RU2285844C2 - Harmonic drive - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention can be used as drives of aircraft and rocket automatic mechanisms. Proposed harmonic drive has housing 1, electric motor 4, output shaft 3, harmonic gear train, n (n=1, 2, etc) planet pinions 15 and torque-limiting clutch 12 arranged in space of output shaft. Bearing 10 of torque-limiting clutch 12 is arranged between shaft 17 of torque-limiting clutch and output shaft 3. Housing 1 has cup 18 whose bottom is located inside flexible wheel 6. electric motor is arranged inside cup coaxially with torque-limiting clutch and is secured on its bottom. Wave generator 7 is secured on housing of torque-limiting clutch. Gear wheel 15 is secured on shaft of torque-limiting clutch. Second bearing 11 of torque-limiting clutch is installed between gear wheel 15 and bottom 19 of cup 18.

EFFECT: reduced axial dimensions, simplified design.

1 dwg

Description

Изобретение относится к деталям машин и может быть использовано в качестве приводов изделий авиационной и ракетной техники.The invention relates to machine parts and can be used as drives for aircraft and rocket technology.

Известен волновой привод, содержащий корпус, размещенные в нем электродвигатель и волновую зубчатую передачу [1]. Недостатком волнового привода является незащищенность его от перегрузки выходного вала по моменту в связи с отсутствием в конструкции муфты предельного момента.Known wave drive, comprising a housing, placed in it an electric motor and a wave gear transmission [1]. The disadvantage of a wave drive is its insecurity from overloading the output shaft in time due to the lack of maximum torque in the coupling design.

Этого недостатка лишен выбранный в качестве прототипа волновой привод, содержащий корпус, установленные внутри него на двух подшипниках выходной вал и электродвигатель, а также волновую зубчатую передачу с неподвижным гибким колесом, жесткое колесо которой жестко связано с выходным валом, генератор волн, муфту предельного момента, размещенную в полости выходного вала, причем один из подшипников муфты предельного момента размещен между валом муфты предельного момента и выходным валом, установленное на муфте зубчатое колесо, связанное со смонтированной на валу электродвигателя шестерней, а также n (n=1, 2 и т.д.) сателлитов [2]. Наличие муфты предельного момента обеспечивает защиту привода от перегрузки выходного вала по моменту.The wave drive selected as a prototype is deprived of this drawback, comprising a housing, an output shaft and an electric motor mounted inside it on two bearings, as well as a wave gear transmission with a fixed flexible wheel, the hard wheel of which is rigidly connected to the output shaft, a wave generator, a torque limit clutch, placed in the cavity of the output shaft, moreover, one of the bearings of the limit torque coupling is located between the limit torque coupling shaft and the output shaft, a gear wheel mounted on the coupling associated with about the gear mounted on the motor shaft, as well as n (n = 1, 2, etc.) satellites [2]. The presence of a torque limit clutch provides protection of the drive against overload of the output shaft in torque.

Недостатком такого волнового привода являются его значительные осевые габариты из-за последовательной компоновки электродвигателя, муфты предельного момента и генератора волн, что ограничивает применение прототипа в ракетно-космических изделиях из-за дефицита свободного пространства. Еще одним недостатком указанного волнового привода является сложность конструкции, обусловленная наличием у генератора волн двух подшипников, на которых он установлен на выходном валу.The disadvantage of such a wave drive is its significant axial dimensions due to the sequential arrangement of the electric motor, the clutch of the limiting moment and the wave generator, which limits the use of the prototype in rocket and space products due to lack of free space. Another disadvantage of this wave drive is the design complexity due to the presence of a wave generator with two bearings on which it is mounted on the output shaft.

Задачей, решаемой заявленным изобретением, является расширение компоновочных возможностей и снижение себестоимости производства за счет снижения осевых габаритов и упрощения конструкции волнового привода.The problem solved by the claimed invention is to expand the layout capabilities and reduce production costs by reducing axial dimensions and simplifying the design of the wave drive.

Технический результат достигается за счет того, что в известном волновом приводе, содержащем корпус, установленные внутри него на двух подшипниках выходной вал и электродвигатель, а также волновую зубчатую передачу с неподвижным гибким колесом, жесткое колесо которой жестко связано с выходным валом, генератор волн, размещенную на двух подшипниках в полости выходного вала муфту предельного момента, установленное на ней с ближайшей к электродвигателю стороны связанное со смонтированной на валу электродвигателя шестерней зубчатое колесо, а также n (n=1, 2 и т.д.) сателлитов, причем один из подшипников муфты предельного момента размещен между валом муфты предельного момента и выходным валом, согласно изобретению, корпус снабжен жестко присоединенным к нему стаканом, дно которого размещено внутри гибкого колеса, электродвигатель размещен внутри стакана соосно муфте предельного момента и закреплен на его дне, генератор волн закреплен на корпусе муфты предельного момента, а зубчатое колесо - на ее валу, при этом n сателлитов установлены в вырезах, выполненных в дне стакана, на осях, размещенных в дне стакана, сателлиты введены в зацепление с зубчатым колесом и смонтированной на валу электродвигателя шестерней, и второй подшипник муфты предельного момента установлен между зубчатым колесом и дном стакана. В результате решается задача снижения осевых габаритов, т.к. муфта предельного момента размещена внутри выходного вала на участке между его подшипниками, а генератор установлен на корпусе муфты, что сокращает осевые габариты. Также достигается и упрощение конструкции волнового привода, т.к. генератор волн вращается не на собственных подшипниках, как в прототипе, а на подшипниках муфты предельного момента.The technical result is achieved due to the fact that in the known wave drive comprising a housing, an output shaft and an electric motor mounted inside it on two bearings, as well as a wave gear transmission with a fixed flexible wheel, the hard wheel of which is rigidly connected to the output shaft, a wave generator placed on two bearings in the cavity of the output shaft, the limit torque coupling mounted on it from the side closest to the electric motor is connected to the gear wheel mounted on the electric motor shaft and also n (n = 1, 2, etc.) satellites, moreover, one of the bearings of the limit torque coupling is located between the limit torque coupling shaft and the output shaft, according to the invention, the housing is provided with a rigidly attached glass, the bottom of which is located inside of a flexible wheel, an electric motor is placed inside the cup coaxially to the limit torque coupling and fixed at its bottom, a wave generator is fixed on the limit torque coupling housing, and a gear wheel is located on its shaft, while n satellites are mounted in the cutouts made in the bottom of the glass on the axle x placed in the bottom of the cup, the satellites are engaged with the gear and the gear mounted on the shaft of the electric motor, and the second bearing of the limit torque coupling is installed between the gear and the bottom of the cup. As a result, the task of reducing axial dimensions is solved, because the limit torque coupling is located inside the output shaft in the area between its bearings, and the generator is mounted on the coupling housing, which reduces the axial dimensions. A simplification of the design of the wave drive is also achieved, since the wave generator does not rotate on its own bearings, as in the prototype, but on the clutch bearings of the ultimate torque.

На иллюстрации приведен пример конкретного исполнения волнового привода, продольный разрез.The illustration shows an example of a specific design of a wave drive, a longitudinal section.

Волновой привод содержит корпус 1, установленные внутри него на двух подшипниках 2 выходной вал 3 и электродвигатель 4, а также волновую зубчатую передачу 5 с неподвижным гибким колесом 6 и генератором волн 7. Жесткое колесо 8 волновой зубчатой передачи 5 жестко связано - в данном примере выполнено за одно целое - с выходным валом 3. В полости 9 выходного вала 3 размещена на двух подшипниках 10 и 11 муфта 12 предельного момента. На муфте 12 предельного момента установлено с ближайшей к электродвигателю 4 стороны 13 связанное со смонтированной на валу электродвигателя 4 шестерней 14 зубчатое колесо 15. Волновой привод содержит также три сателлита 16. Один из подшипников муфты 12 предельного момента - подшипник 10 - размещен между валом 17 муфты 12 предельного момента и выходным валом 3. Корпус 1 снабжен жестко присоединенным к нему стаканом 18, дно 19 которого размещено внутри гибкого колеса 6. Электродвигатель 4 размещен внутри стакана 18 соосно муфте 12 предельного момента и закреплен на его дне 19. Генератор волн 7 жестко закреплен винтами 20 на корпусе 21 муфты 12 предельного момента, а зубчатое колесо 15 - на ее валу 17 посредством штифта 22. Сателлиты 16 установлены в вырезах 23, выполненных в дне 19 стакана 18 на осях 24, размещенных в дне 19. Сателлиты 16 введены в зацепление с зубчатым колесом 15 и смонтированной на валу электродвигателя 4 шестерней 14. Второй подшипник 11 муфты 12 предельного момента установлен между зубчатым колесом 15 и дном 19 стакана 18. В данном примере конкретного выполнения число сателлитов 16 равно трем, однако оно может быть произвольным, начиная от одного, и ограничено лишь геометрическими размерами зубчатого колеса 15, поэтому защищается обобщающий признак "n сателлитов".The wave drive comprises a housing 1, an output shaft 3 and an electric motor 4 mounted inside it on two bearings 2, and also a wave gear 5 with a stationary flexible wheel 6 and a wave generator 7. The hard wheel 8 of the wave gear 5 is rigidly connected - in this example, in one piece - with the output shaft 3. In the cavity 9 of the output shaft 3 is placed on two bearings 10 and 11 of the clutch 12 of the maximum torque. On the clutch 12, the maximum torque is installed from the side 13, which is connected to the gear 15 mounted on the shaft of the electric motor 4 of the gear 4. The wave drive also contains three satellites 16. One of the bearings of the clutch 12 of the maximum torque - bearing 10 - is located between the shaft 17 of the clutch 12 of the limit torque and the output shaft 3. The housing 1 is equipped with a rigidly attached glass 18, the bottom 19 of which is located inside the flexible wheel 6. The electric motor 4 is placed inside the glass 18 coaxially to the coupling 12 of the maximum torque and it is warmed at its bottom 19. The wave generator 7 is rigidly fixed with screws 20 on the housing 21 of the clutch 12 of the maximum torque, and the gear 15 is on its shaft 17 by means of a pin 22. The satellites 16 are installed in the cutouts 23 made in the bottom 19 of the glass 18 on the axes 24 located at the bottom 19. The satellites 16 are engaged with the gear wheel 15 and the gear 14 mounted on the shaft of the electric motor 4. The second bearing 11 of the clutch 12 of the maximum torque is installed between the gear wheel 15 and the bottom 19 of the cup 18. In this particular embodiment, the number of satellites 16 equal to three, however it can be arbitrary, from one, and only limited by the geometrical dimensions of the gear 15, therefore protected by summarizing sign "n satellites."

Волновой привод работает следующим образом: при подаче питающего напряжения на электродвигатель 4 вращается его вал с шестерней 14. Далее вращающий момент через сателлиты 16 и зубчатое колесо 15 передается на вал 17 муфты 12 предельного момента и на ее корпус 21 с установленным на последнем генераторе волн 7 (при номинальном моменте на муфте 12, не превышающем момента срабатывания муфты). Генератор волн 7, в свою очередь, деформирует гибкое колесо 6 и приводит в движение жесткое колесо 8 и выполненный с ним заодно выходной вал 3, размещенный в корпусе 1 в подшипниках 2. При перегрузке по моменту выходного вала 3 и его остановке останавливаются генератор волн 7 и корпус 21 муфты 12 предельного момента, следствием чего является повышение момента, развиваемого электродвигателем 4. Однако это повышение не превышает величины приведенного к валу электродвигателя 4 момента срабатывания муфты 12 предельного момента, т.к. вал 17 муфты 12 начинает проворачиваться относительно ее корпуса 21, защищая от отказа как электродвигатель 4, так и элементы волновой зубчатой передачи 5. При устранении условий, вызвавших срабатывание муфты 12, происходит снижение момента на валах 3 и 17, вращение вала муфты 12 относительно ее корпуса прекращается, и работа устройства продолжается по вышеописанной схеме.The wave drive operates as follows: when supplying voltage to the electric motor 4, its shaft rotates with gear 14. Next, the torque is transmitted through the satellites 16 and the gear wheel 15 to the shaft 17 of the clutch 12 of the maximum torque and to its housing 21 with the wave generator 7 installed on the last (at a rated torque on the coupling 12, not exceeding the moment of operation of the coupling). The wave generator 7, in turn, deforms the flexible wheel 6 and drives the hard wheel 8 and the output shaft 3 made with it at one time, located in the housing 1 in the bearings 2. When overloaded by the moment of the output shaft 3 and stops it, the wave generator 7 and the housing 21 of the clutch 12 of the limiting moment, the consequence of which is an increase in the moment developed by the electric motor 4. However, this increase does not exceed the magnitude of the response time of the clutch 12 of the limiting moment brought to the shaft of the electric motor 4, because the shaft 17 of the coupling 12 begins to rotate relative to its housing 21, protecting both the electric motor 4 and the elements of the wave gear 5 from failure. When the conditions that triggered the operation of the coupling 12 are eliminated, the torque on the shafts 3 and 17 decreases, the shaft of the coupling 12 rotates relative to it case stops, and the operation of the device continues according to the above scheme.

В результате использования изобретения достигается снижение осевых габаритов, т.к. муфта предельного момента размещена внутри выходного вала на участке между его подшипниками, а генератор установлен на корпусе муфты, что сокращает осевые габариты. При этом увеличивается диаметр выходного вала, но общие радиальные габариты привода не изменяются, т.к. максимальным радиальным габаритом является наружный диаметр корпуса в зоне охвата им жесткого колеса. Снижение осевых габаритов при сохранении радиальных существенно упрощает компоновку привода в летательном аппарате. Также достигается и упрощение конструкции волнового привода, т.к. генератор волн вращается не на собственных подшипниках, как в прототипе, а на подшипниках муфты предельного момента.As a result of using the invention, a reduction in axial dimensions is achieved, since the limit torque coupling is located inside the output shaft in the area between its bearings, and the generator is mounted on the coupling housing, which reduces the axial dimensions. In this case, the diameter of the output shaft increases, but the overall radial dimensions of the drive do not change, because the maximum radial dimension is the outer diameter of the housing in the area of coverage of the hard wheel. Reducing axial dimensions while maintaining radial significantly simplifies the layout of the drive in the aircraft. A simplification of the design of the wave drive is also achieved, since the wave generator does not rotate on its own bearings, as in the prototype, but on the clutch bearings of the maximum torque.

Указанные преимущества позволяют рекомендовать заявленное техническое решение к использованию в изделиях авиационной и ракетной техники.These advantages allow us to recommend the claimed technical solution for use in products of aviation and rocket technology.

ЛитератураLiterature

1. Патент РФ №1490350 по кл. F 16 H 1/00, 1989 г.1. RF patent No. 1490350 for class. F 16 H 1/00, 1989

2. Патент РФ №2136986 по кл. F 16 H 1/00, 1999 г. (прототип).2. RF patent No. 2136986 for class. F 16 H 1/00, 1999 (prototype).

Claims (1)

Волновой привод, содержащий корпус, установленные внутри него на двух подшипниках выходной вал и электродвигатель, а также волновую зубчатую передачу с неподвижным гибким колесом, жесткое колесо которой жестко связано с выходным валом, генератор волн, размещенную на двух подшипниках в полости выходного вала муфту предельного момента, установленное на ней с ближайшей к электродвигателю стороны связанное со смонтированной на валу электродвигателя шестерней зубчатое колесо, а также n (n=1, 2 и т.д.) сателлитов, причем один из подшипников муфты предельного момента размещен между валом муфты предельного момента и выходным валом, отличающийся тем, что корпус снабжен жестко присоединенным к нему стаканом, дно которого размещено внутри гибкого колеса, электродвигатель размещен внутри стакана соосно муфте предельного момента и закреплен на его дне, генератор волн закреплен на корпусе муфты предельного момента, а зубчатое колесо - на ее валу, при этом n сателлитов установлены в вырезах, выполненных в дне стакана, на осях, размещенных в дне стакана, сателлиты введены в зацепление с зубчатым колесом и смонтированной на валу электродвигателя шестерней и второй подшипник муфты предельного момента установлен между зубчатым колесом и дном стакана.A wave drive comprising a housing, an output shaft and an electric motor mounted inside it on two bearings, as well as a wave gear transmission with a fixed flexible wheel, the hard wheel of which is rigidly connected to the output shaft, a wave generator placed on two bearings in the cavity of the output shaft, the limit torque coupling mounted on it from the side closest to the electric motor connected to the gear wheel mounted on the electric motor shaft and also n (n = 1, 2, etc.) satellites, one of the clutch bearings torque limit is placed between the shaft of the torque limit coupling and the output shaft, characterized in that the housing is equipped with a rigidly attached glass, the bottom of which is located inside the flexible wheel, the electric motor is located inside the glass coaxially to the limit torque coupling and mounted on its bottom, the wave generator is fixed on the housing clutches of the ultimate moment, and the gear wheel on its shaft, while n satellites are installed in cutouts made in the bottom of the cup, on the axes located in the bottom of the cup, the gears are engaged with the tooth Atymya wheel shaft and mounted on the motor gear and the second bearing clutch torque limit is set between the gear wheel and the bottom of the glass.