - количество промежуточных тел;
9
z - количество лунок-волн волновой канавки 9 на торцевой поверхности выходного колеса 8;
4
n- скорость движения передаточного звена, состоящего из промежуточных тел качения 4.
4
Поскольку n=0, поэтому имеем
(2)4,9
8
2
4
9
8
2
9
U=1-n/n=z/zи n=-n/z ,                (2)
9
По (2) следует, что выходное звено 13 будет иметь вращение, противоположное знаку входного вращения, а редукция скорости в одной ступени определяется количеством лунок-волн z волновой канавки 9 на выходном колесе 8.
Наружная обойма промежуточных тел качения взаимодействует с криволинейной поверхностью волновой канавки и имеет относительно поверхности лунок-волн чистое качение, чем обуславливается повышение КПД, а также снижение потерь энергии на трение. Таким образом, КПД соосного преобразователя скорости предлагаемой схемы и, следовательно его нагрузочная способность и ресурс будут высокими, вследствие того, что в преобразованиях движения и силового потока скольжение полностью отсутствует. Помимо этого полезная модель обладает малыми габаритами и удельным весом.