В статье предложена оригинальная конструкция волновой герметичной передачи, обеспечивающая низкие вибрации звеньев, их повышенные виброустойчивость и вибропрочность, высокие герметичность и ресурс передачи, а также технологичность изготовления герметичного гибкого звена на токарных станках с ЧПУ и зубчатых венцов гибких колес раскаткой с одновременным выдавливание зубьев в матрицу. Последнее способствует внедрению автоматизированного сборочного процесса волновых зубчатых герметичных передач.

Разработка относится к вакуумному технологическому оборудованию, точнее к его механическим узлам, функционирующим в широком интервале температур от нормальной до 500 °С и давлении от 10–10 мм.рт.ст. до нескольких атмосфер. Передача вращения возможна в герметизируемый объем (камеру) через сплошную металлическую стенку в вакуум, в т. ч. при криогенных температурах в сжиженных газах (азот, гелий 4,2 К).

Новизна

Волновая герметичная передача, включает соединенные герметично корпус и выполненные как одно целое гибкое герметичное звено с внутренним зубчатым венцом, установочный фланец, дно, входное и выходное звенья, гибкий подшипник, наружный генератор волн в виде двухвершинного овала с внутренним контуром.

Гибкий подшипник устанавливают на гибкое герметичное звено недеформированным, а затем при монтаже в овал наружного генератора принудительно деформируют с изменением его профиля с круговой формы на эллиптическую. Движение в герметизируемый объем передают волнообразными упругими деформациями через гибкое герметичное звено. Генерация волн осуществляется наружным генератором. Обеспечение ресурса по герметичности, крутящему моменту вменяют гибкому герметичному звену и делегируют раздельно двум неподвижным оболочкам, формоизменяющим профиль в окружном направлении. Эти оболочки располагают концентрично и сопрягают с относительной подвижностью. Наружняя герметичная, ортогональноступенчатая или гладкая оболочка обеспечивает ресурс по герметичности, а внутренняя негерметичная гладкая оболочка — функцию передачи зацеплением силовой нагрузки передачи.

Концам звеньев (гибкого герметичного, входного и выходного) придают прочное постоянное положение фиксирующими, преимущественно несовмещенными опорами. Силы взаимодействия передаются от одних элементов опор на другие и на корпус передачи. Подшипниковую опору выходного звена выполняют вставной в глухое отверстие хвостовика герметичного звена, а вал выходного звена устанавливают в подшипник вставной опоры. Подшипниковые опоры входного звена устанавливают и закрепляют на хвостовике герметичного звена и в корпусе передачи, подшипниковую опору герметичного звена — на хвостовике герметичного звена. Внутри или снаружи внутренней негерметичной оболочки выполняют кольцевой поясок. Посередине пояска делают сквозные отверстия, равнорасположенные в осевом и окружном направлениях.

Устройство для монтажа и демонтажа негерметичной гибкой оболочки выполнено в виде круглой трубы с равнорасположенными в окружном и осевом направлениях резьбовыми отверстиями. В резьбовые отверстия трубы ввинчены винты с цилиндрическими концами, введенными в сквозные отверстия пояска внутренней негерметичной оболочки. При этом для сборки/разборки передачи резьбовые отверстия выполнены также в выходном валу, подшипниковой опоре с хвостовиком, расположенные на малой оси овала и в хвостовике наружного генератора, в крышке передачи, соосно сквозным отверстиям в пояске во внутренней гибкой негерметичной оболочке.

Передача состоит из корпуса 1, установленного на герметичной стенке 2, который уплотняется фланцевым соединением с прокладкой 3 из индиевой или оловоиндиевой проволоки, или вакуумной резины.
Гибкая герметичная ортогональноступенчатая оболочка 4 выполнена из совокупности цилиндрических и плоских поверхностей и представляет собой как одно целое из установочного фланца 5 и дна 6.

Герметичная оболочка 4 соединена герметично с корпусом 1 посредством соединения шип-паз и прокладки 7 из
индиевой или оловоиндиевой проволоки, или вакуумной резины. Корпус 1, установочный фланец 5 и крышка 8 прижимаются последовательно друг к другу и герметичной стенке 2 винтами.

Гибкий подшипник 9 устанавливают на ортогональноступенчатую 4 или гладкую 42 герметичные наружные оболочки со стороны дна 6 недеформированным с относительной подвижностью за пределы посадочной шейки 10
герметичных оболочек 4, 42. Его устанавливают принудительно с изменением формы профиля с круговой формы на эллиптическую при монтаже во внутренний двухвершинный овал 13 наружного генератора 11 по наклонной заходной поверхности (фаске) 14 с деформированием герметичной оболочки 4.

Последовательность сборки/разборки волновой герметичной передачи должна быть строго соблюдена

За счет осевого усилия устанавливают подшипниковую опору 15 выходного звена с подшипником 16, валом 17, жестким зубчатым колесом 18 на шпонке с втулкой 20 в глухое отверстие 21 хвостика 22 герметичной оболочки 4.
Вал 17 выходного звена устанавливают в подшипник 16 вставной опоры 15, (преимущественно шариковый, сферический). Двухвершинный внутренний эллиптический овал 13 наружного генератора 11 выполняют как его часть на электроэрозионном станке с ЧПУ.

При сдеформированной герметичной оболочке 4 гибким подшипником 9 в кольцевой зазор между герметичной оболочкой 4 и зубчатым колесом 18 вводят с усилием внутреннюю негерметичную оболочку 23 и образуют двухволновое зубчатое зацепление 24 передачи со сдвоенным жестким колесом из составных колес 18, 19 (рис. 1). Устанавливают крышку 8 с подшипниковой опорой 25, втулкой 26 и образуют волновое соединение 27. В варианте (рис. 2) внутреннюю негерметичную оболочку 23 с одним зубчатым венцом стопорят винтами 43 ГОСТ 1478–84 при установленной крышке 8. Жесткое зубчатое колесо 18 выходного звена выполняют преимущественно сдвоенным, его зубчатые венцы обрабатывают заодно с жесткой фиксацией подвижного зубчатого венца. Укладывают внахлест на шип соединения шип-паз 28 индиевую или оловоиндиевую проволоку соединения (или резиновое кольцо) и надевают на шарикоподшипниковые опоры 12, 29 корпус 1.

Рис. 1. Вариант волновой герметичной передачи с ортогональноступенчатой герметичной оболочкой и наружным нерегулируемым генератором волн принудительной деформации.

Рис. 2. Вариант волновой герметичной передачи с гладкой герметичной оболочкой, наружным нерегулируемым генератором волн принудительной деформации, внутренней гибкой негерметичной оболочкой с одним зубчатым венцом и застопоренной интами ГОСТ 1478–84.

Сборку/разборку передачи осуществляют при неустановленной крышке 8 с применением специального устройства (рис. З) для установки и демонтажа внутренней негерметичной оболочки 23. В вариантах исполнения гибкой герметичной оболочки ортогональноступенчатой и гладкой, а внутренней гибкой негерметичной оболочки в вариантах с двумя или одним зубчатым венцом, жесткое зубчатое колесо в сборе с деталями при образовании зубчатого волнового зацепления устанавливают в рабочее положение первым, т. к. оно не перекрывает возможность входа во внутреннюю полость герметичного гибкого звена и занятию рабочего положения внутренним гибким оболочкам. Для сборки/разборки передачи используют резьбовые отверстия 30, 31, 32 и сквозные отверстия 34, расположенные на малой оси овала 13 наружного генератора 11 и винты 43.Отверстия 33 во внутренней негерметичной оболочке 23 предназначены для снижения ее жесткости.

Рис. 3. Устройство сборки/разборки волновой герметичной передачи — внутренней гибкой негерметичной оболочки.

Подшипниковые опоры 12, 41 входного звена 11 (наружного генератора) устанавливают и закрепляют на хвостовике 22 герметичного звена 4 и в корпусе 1 передачи. Подшипниковую опору 41 герметичного звена 4 устанавливают и закрепляют на хвостовике 22 герметичного звена 4. Подшипниковые опоры 12, 41 входного звена 11 (наружного генератора) устанавливают и закрепляют на хвостовике 22 герметичного звена 4 и в корпусе 1 передачи. Подшипниковую опору 41 герметичного звена 4 устанавливают и закрепляют на хвостовике 22 герметичного звена 4.
Для демонтажа гибкого подшипника 9 в наружном генераторе 11 выполнены сквозные резьбовые отверстия 34.

Устройство для установки и демонтажа внутренней негерметичной оболочки 23 выполнено в виде круглой трубы 36 (рис. 3), надетой на внутреннюю негерметичную оболочку 23 с гарантированным зазором и с резьбовыми отверстиями 37 в трубе 36. Труба 36 снабжена ввинченными в резьбовые отверстия 37 винтами 38 с цилиндрическими концами 39 ГОСТ 1478–84, устанавливаемыми в отверстия 35 внутренней негерметичной оболочки 23. Конец внутренней негерметичной оболочки 23 выполнен с утолщением в виде кольцевого пояска 40 внутри или снаружи для сохранения прочности оболочки при ее демонтаже и монтаже. На наружной поверхности внутренней негерметичной оболочки 23, между зубчатыми венцами зацепления 24 и соединения 27 выполняют обнизку для снижения усилий при ее установке и демонтаже из герметичной оболочки 4. Оболочку 23 для снижения трения при установке напыляют твердосмазочным покрытием, например, дисульфидом молибдена.

Подшипники 41, 16, 12 фиксируются в опорах стопорными кольцами. Корпус 1 заключает в себя систему подшипниковых опор взаимодействующих звеньев, гибкой герметичной оболочки 4, входного звена 11, наружного генератора и выходного вала 17 в силовом отношении.

Технологичность волновой герметичной передачи может быть оценена ресурсом передачи, характеризующим продолжительность выполнения изделием заданных функций.

В кинематических точных волновых герметичных передачах, а также негерметичных волновых передачах с глухим дном мертвый ход может быть выбран при выполнении волнового зацепления с люфтовыбирающим устройством, а кинематическая точность передачи повышена путем компенсации накопленной погрешности окружного шага жесткого колеса смещением подвижного составного колеса на 180°. Открывающаяся возможность использования в волновых зубчатых герметичных передачах гибкого герметичного звена с нулевой конусностью позволяет повысить технологичность их изготовления и перевести их из разряда научно-инженерной экзотики в разряд промышленной продукции.

На данное изобретение 16.03.2012 подана заявка в ФИПС РФ, дата публикации заявки 27.09.2013, Бюл. № 27, F16H 1/00.
Для внедрения разработки в промышленное производство приглашаются заинтересованные специалисты и инвесторы.

Валентин Алексеевич Абрамов
член Творческого Союза изобретателей Санкт-Петербурга
abramov38@bk.ru