Результат интеллектуальной деятельности: ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ КОНИЧЕСКИЙ ВОЛНОВОЙ РЕДУКТОР

Изобретение относится к машиностроению и может находить применение в различных механизмах приборов систем управления, оптико-механических устройствах в качестве кинематических и силовых приводов и иных устройствах, в которых требуется преобразование крутящего момента с большим передаточным отношением и малыми габаритами.

Из уровня техники известны аналоги: патент RU 2085786 от 21.02.1995 г. и авторское свидетельство SU 200382 от 01.01.1967 г.

В патенте RU 2085786 описана передача вращения, содержащая корпус, смонтированные в нем соосно ведущий и ведомый валы, два взаимодействующих между собой зубчатых колеса, одно из которых соосно с валами и неподвижно закреплено относительно корпуса, другое установлено наклонно к оси валов и связано с ведомым валом посредством сферической опоры. Источником движения является водило, контактирующее с торцевой поверхностью наклонно установленного колеса. Передача снабжена дополнительным зубчатым колесом, выполненным заодно с ведомым валом, зубчатое колесо, установленное наклонно, выполнено с двумя венцами, а его торцевая поверхность выполнена конусной, при этом ведущий вал связан с магистралью сжатого воздуха, выполнен полым и служит осью пневмотурбины, имеющей возможность продольного перемещения, ведомый вал с одного конца выполнен в виде ступенчатой ступицы и вдоль его оси выполнено глухое отверстие, а водило включает диск, взаимодействующий с пневмотрубиной и закрепленный на оси, свободно установленной в отверстии ведомого вала, втулку, установленную на ступице ведомого вала и ролик, связанный со втулкой посредством поводка, шарнирно на ней закрепленного.

Недостатками такой передачи являются:

1) технологические сложности при изготовлении дополнительного двухвенечного колеса с разным количеством зубьев на внутреннем и наружном венцах,

2) невозможность использования такой передачи в кинематических цепях с механическими связями (без использования пневмопривода),

3) отсутствие необратимости и самоторможения в передаче,

4) невозможность получения больших передаточных отношений без увеличения габаритов зубчатых колес за счет комбинирования количества зубьев на разных колесах.

В авторском свидетельстве SU 200382 описан планетарный зубчатый редуктор с коническими колесами для передачи движения в герметизированное пространство, содержащий сателлит, установленный наклонно на ведущем валу и совершающий прецессионное движение, ведомое колесо, которое жестко связано с ведомым валом и имеет зацепление с сателлитом, гибкую мембрану, соединяющую сателлит с корпусом и разделяющую редуктор на две изолированные друг от друга полости. Сателлит снабжен дополнительным зубчатым венцом, зацепляющимся с венцом неподвижного корпусного колеса. На сателлите и корпусном колесе выполнено одинаковое число зубьев.

Недостатком такого редуктора является наличие мембраны, не позволяющей реализовать двухступенчатый режим работы в данной конструкции, без внесения в нее существенных изменений.

Прототипом является одноступенчатый конический волновой редуктор, описание которого приведено в общедоступном литературном источнике (кн. Павлов Б.И. Механизмы приборов и систем управления. Ленинград. 1972 г., стр. 168, рис. 91). Одноступенчатый конический волновой редуктор предназначен для передачи вращения в герметичное пространство.

В коническом волновом редукторе применяется наклонный кривошипный валик, на котором установлен блок из двух конических колес, совершающих колебательное движение без вращения в плоскости, перпендикулярной оси входного и выходного валиков. Одно из этих конических колес является ведущим и входит в зацепление с коническим колесом, передающим движение ведомому валику. Второе колесо этого блока входит в зацепление с неподвижным зубчатым колесом, имеющим такое же количество зубьев и изготовленным за одно целое с крышкой корпуса редуктора. Диафрагма-сильфон в конструкции применяется для разграничения зоны атмосферного давления от вакуума и является пассивной, так как не воспринимает нагрузку от крутящего момента.

Недостатками данной конструкции являются невозможность работы в качестве двухступенчатого конического волнового редуктора из-за применения диафрагмы-сильфона, который не позволяет совершать прецессирующее движение блоку из двух конических колес и создает пульсацию вращающего момента на выходном валу, что приводит к ухудшению точностных характеристик всего прибора, в котором используется данный волновой редуктор.

Задачей изобретения является создание редуктора с большим передаточным отношением, работающего в двухступенчатом режиме, при малых габаритных размерах, снижении консольной нагрузки на оба вала, а также сокращение количества входящих деталей и достижение высокой технологичности производства.

Поставленная задача достигается за счет того, что из конструкции устройства исключены громоздкие элементы. В основу работы редуктора положен принцип двухступенчатой конической волновой передачи с жесткими звеньями, в которой для получения минимального осевого габаритного размера две пары взаимодействующих между собой зубчатых конических колес установлены зубчатыми профилями навстречу друг другу, а также использованию кривошипного вала другой формы и меньшего количества шарикоподшипников.

На рис. 1 изображен двухступенчатый конический волновой редуктор:

1 - крышка;

2 - колесо коническое корпусное;

3 - колесо коническое внешнее;

4 - колесо коническое внутреннее;

5 - выходной вал с коническим колесом;

6 - кривошипный вал;

7 - кожух;

8 - основание.

Малогабаритный двухступенчатый конический волновой редуктор содержит корпус, состоящий из кожуха (7) и основания (8), в котором установлены соосно кривошипный вал (6), который является ведущим, и выходной вал (5), который является ведомым. Кривошипный вал (6) выполнен ступенчатым и имеет две соосные разнесенные опорные поверхности, на которые соосно устанавливаются два шарикоподшипника, выступающие в качестве опоры кривошипного вала и снижающие консольную нагрузку на оба вала, при этом два других шарикоподшипника установлены в сборном блоке и на выходном валу. На наклонной части кривошипного вала (6) установлена качающаяся шестерня, выполненная в виде сборного блока, состоящего из внешнего (3) и внутреннего (4) конических колес, жестко соединенных между собой таким образом, чтобы их зубчатые венцы располагались на одной стороне блока и внешнее коническое колесо (3) входило в зацепление с неподвижно закрепленным на корпусе коническим колесом (2), а внутреннее коническое колесо (4) имело зацепление с коническим колесом выходного вала (5). На конических колесах, входящих в одну взаимодействующую пару, выполняется разное количество зубьев. На корпусное коническое колесо (2) устанавливается крышка (1) регулирующая осевой натяг шарикоподшипников.

Из сравнения конструкции прототипа с конструкцией нового редуктора, предлагаемого к охране как изобретение, были выявлены следующие отличия:

1. Новый редуктор имеет меньшие габариты: 32 мм в диаметре и 32 мм в длину, в то время как примерный размер прототипа составляет не менее 150 мм в длину, что определенно по типу сферического шарикоподшипника, установленного в блоке из двух конических колес.

2. Уменьшение габаритов достигается за счет исключения из конструкции диафрагмы-сильфона, что так же дало возможность свободного прецессирующего движения сборного блока относительно точки совпадения вершин делительных конусов конических колес.

3. В новом редукторе кривошипный вал выполнен ступенчато, а в прототипе у кривошипного вала наклонная часть выполнена консольно.

4. В прототипе используется семь подшипников.

Для опоры кривошипного вала используется два радиальных и один сферический шарикоподшипник, два радиальных запрессованы в корпус, а сферический шарикоподшипник установлен в блоке из двух конических колес, который также поддерживает выходной вал.

Выходной вал установлен на одном радиально-упорном коническом роликоподшипнике и одном радиальном шарикоподшипнике.

Сборный блок установлен на двух радиальных шарикоподшипниках.

В новом редукторе используется всего четыре шарикоподшипника радиального типа.

В качестве опоры кривошипного вала применяются две соосные, разнесенные опорные поверхности, на которые соосно устанавливаются два шарикоподшипника, при этом два других шарикоподшипника установлены в сборном блоке и на выходном валу.

Такое расположение, количество и тип шарикоподшипников позволили уменьшить размеры редуктора и снизить консольную нагрузку, действующую на оба вала, что в свою очередь приводит к повышению надежности, увеличению срока службы, уменьшению размеров и веса редуктора.

5. В новом редукторе на конических колесах, входящих в одну взаимодействующую пару, выполняется разное количество зубьев, что позволяет реализовать двухступенчатый режим работы.

При вращении кривошипного вала (6) сборный блок начинает совершать прецессирующее движение относительно точки совпадения вершин делительных конусов конических колес посредством обкатывания зубьев внешнего конического колеса (3) по зубьям корпусного конического колеса (2). Зацепляясь одновременно зубьями внутреннего конического колеса (4) с зубчатым венцом конического колеса выходного вала (5), сборный блок передает вращение выходному валу.

Техническим результатом изобретения является уменьшение габаритных размеров редуктора и консольной нагрузки на оба вала при реализации двухступенчатого режима работы с большим передаточным отношением и высокой технологичностью в производстве.