Электромеханический волновой модуль вращательного движения

Базовая конструкция электромеханического модуля вращательного движения, предназначенного для работы в герметичном пространстве (вакууме или космосе), показана на рис. 7. 4. К ней предъявляются следующие основные требования: унификация двигателя и генератора волн с конструкцией электромеханического волнового модуля поступательного движения, малые габариты и вес, высокая кинематическая точность, возможность передачи движения из одной рабочей среды в другую.

Электромеханический волновой модуль вращательного движения состоит из кожуха с токовводами 1, двигателя постоянного тока (n = 9000 об/мин) 2, двухпоточного планетарного редуктора 3, корпуса-опоры скольжения 4, ведущего вала волновой зубчатой передачи 5, ведомого вала 6, соединенного с ведомым жестким колесом волновой зубчатой передачи 7, гибкой цельнометаллической оболочки-шестерни 8, кулачкового генератора волн 9, опоры ведомого вала 10, крепежного фланца-корпуса 11, соединительной муфты 12.

Унифицированная конструкция кулачкового волнового генератора выполнена того же типоразмера, что и в модуле поступательного движения. Двухпоточный планетарный редуктор также предназначен для снижения частоты вращения генератора волн с целью повышения циклической долговечности наружного кольца гибкого подшипника и гибкой оболочки-шестерни.

Принцип работы электромеханического волнового модуля вращательного движения следующий. После подачи электропитания через токовводы кожуха к двигателю крутящий момент с его вала через понижающий двухпоточный планетарный редуктор передается на кулачковый генератор волн волновой зубчатой передачи с неподвижным колесом, который деформирует гибкую оболочку-шестерню. В результате ведомое жесткое колесо, являющееся выходным звеном модуля, получает вращательное редуцированное движение в направлении, совпадающем с направлением вращения ведущего вала генератора волн, увлекая за собой исполнительное звено манипулятора ПР.

Электромеханический волновой привод вращательного движения используется в качестве модуля вращения колонны, вращения руки, кисти или захватного устройства, а в сочетании с реечной передачей — в качестве модуля подъема колонны, качания или поступательного движения руки манипулятора ПР.

Компоновка рассмотренных электромеханических модулей поступательного и вращательного движений с размещением зубчатого и планетарного редукторов и внутренних генераторов волн в полости гибкой оболочки винта или шестерни позволила решить проблему единой консистентной смазки сопрягаемых движущихся деталей и опор, преградить выброс продуктов износа и смазки в рабочую полость.

Электромеханические волновые модули комбинированного движения

На рис. 7. 5 представлен волновой электромеханический модуль двойного разнонаправленного вращательного движения, разработанный на базе трубчатой (осевой) волновой передачи с диафрагмой, расположенной посредине гибкой оболочки, и двойной (наружной и внутренней) нарезкой зубьев на одном из ее концов. К нему предъявляются следующие основные требования: высокая надежность по герметичности, малые габариты и вес, возможность передачи в герметизированное пространство двух разнонаправленных движений от одного электродвигателя, расположенного в атмосфере.

Электромеханический волновой модуль двойного вращательного разнонаправленного движения состоит из шагового двигателя 1, ведущего вала 2, кулачкового генератора волн 3, опор 4 ведущего и ведомого валов, ведомого вала 5, опоры скольжения 6, ведомого жесткого колеса 7, ведомой жесткой шестерни 8, корпуса 9, гибкой оболочки 10, крепежного фланца корпуса 11, соединительного корпуса 12, соединительной муфты 13.

Особенности передачи волнового движения по телу трубчатой гибкой оболочки позволили создать две волновые зубчатые передачи, работающие одновременно с неподвижным гибким колесом, но с различным расположением генераторов волн (внутренним — для жесткого зубчатого колеса, наружным — для жесткой зубчатой шестерни), и вращающиеся в противоположных направлениях. Поскольку модули зацепления у них могут быть различными, можно, варьируя число зубьев, создать привод двойного разнонаправленного вращения ведомых звеньев как с одинаковыми, так и различными скоростями.

Модуль работает следующим образом. При вращении ведущего вала от электродвигателя через соединительную муфту кулачковой двухволновой генератор волн деформирует неподвижно закрепленную в корпусе гибкую трубчатую оболочку с диафрагмой, расположенной посредине. В результате волновое движение передается вдоль гибкой оболочки и через ее внешний и внутренний зубчатые венцы приводит в в одновременное вращательное разнонаправленное движение зубчатые жесткие колесо и шестерню, являющиеся выходными звеньями модуля и взаимодействующие с исполнительными звеньями манипулятора ПР.

Электромеханический коаксиальный волновой резьбовой модуль (рис. 7. 6) состоит из шагового двигателя 1, соединительного корпуса 2, двух кулачковых генераторов волн 3 и 4, опоры 5 генератора волн, корпуса-фланца 6, гибкой оболочки-гайки 7, жесткого винта-гайки 8, гибкой оболочки винта 9, ведущего вала 10, соединительной муфты 11. Гибкая оболочка-гайка и гибкая оболочка-винт выполнены в виде двух коаксиальных трубчатых (осевых) оболочек с единой диафрагмой, расположенной посредине. Левые концы оболочек деформируются двумя кулачковыми генераторами волн, установленными на одном ведущем валу, а правые, имеющие резьбовые участки, зацепляются с жестким винтом-гайкой, элементы которого — винт и гайка могут быть выполнены и раздельно.

Принцип работы электромеханического коаксиальноговолнового резьбового модуля следующий. Крутящий момент с вала двигателя через соединительную муфту передается кулачковым генераторам волн, которые деформируют гибкие оболочки, в результате чего происходит волновое резьбовое зацепление с жестким винтом-гайкой. Последний, будучи выходным звеном модуля, совершает возвратно-поступательное движение при реверсивном вращении вала двигателя. При этом в случае выполнения жесткого ведомого звена винт-гайка заодно обеспечивается высокоточное поступательное движение одного выходного звена; в случае же раздельного выполнения жестких винта и гайки формируются поступательные одно- или разнонаправленные движения двух выходных звеньев.

Таким образом, рассмотренная конструкция электромеханического коаксиального волнового резьбового привода может использоваться в качестве электромеханического волнового модуля поступательного движения повышенной точности либо в качестве привода двойного поступательного движения.

Следует подчеркнуть, что конструкции волновых приводов с трубчатыми (осевыми) гибкими оболочками обладают важным свойством предохранения привода от перегрузок. Так, при повышении момента или нагрузки сверх номинальных на 30—40% волна в гибкой оболочке не передает движения на выходные звенья.

Электромеханические волновые приводы разнонаправленного вращательного движения используют в качестве модуля вращения руки и захватного устройства, модуля движения пальцев или губок ЗУ.