Исполнительный механизм на основе волновой передачи поступательного действия

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для преобразования вращательного движения управляющего двигателя в поступательное движение выходного вала. Исполнительный механизм содержит корпус 2, в котором расположены ведущий вал, соединенный с волнообразователем, гибкое колесо, закрепленное в корпусе, жесткое колесо 7 с винтовыми нарезками, расположенное соосно гибкому колесу. Жесткое колесо 7 выполнено в виде двух выходных звеньев, входящих в зацепление с гибким колесом, Опорное устройство выполнено в виде шариков 5. Волнообразователь выполнен в виде толкателей 3 и обойм 4. Гибкое колесо выполнено в виде неподвижного сепаратора 6, в радиальных отверстиях которого расположены равномерно по окружности в несколько рядов шарики 5. Технический результат - расширение функциональных возможностей за счет уменьшения момента инерции вращающихся частей, увеличение нагрузочной способности механизма, возможность выходным звеньям совершать разнонаправленные движения. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для преобразования вращательного движения вала управляющего двигателя в поступательное движение выходного вала исполнительного механизма.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является исполнительный механизм на основе волновой передачи поступательного действия (авторское свидетельство № 1352116 - прототип), содержащий корпус, в котором расположен ведущий вал, соединенный с волнообразователем, гибкое колесо, закрепленное в корпусе, жесткое колесо с винтовыми нарезками, расположенное соосно гибкому колесу, выполненное в виде двух выходных звеньев, входящих в зацепление с гибким колесом, опорное устройство, выполненного в виде шариков.

Известный механизм позволяет преобразовывать вращательное движение от двигателя в поступательное движение выходных звеньев жесткого колеса, расположенных соосно с осью вращения вала двигателя, при этом оба выходных звена совершают однонаправленное движение.

Недостатком известного решения является большой момент инерции вращающихся частей конструкции, малая нагрузочная способность, а также невозможность выходным звеньям совершать разнонаправленное движение.

Целью данной разработки является расширение функциональных возможностей за счет уменьшения момента инерции вращающихся частей, увеличения нагрузочной способности исполнительного механизма и возможности выходным звеньям совершать разнонаправленное движение.

Цель достигается тем, что исполнительный механизм на основе волновой передачи поступательного действия, содержащий корпус, в котором расположен ведущий вал, соединенный с волнообразователем, гибкое колесо, закрепленное в корпусе, жесткое колесо с винтовыми нарезками, расположенное соосно гибкому колесу, выполненное в виде двух выходных звеньев, входящих в зацепление с гибким колесом, опорное устройство, выполненного в виде шариков, волнообразователь выполнен в виде толкателей и обойм, гибкое колесо выполнено в виде неподвижного сепаратора, в радиальных отверстиях которого расположены равномерно по окружности в несколько рядов шарики.

Жесткое колесо может быть выполнено в виде полого цилиндра с винтовыми нарезками эпициклоидного профиля на внутренней поверхности.

Жесткое колесо может быть выполнено в виде полых полуцилиндров с винтовыми нарезками эпициклоидного профиля на внутренних поверхностях.

Волнообразователь может быть выполнен в виде толкателей в виде поршней блока радиально расположенных цилиндров, который закреплен соосно в корпусе и снабжен каналами подачи рабочей жидкости, соединяющими цилиндры со штуцерами высокого и низкого давления через распределитель, расположенный соосно с блоком цилиндров и соединенный с управляющим электродвигателем, толкатели касаются внутренней поверхности обойм, представляющих собой полые тонкостенные цилиндры.

Волнообразователь может быть выполнен в виде эксцентрикового вала и толкателей, расположенных равномерно по окружности в несколько рядов в радиальных отверстиях корпуса, толкатели касаются внутренней поверхности обойм, представляющих собой полые тонкостенные цилиндры.

Волнообразователь может быть выполнен в виде блока электромагнитов с толкателями, расположенными равномерно по окружности в несколько рядов в радиальных отверстиях корпуса, толкатели касаются внутренней поверхности обойм, представляющих собой полые тонкостенные цилиндры.

На фиг.1 и фиг.2 представлены продольный и поперечный разрезы исполнительного механизма на основе волновой передачи поступательного действия с гидравлическим волнообразователем.

На фиг.3 и фиг.4 представлены цельное и разрезное жесткое колесо.

На фиг.5 и фиг.6 представлены продольный и поперечный разрезы исполнительного механизма на основе волновой передачи поступательного действия с механическим волнообразователем.

На фиг.7 представлен поперечный разрез исполнительного механизма на основе волновой передачи поступательного действия с механическим волнообразователем, состоящим из эксцентриковых дисков, смещенных относительно друг друга на угол 120°.

На фиг.8 и фиг.9 представлены продольный и поперечный разрезы исполнительного механизма на основе волновой передачи поступательного действия с электромеханическим волнообразователем.

Исполнительный механизм с гидравлическим волнообразователем содержит управляющий многооборотный двигатель 1, закрепленный при помощи фланцевого соединения к корпусу исполнительного механизма 2. Корпус 2 снабжен радиальными отверстиями для толкателей 3. Торцевые поверхности толкателей 3, касающиеся внутренней поверхности обойм 4, выполнены сферическими. Обоймы 4 имеют форму полых цилиндров. Своей внешней цилиндрической поверхностью обоймы обращены к шарикам 5 сепаратора 6. Сепаратор 6 представляет собой полый цилиндр, расположенный соосно с распределителем и жестко закреплен к корпусу исполнительного механизма 2. В сепараторе 6 равномерно по окружности выполнено несколько рядов радиальных отверстий. Каждый ряд смещен относительно друг друга на угол 120°. Жесткое колесо 7 расположено соосно сепаратору 6 и представляет собой полый цилиндр с внутренней винтовой поверхностью эпициклоидного профиля. Шарики 5 расположены в отверстиях сепаратора 6 и касаются одной стороной наружной поверхности обоймы 4, а с другой внутренней винтовой поверхности жесткого колеса 7. Число заходов резьбы может быть больше или меньше числа шариков, что обеспечивает различные направления движения выходного вала. Шарики 5 являются радиальной опорой жесткого колеса 7 и служат ограничением осевому перемещению жесткого колеса 7.

Жесткое колесо 7 может быть выполнено в виде цельного цилиндра с винтовыми нарезками эпициклоидного профиля либо двух полуцилиндров с винтовыми нарезками эпициклоидного профиля на внутренних поверхностях. При одинаковых направлениях нарезок полуцилиндры будут двигаться в одну сторону, или в разные стороны - при различных направлениях нарезок.

Волнообразователь может быть гидравлическим и выполнен в виде распределителя 8, закрепленного на валу двигателя 1, представляющего собой вал с проточками и отверстиями, для поочередного соединения цилиндров толкателей, выполненных в виде поршней с гидромагистралями высокого и низкого давления через штуцеры 9, и обойм 4.

Волнообразователь может быть выполнен в виде трех эксцентриковых дисков 10 с толкателями 3, размещенными в отверстиях корпуса 2 и обойм 4, при этом диски 10 повернуты друг относительно друга на угол 120°.

Волнообразователь может быть выполнен электромагнитным, содержащим толкатели 4, с обмотками электромагнитов 11, расположенными по окружности в корпусе 2, и обоймы 4. Обмотки электромагнитов 11 подключены к коммутационному устройству 12.

Исполнительный механизм с гидравлическим волнообразователем работает следующим образом. Вращение управляющего двигателя с распределителем 8 приводит к изменению направления потока рабочей жидкости, поршни 3, находящиеся в магистрали нагнетания, двигают обойму 4, которая в свою очередь своей наружной поверхностью заставляет шарики 5 совершать возвратно-поступательные движения в отверстиях сепаратора 6. Шарики 5, надавливая на внутреннюю винтовую поверхность жесткого колеса 7, заставляют его перемещаться.

Если жесткое колесо 7 выполнение в виде двух полуцилиндров, шарики 5 сепаратора 6, надавливая на внутреннюю винтовую поверхность полуцилиндров, заставляют перемещаться выходные звенья жесткого колеса 7 в одном направлении (при одинаковых направлениях нарезок) или в разные стороны - при различных направлениях нарезок.

В исполнительном механизме с механическим волнообразователем вращение от управляющего двигателя 1 передается через эксцентриковый диск 10 и толкатели 3 обоймам 4, которые в свою очередь заставляют шарики 5 в сепараторе 6 совершать возвратно-поступательные движения. Шарики 5 толкают жесткое колесо 7 и оно перемещается.

В исполнительном механизме с электромагнитным волнообразователем сигналы с комутационного устройства 12 поступают на обмотки электромагнитов 11 толкателей 3 и они, совершая возвратно-поступательное движение, двигают обоймы 4, которые в свою очередь внешней поверхностью заставляют шарики 5 совершать возвратно-поступательные движения в отверстиях сепаратора 6. Шарики 5, надавливая на винтовую поверхность выходного звена жесткого колеса 7, заставляют его перемещаться.

Выполнение жесткого колеса 7 в виде полого цилиндра с винтовой нарезкой на внутренней поверхности позволяет разместить волнообразователь внутри выходного вала.

Волнообразователь выполненный в виде распределителя 8, блока цилиндров и тонкостенных обойм 4 позволяет снизить момент инерции быстро вращающихся частей волнообразователя и мощность управляющего двигателя, улучшая тем самым динамические характеристики исполнительного механизма. При этом число цилиндров определяет нагрузочную способность, а число заходов резьбы и количество шариков в одном ряду - передаточное число ступени.

Использование гидравлического или пневматического волнообразователя с маломощным управляющим электродвигателем позволяет увеличить нагрузочную способность, уменьшить мощность, затрачиваемую на управление, и обеспечивать как аналоговое, так и шаговое управление при использовании шагового двигателя.

Таким образом по сравнению с прототипом предлагаемое изобретение позволяет расширить функциональные возможности исполнительного механизма за счет создания как однонаправленного, так и разнонаправленного движения, а также совмещения функции преобразователя вращательного движения управляющего двигателя в поступательное выходных звеньев и силового двигателя при использовании гидравлического волнообразователя, при этом обеспечивая лучшие динамические характеристики.

1. Исполнительный механизм на основе волновой передачи поступательного действия, содержащий корпус, в котором расположен ведущий вал, соединенный с волнообразователем, гибкое колесо, закрепленное в корпусе, жесткое колесо с винтовыми нарезками, расположенное соосно гибкому колесу, выполненное в виде двух выходных звеньев, входящих в зацепление с гибким колесом, опорное устройство, выполненное в виде шариков, отличающийся тем, что волнообразователь выполнен в виде толкателей и обойм, гибкое колесо выполнено в виде неподвижного сепаратора, в радиальных отверстиях которого расположены равномерно по окружности в несколько рядов шарики.

2. Исполнительный механизм на основе волновой передачи поступательного действия по п.1, отличающийся тем, что жесткое колесо выполнено в виде полого цилиндра с винтовыми нарезками эпициклоидного профиля на внутренней поверхности.

3. Исполнительный механизм на основе волновой передачи поступательного действия по п.1, отличающийся тем, что жесткое колесо выполнено в виде полых полуцилиндров с винтовыми нарезками эпициклоидного профиля на внутренних поверхностях.

4. Исполнительный механизм на основе волновой передачи поступательного действия по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что волнообразователь выполнен в виде толкателей в виде поршней блока радиально расположенных цилиндров, который закреплен соосно в корпусе и снабжен каналами подачи рабочей жидкости, соединяющими цилиндры со штуцерами высокого и низкого давления через распределитель, расположенный соосно с блоком цилиндров и соединенный с управляющим электродвигателем, толкатели касаются внутренней поверхности обойм, представляющих собой полые тонкостенные цилиндры.

5. Исполнительный механизм на основе волновой передачи поступательного действия по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что волнообразователь выполнен в виде эксцентрикового вала и толкателей, расположенных равномерно по окружности в несколько рядов в радиальных отверстиях корпуса, толкатели касаются внутренней поверхности обойм, представляющих собой полые тонкостенные цилиндры.

6. Исполнительный механизм на основе волновой передачи поступательного действия по п.1, отличающийся тем, что волнообразователь выполнен в виде блока электромагнитов с толкателями, расположенными равномерно по окружности в несколько рядов в радиальных отверстиях корпуса, толкатели касаются внутренней поверхности обойм, представляющих собой полые тонкостенные цилиндры.