напряженная фрикционно-волновая передача
Классы МПК: | F16H13/00 Фрикционные передачи вращения с постоянной скоростью |
Автор(ы): | Гаврилов Н.Г., Толочко Б.П. |
Патентообладатель(и): | Институт ядерной физики СО РАН |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-05-29 публикация патента:
20.07.1998 |
Использование: для осуществления более точного перемещения и прямолинейных перемещений. Во фрикционно-волновой передаче напряженно деформированы одно или более гибких колес, одно из которых неподвижное. В месте контакта напряженно деформированные гибкие колеса сопряжены с генератором волн. Изменяя деформации, можно менять размеры контактирующих тел и управлять передаточным отношением, величина которого зависит от среднего и внутреннего радиуса наружного колеса, толщины его стенки, наружного и среднего радиуса внутреннего колеса и толщины его стенки, а также радиальных перемещений упомянутых колес от приложенной силы и количества волн в передаче. Изобретение открывает возможность создания ступенчатых и бесступенчатых редукторов, а также осуществления прямолинейных перемещений. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Фрикционно-волновая передача, содержащая сопряженные генератор волн и гибкие колеса, одно из которых неподвижное, причем в месте контакта колеса деформированы, отличающаяся тем, что передаточное отношение i зависит от величины деформации колес и определено из зависимости![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115847/2115847-16t.gif)
где D - внутренний радиус наружного колеса;
d - наружный диаметр внутреннего колеса;
S1 - толщина стенки внутреннего колеса;
S2 - толщина стенки наружного колеса;
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115110/955.gif)
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115110/955.gif)
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115035/947.gif)
R1 - средний радиус внутреннего колеса;
R2 - средний радиус наружного колеса.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к механике, в частности к фрикционно-волновым передачам, обеспечивающим прецизионные угловые и линейные перемещения. Фрикционно-волновая передача (ФВП) основана на принципе передачи и преобразования движения путем волнового деформирования одного из звеньев механизма [1] . Передача, как правило, состоит из трех кинематических звеньев: гибкого колеса, жесткого колеса и генератора волн. Передаточное отношение i зависит от разности диаметров колес![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115847/2115847-2t.gif)
где
d - наружный диаметр внутреннего колеса;
D - внутренний диамметр наружного колеса. С учетом минимально допустимых погрешностей в изготовлении [1] точность при повороте на 1o составляет
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115020/8776.gif)
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115060/177.gif)
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115847/2115847-3t.gif)
где
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115110/955.gif)
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115110/955.gif)
S1 - толщина стенки внутреннего колеса;
S2 - толщина стенки наружного колеса;
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115035/947.gif)
R1 - средний радиус внутреннего колеса;
R2 - средний радиус наружного колеса. Предлагаемая напряженная фрикционно-волновая передача основана на принципе передачи и преобразования движения путем напряженного деформирования одного или более гибких колес механизма, при этом передаточное отношение в основном зависит от величины деформации и гибкость неподвижного колеса также влияет на передаточное отношение. Таким образом, изменяя деформации, можно менять размеры контактирующих звеньев (параметры колес) и управлять передаточным отношением. На фиг. 1 изображена заявляемая передача с двумя гибкими колесами; на фиг. 2 - передача с тремя гибкими колесами. На фиг. 1 обозначено: Г - генератор волн; 1 - сопряженное с генератором первое гибкое колесо с наружным диаметром d; 2 - сопряженное с первым второе гибкое колесо с внутренним диаметром D, являющееся в данной передаче неподвижным. На фиг. 2 обозначено: Г - генератор волн; 1 - сопряженное с генератором первое гибкое колесо; 2 - сопряженное с первым второе гибкое колесо; 3 - сопряженное со вторым третье гибкое колесо, являющееся в данной передаче неподвижным. Стрелками показаны направления вращения генератора и сопряженных звеньев. Секторами условно показаны сжатие и растяжение волокон, происходящие в месте контакта гибких колес. Работа устройства осуществляется следующим образом. Обязательным условием является то, что гибкие колеса в контакте с генератором в статическом состоянии деформированы. При этом в месте контакта наружные волокна внутреннего колеса растянуты (наружный диаметр внутреннего колеса увеличился), а внутренние волокна наружного колеса сжаты (внутренний диаметр наружного колеса уменьшился). При вращении генератора происходит перемещение контакта сопряженных звеньев. Если обкатка осуществляется без скольжения и одно из колес неподвижное, то подвижное колесо должно повернуться на угол, определяемый через разность длин окружностей, которые зависят от исходной деформации, с учетом этого формула (1) приобретает вид
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115847/2115847-4t.gif)
где
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115073/949.gif)
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115073/949.gif)
Изменение деформации приводит к изменению передаточного отношения и при
(D-d)-
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115073/949.gif)
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115073/949.gif)
вращение будет происходить в обратную сторону в сравнении с простой фрикционно-волновой передачей. Для определения зависимости передаточного отношения от параметров передачи произведением дальнейшие преобразования формулы (3). При деформации колеса [3] радиальное перемещение точки приложения силы от центра
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115847/2115847-5t.gif)
где
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115032/945.gif)
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115032/945.gif)
P - приложенная сила;
R - средний радиус колеса;
EI - жесткость колеса;
E - модуль упругости;
I - момент инерции. Изгибающий момент [3] в точке приложения силы
M =
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115597/967.gif)
где
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115597/967.gif)
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115597/967.gif)
I = WS/2,
где
S - толщина стенки колеса. Подставим в формулу (4) изгибающий момент и момент инерции в вышеприведенном выражении, получим:
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115847/2115847-6t.gif)
Обозначим
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115847/2115847-7t.gif)
и заменим
M/W =
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115110/963.gif)
где
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115110/963.gif)
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115073/949.gif)
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115110/963.gif)
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115847/2115847-8t.gif)
следовательно
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115847/2115847-9t.gif)
где
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115110/955.gif)
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115110/955.gif)
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115035/947.gif)
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115847/2115847-10t.gif)
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115847/2115847-11t.gif)
Из формулы (9), если
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115847/2115847-12t.gif)
следует, что уменьшение
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115110/955.gif)
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115035/947.gif)
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115035/947.gif)
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115110/955.gif)
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115847/2115847-13t.gif)
где
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115847/2115847-14t.gif)
i - передаточное отношение колеса 2 относительно колеса 1. Принцип работы передачи аналогичен описанному для передачи с двумя гибкими колесами. При повороте генератора подвижное гибкое колесо 1 поворачивается на больший угол, чем гибкое колесо 2, поэтому напряженную ФВП с тремя гибкими колесами удобно использовать в механизмах, где требуются два согласованных поворота с различными углами от привода. Для передачи с n гибкими колесами передаточное отношение гибкого колеса 1
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115847/2115847-15t.gif)
Важным преимуществом напряженной ФВП является ее прецизионность, сущность которой состоит в следующем: при обкатывании внутренним колесом внутренней поверхности наружного колеса, внутреннее колесо повторяет точный контур внутренней поверхности наружного колеса, но при этом изменяется величина в зависимости от погрешностей изготовления передачи, сохраняя неизменным передаточное отношение. Для тех же условий изготовления передачи, приведенных выше для ФВП, в случае НФВП прецизионность увеличивается примерно в 360 раз, т. е. точность при повороте на 1 составляет
![напряженная фрикционно-волновая передача, патент № 2115847](/images/patents/356/2115060/177.gif)
Класс F16H13/00 Фрикционные передачи вращения с постоянной скоростью