Дифференциальный преобразователь скорости "редуктор- подшипник"

Дифференциальный преобразователь скорости "редуктор- подшипник"

Реферат

 

Изобретение относится к машиностроению. Дифференциальный преобразователь скорости содержит волновой генератор и передающий узел. Передающий узел содержит, по меньшей мере, три звена, каждое из которых выполнено в виде обойм, расположенных друг относительно друга так, что каждая обойма сопрягается с двумя соседними, причем, по меньшей мере, две обоймы сопрягаются своими пересекающимися поверхностями. Дорожка качения каждого звена постоянно взаимодействует с телами качения. Дорожка качения, по меньшей мере, одного звена периодически изогнута по замкнутой линии. Обойма, связанная с волновым генератором, выполнена воздействующей на тела качения в направлении, выбранном из любых направлений в плоскости осевого сечения преобразователя. Замкнутые периодически изогнутые дорожки качения других обойм выполнены с направлением изгиба, совпадающим с направлением воздействия волнового генератора. Расширены кинематические и функциональные возможности преобразователя, уменьшены удельный вес и габариты, повышена нагрузочная способность. 17 з. п. ф-лы, 23 ил.

Изобретение относится к области общего машиностроения, а именно к средствам для передачи движения с преобразованием скорости, и может быть использовано в приводах машин и механизмов самого широкого назначения. По принципиальной схеме преобразователь относится к волновым передачам с промежуточными звеньями.

Известна волновая зубчатая передача (см. Редукторы и мотор - редукторы общемашиностроительного применения. Справочник /Л. С. Бойко, А. З. Высоцкий и др. -М: Машиностроение, 1984, с. 22- 29), которая состоит из трех основных звеньев: жесткого и гибкого зубчатых колес и волнового генератора. Одной волне деформации гибкого колеса соответствует поворот на один шаг зубчатого колеса. Такая передача может быть выполнена радиальной, когда волна радиальной деформации бежит по колесу с радиальным расположением зубьев, или осевой, когда деформация гибкого колеса с торцевым расположением зубьев происходит в осевом направлении (см. патент RU N 2019760). Волновые зубчатые передачи с гибкими колесами, обладая большим передаточным отношением (до 350 для одной ступени), имеют невысокий КПД, обусловленный потерями энергии на деформацию гибкого колеса и на трение между зубьями.

Трение между зубьями и потери энергии на деформацию гибкого колеса устраняются в волновых передачах с промежуточными звеньями в виде тел качения. Здесь цепочка тел качения (шариков или роликов) выполняет функцию гибкого колеса традиционной волновой передачи. Каждый шарик находится в одновременном контакте с тремя деталями: кулачковой поверхностью волнового генератора, кулачковой поверхностью в виде зубчатого профиля и деталью, которая фиксирует шарики в азимутальном направлении на одинаковом расстоянии друг от друга (сепаратором). Так же как и традиционные зубчатые волновые передачи, передачи с промежуточными звеньями в зависимости от направления волнового перемещения тел качения можно разделить на радиальные и осевые. Радиальные волновые передачи с промежуточными звеньями описаны в патентах RU N 2029167, RU N 2029168, US N 5989144. Волновым генератором является эксцентриковый кулачок, создающий в цепочке шариков волну радиальных перемещений. Второй кулачковой поверхностью является зубчатое колесо с радиальным направлением зубьев. Каждый поворот эксцентрика при неподвижном сепараторе поворачивает зубчатое колесо на один шаг. Передаточное число определяется числом зубьев зубчатого колеса, количество которых на единицу больше, чем число рабочих тел качения. К этому типу передач относятся также устройства, в которых волновым генератором служит эксцентрично расположенное и приводимое в движение с помощью кривошипного вала кольцо, кулачковая поверхность которого выполнена на боковой поверхности в виде зубчатого профиля с радиальным направлением зубьев (патенты US N 4584904, 4643047, 5683323). При вращении вала волнового генератора кольцо совершает радиальное волновое перемещение и через тела качения взаимодействует с зубчатым колесом. При неподвижном зубчатом колесе кольцо совершает планетарное вращательное движение и является выходным звеном, движение с которого снимается с помощью параллельного кривошипа. При не вращающемся кольце выходным звеном является зубчатое колесо. В любом случае, конструкция усложняется механизмом параллельного кривошипа. Зубчатые профили кольца и колеса в этой передаче имеют форму гипо- и эпициклоид и трохоид, что усложняет расчет и изготовление передач. Кроме того, описанные преобразователи скорости, как все механизмы с эксцентриковыми деталями, имеют асимметричную по массе нагрузку на валу, что вызывает биения и повышенный износ деталей или требует применения дополнительных элементов балансировки.

Существует также класс передач, которые по аналогии можно назвать осевыми волновыми передачами с промежуточными звеньями. В самом общем случае они содержат волновой генератор, воздействующий на цепочку тел качения - шариков в осевом направлении. Шарики находятся в одновременном контакте с тремя деталями, одна из которых связана с волновым генератором, другая фиксирует угловое положение шариков на орбите друг относительно друга и ее можно условно назвать водилом - сепаратором, а третьей деталью служит зубчатый профиль с осевым расположением зубьев. При этом такие передачи могут называться по-разному и иметь некоторые отличия в конструкции ее основных узлов. Так, в волновой передаче по авторскому свидетельству СССР (SU N 559052) волновой генератор выполнен с торцевыми зубьями, торцевой зубчатый профиль неподвижен и связан с корпусом устройства, а выходным звеном является сепаратор. В передаче по авторскому свидетельству СССР (SU N 1025941), названной планетарной сферической, волновым генератором служит торцевой кулачок, либо косой кольцевой паз на валу. Зубчатый профиль выполнен в виде торцевого конического колеса, а водилом - сепаратором является зубчатое колесо, внутреннего или наружного зацепления, закрепленное в корпусе.

По конструкции торцевого волнового генератора можно выделить класс передаточных механизмов с качающейся шайбой. Их еще называют прецессирующими или нутирующими передачами (см. SU N 653458, SU N 1427115, а также патенты US N 1748907, N 4563915, N 4620456, N 4620457, N 4715249 и N 5443428). В передаче по пат. US N 1748907 водилом - сепаратором является качающаяся шайба с лунками на боковой поверхности, которая не вращается, т. к. имеет зубчатое зацепление с корпусом. В остальных указанных патентах сепаратор является ненагруженным звеном, а передача осуществляется взаимодействием качающейся шайбы посредством еще одного аналогичного передающего узла с корпусом. В указанных передачах с качающейся шайбой зубчатые профили выполняются по эпи- и гипотрохоидальным кривым на сферической поверхности, которые сложно изготовить. Понимая это, авторы изобретения по патенту N 4620456 предлагают изготавливать все детали передаточного механизма из пластмассы, на которой зубчатый профиль сложной формы можно изготавливать штамповкой. Очевидно, что такие передачи не пригодны для силовых механизмов, а могут быть использованы только для приборов, часов и т. п. изделий. В патенте N 5,443,428 описан еще более сложный зубчатый профиль, в котором трение скольжения сведено к минимуму. Данный преобразователь скорости, несомненно, незаменим в устройствах, где требуется высокая точность, плавность хода, например, в области космической техники, но мало пригоден в силовых приводах массового применения и изготовления. При существенных различиях в конструкциях каждая из вышеописанных волновых передач с промежуточными звеньями имеет неподвижный корпус, с которым в каждой конкретной конструкции связана вполне конкретная деталь, передающий узел передачи имеет внутренний объем, ограниченный корпусом. При необходимости смазки (а она необходима для мощных силовых передаточных блоков), ею нужно заполнять весь корпус, и в передачах с качающейся шайбой она совершает свои движения в этой смазке. В таких условиях пригодна только жидкая смазка, а для нее сложной технической проблемой становится уплотнение на выходе из корпуса ведущего и ведомого валов.

Известны, так называемые, синусошариковые передачи, которые также можно отнести к волновым передачам с промежуточными звеньями (Игнатищев P. M. Общие сведения о синусошариковых передачах "Вестник машиностроения", 1986, N 2, стр. 24-28). В этой статье предложены схемы "двухсинусоидных" и "трехсинусоидных" передач, в которых в эксцентричном движении участвует не весь кулачок, а только тела качения, что значительно снижает асимметричность нагрузки. Передающий узел "двухсинусоидных" передач состоит из трех последовательно расположенных деталей. На двух крайних деталях выполнены кулачковые поверхности в виде периодических по азимуту дорожек качения для шариков. Промежуточная деталь с прорезями для шариков выполняет функцию водила - сепаратора. Одна из деталей с кулачковой поверхностью является волновым генератором. Дорожка качения волнового генератора может быть одно- либо многопериодной, причем соотношение периодов кулачковых поверхностей зависит от числа тел качения и подчиняется определенной закономерности. Этот принцип реализован как для радиальной, так и для осевой волновых передач. Для радиальной "двухсинусоидной" передачи разработано несколько конкретных кинематических схем. Периодические дорожки качения с радиальным направлением изгиба выполнены на плоских, обращенных друг к другу, поверхностях дисков, а водило - сепаратор в виде плоского кольца с радиальными прорезями расположен между ними (см. также SU N 1019148, Игнатищев М. Р. , Могилевский машиностроительный институт, 30.04.88). Такие радиальные передачи имеют дисбаланс по массе только при передаче высоких крутящих моментов, т. к. в них шарики имеют большие размеры, и для них требуется принимать специальные меры для балансировки.

Для осевой передачи разработана одна схема (см. также SU N 825823, того же заявителя, 30.04.81 г. ). Передающий узел представляет собой три коаксиально расположенные одна в другой обоймы. Кулачковые поверхности в виде периодически изогнутых в осевом направлении дорожек качения выполнены на обращенных друг к другу боковых поверхностях наружной и внутренней обойм, а промежуточная обойма выполнена со сквозными продольными прорезями.

Для увеличения передаточного отношения тем же автором разработана, так называемая, "трехсинусоидная" передача с осевым перемещением шариков (SU N 1216498, 07.03.86). Периодические по азимуту замкнутые дорожки качения выполнены на каждой из обойм. Для этого промежуточная обойма связана с корпусом, так как периодически изогнутая дорожка качения на ней выполнена в виде сквозной круговой прорези.

К "двухсинусоидным" передачам относятся конструкции, представленные семейством патентов США фирмы "Синкинетикс инк. " N 5312306, N 5514045 (заявка WO 94/18472), N 5562564, N 5600699, N 5722910, N 5954615, N 5989145, N 6039672, N 6125711, а также патентом США N 5577423. В своем большинстве преобразователи скорости в этих патентах реализуют принцип вышеописанных синусошариковых передач. Передающий узел осевой передачи полностью идентичен "двухсинусоидной" передаче с тремя коаксиальными деталями. Радиальная схема передающего узла дополнена конструкцией, в которой кулачковые поверхности волнового генератора и зубчатого профиля выполнены в виде периодических по азимуту дорожек качения на противолежащих боковых поверхностях двух коаксиальных деталей, между которыми расположен сепаратор с прорезями (как, например, на фиг. 8 патента N 5989145). Любая из указанных деталей может служить как входным, так и выходным валом, для этого одна из деталей должна быть закреплена неподвижно. Телами качения служат ролики. Последняя схема удобна для встраивания преобразователя в двигатель, либо в исполнительный механизм. При этом, как указано в патенте, внешняя деталь может одновременно выполнять функцию корпуса, а весь передающий узел - функцию подшипникового узла для крепления входного и выходного валов.

Таким образом, синусошариковые передачи обладают рядом положительных свойств, среди которых возможность получения высоких передаточных отношений в одной ступени, простота конструкции и малые габариты при высоких передаваемых моментах. Принцип компоновки передающего узла преобразователя, положенный в основу всех вышеописанных конструкций, наиболее близок к предлагаемому изобретению, но его компоновка в виде трех последовательно расположенных деталей ограничивает число конструктивных вариантов выполнения, так как промежуточная деталь - сепаратор обязательно должна быть со сквозными прорезями. В таких конструкциях глубина дорожек качения и толщина водила - сепаратора с прорезями примерно равны друг другу и равны 1/3 диаметра тела качения. Анализ расположения сил, действующих на шарик, показывает, что силы, действующие на шарик со стороны дорожек качения, имеет две составляющие: радиальную и осевую, при этом только одна из них выполняет полезную работу, а другая только увеличивает потери энергии на трение. Кроме того, точками приложения этих сил являются края дорожек качения, что не позволяет реализовать двухточечный контакт шариков с дорожкой качения. Это вызывает повышенный износ шариков и разрушение дорожек качения у их краев при передаче высоких крутящих моментов. Как отмечено в статье (Пашкевич М. Ф. Вестник машиностроения, 1985, N 7, с. 23-26), наиболее слабым по прочности звеном синусошариковых передач является водило - сепаратор. Увеличить его толщину невозможно из-за того, что при этом точка приложения силы, действующей на шарик, смещается от центра к краю шарика, и уменьшается ее полезная составляющая.

За прототип выбрана планетарная "трехсинусоидальная" передача с радиальным волновым перемещением шариков (SU N 1276869, 15.12.86). Передающий узел этого преобразователя скорости содержит три звена в виде дисков, из которых, по крайней мере, два расположены соосно. Один из дисков связан с волновым генератором. Каждый из дисков имеет кулачковую поверхность в виде замкнутой периодически изогнутой в радиальном направлении дорожки качения, находящейся в постоянном контакте с телами качения - шариками. Дорожки качения двух дисков расположены на обращенных друг к другу торцевых поверхностях, а дорожка качения промежуточного диска расположена на его боковой поверхности. В одном из вариантов дорожки качения двух звеньев противолежат дорожке третьего звена. Для уменьшения проскальзывания тел качения диск волнового генератора связан с валом через эксцентриковый кривошип, а дорожка качения на нем выполнена в виде кольцевой канавки. Передающий узел этого механизма не сбалансирован по массе, так как шарики находятся на разных расстояниях от оси вращения. Разбалансировка еще более увеличивается в варианте конструкции с эксцентриковым кривошипом, т. к. этот вариант приближается к передачам с эксцентриковым кулачком и лишается основного достоинства синусошариковых передач. Для преобразователей скорости с высокими нагрузочными способностями необходимо применять специальные меры по балансировке узла, такие как специальные канавки на дне дорожки качения (см. SU N 1511495, 30.09.89. ) или v-образный паз в эксцентриковом диске. Кроме того, для описанной здесь "трехсинусоидальной" передачи справедливы все выводы относительно точек приложения сил и повышенного износа шариков и краев дорожек качения, сделанные выше. В дальнейшем, схемы трехсинусоидных передач были доработаны, т. к. выяснилось, что шарики при прохождении ими вершин или впадин всех трех дорожек качения одновременно могут значительно отклоняться от своих средних угловых положений, что может привести к повышенной динамике в зацеплении и даже заклиниванию передачи. Для устранения этого между дисками передающего узла дополнительно введен тонкостенный сепаратор с прорезями, который фиксирует шарики на равном угловом расстоянии друг от друга при прохождении ими критических точек (см. Игнатищев P. M. Трехсинусоидная шариковая передача/ "Вестник машиностроения", 1987, N 2, с. 13-16). Такой сепаратор не передает вращающий момент, т. е. является ненагруженным. В то же время наличие сепаратора еще более смещает точки приложения сил от оси, проходящей через центр шарика, и ухудшает их распределение.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания автономного и многоцелевого преобразователя скорости, аналогичного подшипнику, который не имеет общего корпуса, а какая-то из деталей становится неподвижной при посадке преобразователя скорости на его рабочее место. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в разработке обобщенной принципиальной схемы, по которой можно построить множество разнообразных конкретных механизмов, отличающихся широкими кинематическими и функциональными возможностями, каждый из которых будет обладать общими для всего класса достоинствами, основными из которых являются: минимально возможные для данных передаточного отношения и передаваемого момента вес и габариты, сбалансированность передающего узла по массе, улучшенное распределение сил, а также минимально возможный рабочий объем передающего узла, позволяющий использовать подшипниковые уплотнения и вязкие смазки одноразового заполнения. По данной схеме при прочих равных условиях возможно создание механизма с повышенной нагрузочной способностью, обеспечиваемой созданием двухточечного контакта тел качения с дорожками качения. Один из конкретных вариантов схемы устраняет присущий всем "синусошариковым" передачам недостаток - наличие большого проскальзывания шариков относительно сопряженных с ними поверхностей. Изобретение расширяет конструктивное многообразие и выполняемые функции волновых передач с промежуточными звеньями, что позволяет легко адаптировать преобразователь к условиям его эксплуатации и встраивать его в самые различные механизмы. Один и тот же передающий узел, выполненный по изобретению, может выполнять функцию редуктора и мультипликатора, при одной входной скорости иметь на выходе две и более, либо менять выходную скорость в зависимости от соотношения двух входных, и все эти функции реализовать в одном передающем узле, т. е. для одной ступени.

Для достижения поставленных целей дифференциальный преобразователь скорости, выполненный по схеме волновой передачи с промежуточными телами качения, как и прототип, содержит волновой генератор и передающий узел с цепочкой тел качения. Передающий узел содержит звенья, каждое из которых имеет профилированную кулачковую поверхность в виде периодической по азимуту дорожки качения. Тела качения находятся в постоянном контакте с дорожками качения каждого звена. Одно из звеньев связано с волновым генератором, дорожка качения, по меньшей мере, еще одного звена периодически изогнута по замкнутой линии. В отличие от прототипа, передающий узел содержит, по меньшей мере, три звена, выполненных в виде обойм и расположенных друг относительно друга так, что каждая из обойм сопрягается с двумя соседними, причем, по меньшей мере, две обоймы сопрягаются своими пресекающимися поверхностями. Периодические дорожки качения выполнены в месте пересечения этих поверхностей. Обойма, связанная с волновым генератором, выполнена воздействующей на тела качения в направлении, выбранном из любых направлений в плоскости осевого сечения преобразователя, и замкнутые периодически изогнутые дорожки качения других обойм выполнены с направлением изгиба, совпадающим с направлением воздействия волнового генератора. Амплитуда изгиба дорожек качения при таком расположении обойм должна быть меньше радиуса тела качения, так как иначе тело качения не сможет находиться в постоянном контакте со всеми дорожками качения.

Периодическая дорожка качения на одной из обойм передающего узла может быть выполнена в виде разнесенных по азимуту лунок, вытянутых в направлении воздействия волнового генератора. Такая обойма выполняет функцию водила - сепаратора, и передающий узел из трех обойм в этом случае будет работать по принципу "двухсинусоидной" передачи. Передающий узел из четырех обойм, на одной из которых выполнены разнесенные по азимуту лунки, будет реализовывать принцип "трехсинусоидной" передачи, в которой обойма с лунками выполняет функцию ненагруженного сепаратора. При большем количестве обойм в передающем узле появляются дополнительные звенья с другими передаточными отношениями.

В передающем узле из четырех обойм, разнесенные по азимуту лунки целесообразно выполнить на двух противолежащих обоймах, механически связанных друг с другом. При этом замкнутые дорожки качения на двух других противолежащих обоймах должны быть выполнены изогнутыми в направлении оси, проходящей через обе обоймы (в направлении между обоймами). Такой преобразователь предназначен для передачи более высоких моментов при тех же габаритах.

Если дорожки качения на всех обоймах выполнить замкнутыми, а между сопрягаемыми поверхностями обойм ввести сепаратор со сквозными прорезями для волнового перемещения тел качения, то при одном и том же количестве обойм передающего узла можно получить преобразователь с дополнительными выходными звеньями с двумя и более различными скоростями на них. Сепаратор в такой конструкции не является нагруженным звеном, его функция сводится только к фиксированию углового положения шариков при прохождении ими совпадающих вершин и впадин всех периодических дорожек. Форма сепаратора в этом случае будет соответствовать форме сопрягающихся поверхностей, т. е. сепаратор будет представлять собой поверхность вращения с одним или двумя ребрами жесткости. Сепаратор такой формы при прочих равных условиях будет иметь более высокую прочность, чем сепаратор прототипа, что позволяет выполнить его меньшей толщины и сместить точки приложения сил к центру шарика, что улучшает их распределение. Кроме того, сепаратор в области пересечения поверхностей целесообразно выполнить с утолщением, размеры и форма которого соответствуют пространству между дорожками качения. Утолщение еще более повысит прочность сепаратора при прочих равных условиях.

В преобразователе скорости с осевым волновым перемещением тел качения периодическая дорожка качения обоймы волнового генератора может быть выполнена в виде наклонной к оси вращения кольцевой канавки или (что то же самое) в виде кольцевой дорожки качения разной глубины. Угол наклона ограничен тем, что расстояние вдоль оси между диаметрально противоположными сторонами кольцевой канавки (амплитуда периодической дорожки качения) должно быть меньше радиуса тела качения, чтобы все тела качения находились в одновременном и постоянном контакте со всеми дорожками качения. Осевые габариты передающего узла по сравнению с прототипом практически не увеличиваются, а генератор воздействует на тела качения в осевом направлении, что создает уравновешенную систему шариков относительно оси. Если замкнутую периодическую дорожку качения обоймы волнового генератора выполнить в виде не только наклонной, но и эксцентрично смещенной относительно оси вращения кольцевой канавки, то получим передающий узел с радиально - осевым волновым перемещением тел качения. Такой вариант предпочтителен для передающего узла из четырех обойм, в котором замкнутые дорожки качения выполнены на обоймах, расположенных по диагонали, а на двух других диагонально расположенных обоймах выполнены лунки. Максимальная нагрузка будет приходиться на дно дорожек качения, и становится возможной реализация двухточечного контакта тел качения с замкнутыми дорожками, что повышает нагрузочную способность передающего узла при прочих равных условиях.

Еще в одной конструкции предлагаемого преобразователя обойма волнового генератора выполнена коаксиальной относительно других обойм, сопрягаемые коаксиальные поверхности обойм выполнены в виде сферического пояса, и обойма волнового генератора выполнена с возможностью прецессии относительно центра сферы, а волновой генератор выполнен в виде устройства, вызывающего прецессию обоймы. При выполнении дорожки качения на боковой поверхности обоймы волнового генератора в виде прямой кольцевой канавки, получим передающий узел с осевым волновым перемещением шариков, вызываемым прецессией обоймы волнового генератора. Прямая кольцевая канавка может быть эксцентрично смещена относительно оси вращения. Такой передающий узел реализует радиально - осевое волновое перемещение шариков.

На основе преобразователя с прецессирующей обоймой волнового генератора создана достаточно простая конструкция передаточного механизма с нулевым проскальзыванием. Передающий узел содержит три обоймы. Обойма волнового генератора выполнена коаксиальной относительно двух других, и боковые сопрягаемые поверхности обойм выполнены в виде сферического пояса. Между сопрягаемыми коаксиальными поверхностями расположен тонкостенный сепаратор со сквозными продольными прорезями. Периодическая дорожка качения на боковой поверхности прецессирующей обоймы волнового генератора выполнена в виде зигзагообразной в осевом направлении замкнутой канавки. Две другие обоймы торцами соединены друг с другом, а их периодические дорожки качения выполнены с одинаковым числом периодов так, что образуют общую зигзагообразную в осевом направлении замкнутую канавку на общей боковой поверхности обойм. Прецессирующая обойма связана с дополнительно введенной обоймой узлом передачи вращения между несоосными валами. Этот узел должен передавать вращение при изменяющемся угле наклона валов друг к другу.

Узел передачи вращения между несоосными валами может быть выполнен в виде крестовины или системы гибких тяг или рычагов. Он может быть выполнен также по любой из известных схем. Например, это может быть компенсирующая или подвижная муфты, шаровая синхронная муфта и др. механизмы.

Дифференциальный преобразователь с нулевым проскальзыванием можно выполнить двухступенчатым с двумя передающими узлами. Для этого дополнительно введенная обойма выполнена также прецессирующей, коаксиально с ней размещены обоймы второго передающего узла со второй цепочкой тел качения, а узел передачи вращения между прецессирующими обоймами выполнен в виде устройства передачи вращения между параллельными осями. Такую функцию выполняет механизм с параллельными кривошипами, муфта Ольдгема, или, например, механизм, использованный в передачах по патентам US N 4829851, 16.05.1989, или US N 4643047, 17.02.1987, и являющийся, по сути, параллельным кривошипом с шариковым зацеплением. Последний механизм наиболее предпочтителен, так как обладает наименьшим трением.

Волновой генератор, обеспечивающий прецессию обойм, можно выполнить в различных вариантах. Нами разработаны два варианта волнового генератора, которые хорошо вписываются в концепцию формирования преобразователя в виде подшипникового блока. По обоим вариантам генератор содержит вал, выполненный в виде обоймы, расположенной коаксиально с прецессирующими обоймами с противоположной стороны от их профилированных кулачковых поверхностей. В первом варианте на сопрягаемых боковых поверхностях вала генератора и прецессирующих обойм выполнены кольцевая канавка и кольцевой выступ, введенный в канавку и сопрягающийся с нею так, что между выступом и канавкой с противоположных сторон от выступа и диаметрально противоположно друг другу размещены два шарика. Такой генератор пригоден как для одноступенчатого, так и для двухступенчатого преобразователей.

Волновой генератор, выполненный по второму варианту, предназначен для двухступенчатого преобразователя с двумя прецессирующими обоймами и позволяет передавать крутящий момент между пересекающимися валами. Обойма вала волнового генератора выполнена с двумя косыми кривошипами и снабжена колесом наружного зацепления, расположенным между передающими узлами и выступающим за пределы наружных обойм передающих узлов. Прецессирующие обоймы посажены на кривошипные валы с помощью подшипников. Колесо вала волнового генератора является входным элементом преобразователя скорости, и вращение на него может передаваться с помощью червячной, конической зубчатой или фрикционной передачи.

Возможна также реализация двухступенчатого преобразователя без введения дополнительной прецессирующей обоймы. В этом случае дополнительный передающий узел компонуется на противоположной от первого передающего узла боковой поверхности прецессирующей обоймы. Для этого на этой поверхности выполняется вторая зигзагообразная дорожка качения, дополнительно вводится еще одна коаксиальная обойма с периодической дорожкой качения на боковой поверхности, обращенной к прецессирующей обойме, и дополнительная цепочка тел качения. Вторая прецессирующая обойма с дополнительной обоймой и цепочкой тел качения образуют второй передающий узел. Конструкция такого двухступенчатого преобразователя еще более упрощена, т. к. в нем отсутствует узел передачи вращения между несоосными валами.

Изобретение иллюстрируется графическими материалами, на которых представлены различные варианты реализации изобретения. Следует оговориться, что возможные варианты не ограничиваются представленными конструкциями. На фиг. 1, 3, 4, 5, 6, 9, и 12 представлены схемы компоновки передающего узла, выполненные по предлагаемому изобретению. На фиг. 2 показан вид по А-А передающего узла фиг. 1. На фиг. 7 показана обойма, выполняющая функцию водила на фиг. 6, и ее вид по Б-Б. На фиг 8 показана отдельно обойма, являющаяся дополнительным выходом в преобразователе на фиг. 6. На фиг. 9 и 11 приведены схемы передающего узла с введенным между сопрягаемыми поверхностями обойм сепаратором. Внешний вид сепаратора для трехзвенного предающего узла показан на фиг. 10. Фиг. 13 схематически иллюстрирует передающий узел с прецессирующей обоймой и с осевым перемещением тел качения, а на фиг. 14 показан один из вариантов конструкции преобразователя с таким передающим узлом. Фиг. 15 представляет вариант преобразователя с нулевым проскальзыванием, а на фиг. 16 изображена развертка, иллюстрирующая взаимодействие дорожек и тел качения для этого преобразователя. Фиг. 17, 18 иллюстрируют тот же преобразователь с различным выполнением узла передачи вращения между несоосными валами и различными волновыми генераторами. На фиг. 19, 20, 21 представлены схемы двухступенчатого преобразователя с двумя прецессирующими обоймами, отличающиеся друг от друга конструкциями волнового генератора и узла передачи вращения между параллельными валами. И, наконец, фиг. 22 и 23 показывают схемы преобразователя с двумя коаксиальными передающими узлами, реализованными на одной прецессирующей обойме.

Передающий узел на фиг. 1, 3 и 4 содержит три обоймы, на фиг. 5 и 6 - четыре обоймы с разным взаимным расположением сопрягающихся поверхностей, а на фиг. 12 представлен передающий узел из пяти обойм. На всех фигурах цифрами 1 обозначена обойма волнового генератора, 2 - тела качения - шарики, 3, 4, 5 и 6 - остальные обоймы передающего узла. Обоймы расположены друг относительно друга так, что каждая из обойм сопрягается с двумя соседними (обойма 1 на фиг. 1, 3, 4 сопрягается с обоймами 3 и 4, а на фиг. 5 и 6 с обоймами 4 и 5). Кроме того, по меньшей мере, две обоймы сопрягаются своими пересекающимися поверхностями (обоймы 1 и 4 - на фиг. 1, обоймы 3 и 4 - на фиг. 3; и все обоймы на остальных фигурах). Форма поперечного сечения обойм может быть разнообразной и определяется двумя основными требованиями. Первое требование связано с тем, что все обоймы должны иметь постоянный контакт с шариками 2, поэтому угол между пересекающимися сопрягающимися поверхностями каждой обоймы определяется количеством обойм. Второе требование связано с технологичностью изготовления обойм. Каждая из обойм 1, 3-6 имеет периодические дорожки качения для шариков 2, обозначенные соответственно 1, ' 3', 4', 5', 6'. Дорожки выполнены в месте пересечения сопрягающихся поверхностей обойм и в разных конструкциях имеют различное направление изгиба. Направление изгиба всех дорожек качения одного передающего узла одинаково.

На фиг. 1, 3 и 6 показаны передающие узлы с изгибом дорожек качения и перемещением шариков в осевом направлении (вдоль оси преобразователя OO'). Периодически изогнутая образующая дорожек качения 1' и 3' на обоймах 1 и 3 - это замкнутая зигзагообразно изогнутая в осевом направлении линия, которая лежит на воображаемой сферической поверхности радиуса R в ее экваториальной области. В случае, если амплитуда волнового перемещения шарика много меньше радиуса R, то воображаемую сферическую поверхность приближенно можно заменить цилиндрической поверхностью с образующей СС'. В нашем случае, это условие выполняется при r << R, так как амплитуда волнового перемещения шарика не может превышать его радиус r, иначе шарик выйдет из контакта с одной или несколькими обоймами.

Передающие узлы на фиг. 4, 5, 9, 11 и 12 имеют радиально-осевое направление изгиба дорожек качения, то есть периодической образующей дорожек качения 1', 3', 5' и 6' является зигзагообразно изогнутая в осевом направлении замкнутая линия на воображаемой конической поверхности с образующей ВВ'.

Таким образом, в осевом сечении преобразователя все обоймы с дорожками качения расположены вокруг шариков 2 и сопрягаются друг с другом, а дорожки качения образуют полости для шариков с замкнутым в осевом сечении контуром.

Передающий узел, представленный фиг. 1 и 2, реализует двухсинусоидную передачу. Периодическая дорожка качения 1' обоймы 1 волнового генератора представляет собой замкнутую косую канавку 7 (или канавку разной глубины), выполненную в месте пересечения боковой 8 и торцевой 9 поверхностей обоймы 1. Число периодов дорожки качения в этом случае равно 1. Дорожка качения 4' на обойме 4 представляет собой систему разнесенных по азимуту лунок 10, чередующихся с выступами 11, выполненных также в месте пересечения поверхностей обоймы 4. Лунки имеют глубину, соответствующую максимальной глубине канавки 7, и полукруглый профиль, соответствующий профилю шарика 2. Высота h выступов 11 над торцевой поверхностью обоймы 4 определяется минимальной глубиной l_min косой канавки 7 и равна h = r - l_min, где r - радиус шарика 2. Число лунок 10 равно числу шариков 2. Обойма 4 с лунками 10 выполняет функцию водила - сепаратора, т. е. фиксирует взаимное угловое расположение шариков и воспринимает вращательный момент от цепочки шариков как единого целого. Выступы 11 предназначены для удерживания шариков 2 в крайнем осевом положении, т. е. в месте минимальной глубины канавки 7 (на фиг. 1 в положении справа). Периодическая дорожка качения 3' на обойме 3 представляет собой также замкнутую периодическую дорожку качения на торцевой поверхности обоймы 3, с числом периодов nk1 (где n - целое число, a k - число шариков). Периодическая образующая дорожки качения 3', являющаяся в данном случае и средней линией дорожки, лежит на цилиндрической поверхности с образующей СС' и изогнута в осевом направлении. Периодическую дорожку 3' можно получить периодическим смещением кольцевой канавки в осевом направлении. Величина этого смещения (или амплитуда периодической дорожки) должна быть не больше радиуса тела качения, чтобы шарик мог находиться в одновременном контакте со всеми тремя дорожками качения. Т. е. расстояние между дорожкой качения 1' на обойме волнового генератора 1 в месте ее максимальной глубины и дорожкой 3' на ее вершине равно диаметру шарика 2. На фиг. 1, 2 показаны силы, действующие на шарик 2 со стороны обойм. Сила F_ген, действующая со стороны обоймы 1 волнового генератора, и сила F_пер реакции периодической дорожки качения на обойме 3 направлены вдоль оси, проходящей через центр шарика 2 и совпадающей с направлением его волнового перемещения, поэтому имеют только одну составляющую, выполняющую полезную работу. Буквой F_вод обозначена сила, действующая со стороны шарика на обойму 4, выполняющую в данной конструкции функцию водила - сепаратора. Эта сила, приложенная к краю лунки 10 и направленная по касательной к обойме 4, обуславливает появление момента вращения. Если обойма 1 волнового генератора связана с ведущим валом, то при не