ПЕРЕДАЧА
TRANSMISSION

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве редуктора или мультипликатора с передачей.
Известна цепная волновая передача (Сычев А.А. Создание и исследование волновых передач с гибким колесом в виде стандартной многорядной роликовой цепи. Автореферат. Пермь, ППИ. 1972, с.41), включающая входной и выходной валы, гибкое колесо в виде многорядной роликовой цепи, неподвижные зубья для зацепления с роликами нескольких рядов цепи и подвижную звездочку для зацепления с остальными рядами роликов цепи, а также генератор волн в виде наружных прижимов и внутренних направляющих.
Основным недостатком известной волновой передачи является недостаточная нагрузочная способность. Генератор волн оказывает нагрузку на ряды цепи, которые имеют контакт с зубьями колеса. Со стороны звездочки на крайний ряд цепи действует консольная нагрузка. Консольную нагрузку воспринимает валик цепи, объединяющий три ряда втулок в одну трехрядную цепь. Под действием консольной нагрузки на крайний ряд цепи со стороны звездочки выходного вала этот крайний ряд смещается относительно остальных рядов, выбирая зазоры в цепи. Валики вместе с втулками с надетыми на них роликами перекашиваются, что приводит к уменьшению пятна контакта роликов с зубьями звездочки. При этом валик изгибается.
Наиболее близкой к предлагаемой является волновая передача (а.с. №1539431, МКИ F16H 1/00, опубл. 30.01.1990 г.), включающая корпус с колесом с внутренними зубьями, входной вал с генератором волн, выходной вал с диском и подвижное устройство, выполненное в виде пальцев, установленных в пазах диска и объединенных пластинами.
Нагрузочная способность волновой передачи по а.с. №1539431 ограничена конструктивными особенностями устройства.
Это объясняется следующим.
Во-первых, при увеличении нагрузки со стороны выходного вала будет происходить заклинивание пальца между шайбами, обусловленное тем, что палец нагружается только в средней части, взаимодействуя с зубьями колеса и генератора волн. С диском палец взаимодействует только свободным концом, что приводит к несимметричности нагрузки на палец. В результате на палец воздействует активный момент силы перпендикулярно оси передачи. Палец ограничен в осевом направлении шайбами, с которыми контактирует торцевыми поверхностями. Под действием сил реакций давления торцевых кромок пальца на шайбы возникает реактивный момент, уравновешивающий активный момент силы. Поскольку диаметр пальца в несколько раз меньше его длины, возникает пара сил и возрастают силы трения между пальцем и шайбами, заклинивающие палец в торцевых шайбах.
Во-вторых, пазы в диске, с которыми взаимодействуют пальцы, имеют постоянную (неменяющуюся) форму. Эта форма должна соответствовать определенной форме генератора, которую задают упругие элементы. Нагрузка во время работы передачи может меняться, следовательно, будет меняться и форма генератора волн, следовательно, пальцы будут взаимодействовать с пазами в диске, двигаясь по многовариантной (неоднозначной) траектории. В результате, это будет приводить к заклиниванию пальцев в пазах диска.
В-третьих, поворот пальца приводит к уменьшению пятна контакта пальца с зубом колеса и пазом диска и, следовательно, к уменьшению нагрузочной способности всей передачи.
Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в повышении нагрузочной способности передачи.
Поставленная задача решается тем, что в передаче, включающей корпус с колесом с внутренними зубьями, входной вал с установленным на нем генератором волн, выходной вал с диском, снабженным пазами, взаимодействующее с генератором волн, колесом и диском выходного вала подвижное устройство, выполненное в виде пальцев, установленных в пазах диска и объединенных пластинами с отверстиями для пальцев, выходной вал снабжен дополнительным диском с направляющими отверстиями для пальцев, пальцы установлены таким образом, что взаимодействуют с зубьями колеса и проходят через направляющие дополнительного диска выходного вала, причем пазы для пальцев в диске, концы пальцев, взаимодействующие с диском, участки пальцев, взаимодействующие с пластинами, а также отверстия для пальцев в пластинах выполнены сферическими.
Для повышения предельных нагрузок на генератор целесообразно снабдить свободные концы пальцев роликами.
Снабжение передачи дополнительным диском влияет на решение поставленной технической задачи. Нагрузка на выходной вал передается через диск и дополнительный диск. Контакт пальца с выходным валом осуществляется в двух местах, что приводит к увеличению нагрузочной способности передачи. Между зубом колеса и направляющим отверстием для пальца образуется клиновой зазор. Палец под действием генератора волн входит в него и смещает дополнительный диск в радиальном направлении, то есть поворачивает его вместе с выходным валом. Место установки конца пальца в сферическом пазу на диске является опорой для пальца как рычага. Палец во время работы передачи совершает сложное движение относительно корпуса. Относительно выходного вала он совершает пространственное вращение, которое ограничивается направляющим отверстием в дополнительном диске. Форма направляющего отверстия определяется законом волнового движения пальцев передачи. Контакт пальца с направляющим отверстием происходит по линии, и скользит по нему однозначно определенным образом, в результате чего пятно контакта во время изменения нагрузки не меняется. Пока палец взаимодействует с зубом колеса и передает нагрузку выходному валу, пластины в передаче усилия не участвуют, поэтому наличие неизбежных зазоров между пластинами и пальцами не может повлиять на нагрузочную способность передачи. Палец, взаимодействуя с диском и дополнительным диском, образует жесткую систему и движется однозначным образом, скользя по поверхности направляющего отверстия и работая как рычаг, следовательно, пятно контакта его с зубом колеса во время работы остается постоянным, что приводит к постоянству нагрузочной способности.
Пальцы, объединенные пластинами и установленные в диски, образуют подвижную систему. Такая подвижная система теряет крутильную жесткость, поэтому появляется необходимость в установке дополнительного диска с направляющими отверстиями для пальцев, которые заставляют их двигаться по траекториям, соответствующим волновому движению подвижной системы, и при этом обеспечивают крутильную жесткость.
Выполнение в диске пазов для пальцев сферическими исключает заклинивание пальцев и, следовательно, повышает нагрузочную способность передачи. Контакт концов пальцев с диском происходит по сферическим поверхностям. Площадь пятна контакта постоянна и имеет большой размер независимо от нагрузки на передачу. Сферические поверхности обеспечивают пространственное вращение пальца в диске, в результате чего полностью отсутствует возможность его заклинивания в этом сферическом пазу диска. Сферический паз обеспечивает четкую осевую фиксацию пальца и установку пальцев на диске.
Участки пальцев, взаимодействующие с пластинами, а также отверстия для пальцев в пластинах выполнены сферическими. Пальцы во время работы совершают сложное движение, угол между осями соседних пальцев постоянно меняется. Выполнение соприкасающихся поверхностей пальцев и отверстий в пластинах сферическими исключает возможность заклинивания пальцев в пластинах.
Концы пальцев снабжены роликами. При передаче нагрузки скольжение пальцев относительно генератора волн приводит к нагреву и повышенному износу пальцев и генератора волн. В предлагаемой конструкции пальцы взаимодействуют с генератором волн посредством роликов, что приводит к замене трения скольжения трением качения и, как следствие, к повышению предельных нагрузок на генератор, а значит, и к повышению нагрузочной способности предлагаемой передачи.
Предлагаемое изобретение поясняется фиг.1, на которой показана предлагаемая передача в разрезе по оси; на фиг.2 - взаимное расположение пальцев и зубчатого колеса; на фиг.3 - взаимное расположение пальцев и пазов дополнительного диска..
Передача включает корпус с колесом 1 с внутренними зубьями. В корпусе размещен входной вал 2 с установленным на нем генератором волн 3. Выходной вал 4 также размещен в корпусе и снабжен диском 5 с пазами 6, имеющими сферическую форму, и дополнительным диском 7 с направляющими 8. Передача включает также пальцы 9, объединенные пластинами 10. Пальцы 9 опираются на генератор волн 3, зацепляются с зубьями колеса 1, проходят через направляющие 8 дополнительного диска 7 и установлены в сферических пазах 6 диска 5 выходного вала 4. Пальцы 9 объединены между собой пластинами 10 посредством сферических отверстий 11. Пальцы 9 могут быть снабжены роликами. Количество пальцев 9 меньше количества зубьев колеса 1.
Предлагаемая передача работает следующим образом.
Вращение от входного вала 2 передается установленному на нем генератору волн 3. Генератор волн 3 взаимодействует с концами пальцев 9, объединенных пластинами 10. Пальцы 9 в местах, объединенных пластинами 10, совершают волновое движение, подобное движению зубчатого венца традиционной волновой передачи с гибким колесом, выполненным в виде тонкостенного стакана.
Пальцы 9 совершают пространственное вращение в сферических пазах 6 диска 5. Таким образом, контакт пальца 9 с диском 5 происходит по сферической поверхности с большой площадью пятна контакта, что увеличивает нагрузочную способность передачи.
Кроме того, пальцы 9 взаимодействуют с направляющими отверстиями 8 дополнительного диска 7, который расположен на выходном валу 4. В результате палец 9 передает нагрузку выходному валу 4 в двух зонах контакта с диском 5 и дополнительным диском 7, что также ведет к повышению нагрузочной способности передачи.
Зубья колеса 1 и направляющие отверстия 8 дополнительного диска 7 спрофилированы таким образом, что между ними образуется клиновой зазор, в который входит палец 9, движимый генератором волн 3. Палец 9 в данном случае работает как рычаг, опора которого расположена в сферическом пазу 6 диска 5. Палец 9, входя в клиновой зазор между зубом колеса 1 и направляющим отверстием 8, смещает дополнительный диск 7 вместе с выходным валом 4 в радиальном направлении, т.е. вращает выходной вал 4. В одновременной работе участвует несколько пальцев 9, поэтому обеспечивается постоянное вращение выходного вала 4. Для постоянства передаточного отношения зубья колеса 1 и направляющие отверстия 8 спрофилированы соответствующим образом.
Точка, принадлежащая оси пальца 9 в районе пластин 10 вблизи свободных концов пальцев 9, движется по овальной кривой, относительно системы координат связанной с выходным валом 4. Поскольку другие концы пальцев 9 установлены в сферических пазах 6 с возможностью пространственного вращения, траекторией оси пальца относительно выходного вала 4 является конус с центром, совпадающим с центром сферического паза 6. В результате, поверхностью профилированного отверстия 8 будет огибающая поверхность последовательных положений пальцев 9, двигающихся по конической траектории.
Палец 9, взаимодействуя с диском 5 и дополнительным диском 7, образует жесткую систему и движется однозначным образом, скользя по поверхности направляющего отверстия 8 и работая как рычаг, следовательно, пятно контакта его с зубом колеса 1 во время работы остается постоянным, что приводит к постоянству нагрузочной способности.
Точка, принадлежащая оси пальца 9 в районе пластин 10 вблизи свободных концов пальцев 9, движется относительно колеса 1 по некоторой циклической кривой. Другие концы пальцев 9, будучи установлены в сферических пазах 6 диска 5, движутся по окружности. Траекторией движения оси пальца 9 является кривая, образуемая движением оси пальца 9 по двум направляющим, одна из которых циклическая кривая, а другая окружность. Профилем боковой поверхности зуба колеса 1 будет являться огибающая последовательных положений пальцев 9, совершающих сложное движение по заданной траектории относительно системы координат, связанной с колесом 1.
Во время передачи усилия от генератора волн 3 выходному валу 4 через пальцы 9, взаимодействующие с зубом колеса 1, пластины 10 не используются, так как усилие передается непосредственно через палец 9. Выход пальца 9 из зацепления с зубом колеса 1 и движение его в районе малой оси генератора 3 обеспечивается за счет пластин 10, которые объединяют пальцы 9 в замкнутую цепь, совершающую волновое движение. Таким образом, пластины 10 выполняют только направляющую функцию однозначного движения пальцев 9 по заданной траектории, когда пальцы 9 не передают нагрузку, поэтому неизбежные зазоры между пластинами 10 и пальцами 9 не влияют на непосредственную передачу нагрузки и, следовательно, не снижают нагрузочную способность передачи. Кроме того, повышение нагрузки не способствует увеличению этих зазоров за счет интенсивного износа.
Пальцы 9, объединенные пластинами 10 с одной стороны и установленные в диски 5 с другой стороны, образуют подвижную систему, заменяющую гибкий стакан традиционной волновой передачи. Такая подвижная система, в отличие от гибкого стакана, полностью теряет крутильную жесткость, поэтому появляется необходимость в установке дополнительного диска 7 с направляющими отверстиями 8 для пальцев 9, которые заставляют их двигаться по траекториям, соответствующим волновому движению подвижной системы, и при этом обеспечивают крутильную жесткость.
Для обеспечения редуцирования количество пальцев 9 подвижной системы, заменяющей собой гибкое колесо, меньше количества зубьев колеса 1, как и в обычной волновой передаче.