Волновые зубчатые передачи Редукторы Основные понятия о ременных передачах Передачи плоским ремнем Валы и оси Подшипники скольжения Муфты

Надежность машин Соединения деталей машин Соединения с натягом Расчет шпоночных соединений Механические передач Вариаторы Конструкции колес зубчатых передач Расчет на контактную прочность Цилиндрические косозубые передачи

Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин

Волновые зубчатые передачи

Волновой называют механическую передачу, в которой вращение передается за счет волнового перемещения зоны деформации упругого гибкого звена. Основное применение имеют зубчатые волновые переда­чи с механическими генераторами волн и цилиндрическими колесами

Волновая передача (рис. 17.1) состоит из трех кинематических зве­ньев: вращающегося гибкого колеса 1 с наружными зубьями, непод­вижного жесткого колеса 2 с внутренними зубьями и вращающегося генератора волн Н.

Гибкое колесо выполняют в виде упругого тонкостенного цилиндра, на кольцевом утолщении (венце) которого нарезаны эвольвентные зубья. Длина цилиндра близка к его диаметру. Гибкое колесо соединяют с валом.

Жесткое колесо — обычное зубчатое колесо — соединено с корпусом. Число зубьев z2 жесткого колеса больше числа зубьев z1 гибкого колеса.

г М А-А

Рис. 17.1. Схема волновой передачи

Генератор волн, представляющий собой водило, состоит из оваль­ного кулачка и специального шарикоподшипника.

При сборке в круглое гибкое колесо вставляют генератор волн, придающий колесу овальную форму, и вводят в зацепление с жестким колесом. Гибкое колесо деформируется так, что на концах большой оси овала зубья зацепляются на полную рабочую высоту, образуя две зоны зацепления (см. рис. 17.1). На малой оси зубья не зацепляются, их вершины расположены друг против друга. Между этими участками зацепление частичное. Как видно из рис. 17.1, волновая передача мо­жет обеспечить одновременное зацепление большого числа зубьев.

При вращении каждая точка венца гибкого колеса имеет радиаль­ную деформацию: по большой оси овала удаляясь от центра, по ма­лой — приближаясь к нему. Совокупность всех перемещений на угле л радиан образует волну деформаций, а на угле 2тс — две волны. Такую передачу называют двухволновой.

При вращении генератора волна деформации бежит по окружности гибкого зубчатого венца; при этом венец обкатывается по неподвиж­ному жесткому колесу навстречу генератору, вращая выходной вал (см. стрелки на рис. 17.1).

В волновой передаче, как и в планетарной, неподвижным может быть любое звено. Например, для передачи движения через герметич­ную стенку в химической, авиационной, космической, атомной и других отраслях техники применяют волновую передачу с неподвиж­ным гибким колесом (рис. 17.2). Здесь гибкий зубчатый венец распо­ложен в середине глухого стакана 1, герметично соединенного с кор­пусом. Движение передается от генератора волн Н к жесткому колесу 2, соединенному с выходным валом.

Достоинства волновых передач. 1. Способность передавать большие нагрузки при малых габаритах и массе, так как в зацеплении одновре­менно находится до У3 всех зубьев. 2. Возможность передачи движения в герметизированное пространство без применения уплотнений. 3. Воз­можность получения большого передаточного числа при сравнительно высоком КПД. Для одной ступени и<320 при КПД п = 0,8...0,9. 4. Ма­лая кинематическая погрешность вследствие двухзонности и много-парности зацепления. 5. Небольшие нагрузки на валы и опоры вслед­ствие симметричности конструкции. 6. Работа с меньшим шумом.

Недостатки. 1. Сложность изготовления гибкого колеса и генератора. 2. Ограничение частоты вращения вала генератора при больших диаметрах колес (во избежание больших окружных скоростей в ободе генератора). 3. Возникновение вибрации.

Применение. Волновые передачи применяют в промышленных робо­тах и манипуляторах, в механизмах с большим передаточным числом, а также в устройствах с повышенными требованиями к кинематичес­кой точности или к герметичности.

Основные конструктивные элементы волновых передач

Гибкое колесо (рис. 17.3). Выполняют в виде тонкостенного стакана с гибким дном и фланцем для присоединения к валу (исполнение I) или с шлицевым присоединением к валу (исполнение II). Шлицевое соединение, обеспечивая осевую подвижность, уменьшает напряже­ния в гибком колесе. Осевая податливость в варианте I обеспечивается тонким дном (этому способствуют отверстия в дне и минимально необходимые для присоединения к валу размеры фланца d0). Применя­ют также сварные соединения цилиндра с гибким дном.

Чтобы избежать задевания вершин зубьев колес (интерференции) при входе в зацепление под нагрузкой, в большинстве случаев зубья гибкого колеса нарезают с уменьшенной высотой ножки. При этом получаются

Рис. 17.3. Гибкое колесо

зубья с широкой впадиной, что повышает гибкость обода колеса, умень­шает напряжения в нем, увеличивает число пар зубьев в зацеплении.

Материалом для гибких колес служат стали марок ЗОХГСА, 40X13, 40ХНМА. Для волновых редукторов общего назначения чаще других применяют сталь марки ЗОХГСА с термообработкой улучшение (Н = 280...320 НВ), а зубчатый венец подвергают дробеструйному на­клепу (σв=11ОО Н/мм2; σ-1 =480...500 Н/мм2).

Жесткое колесо волновых передач по конструкции подобно колесам с внутренними зубьями обычных и планетарных передач (см. рис. 16.3). Характеризуется менее высоким напряженным состоянием, чем гибкое колесо. Изготовляют из обычных конструкционных сталей (см. § 12.1).

Волновые генераторы. Особенностью работы волновых генераторов является то, что они вращаются с высокой скоростью входного звена, воспринимая большие нагрузки выходного звена.

Кулачковый волновой генератор (см. рис. 17.1) состоит из овального кулачка и напрессованного на него гибкого подшипника качения. Про­филь кулачка выполняют эквидистантным к принятой форме дефор­мирования гибкого колеса. Этот генератор лучше других сохраняет заданную форму деформирования под нагрузкой. Применяют в массо­вом производстве.

Подшипник кулачкового генератора специальный (табл. 17.1), от­личается от обычного меньшей толщиной колец, которые должны быть гибкими. Текстолитовый сепаратор подшипника необходимо удер­живать от осевого смещения (см. шайбу 8 на рис. 17.5).

Таблица 17.1. Шариковые радиальные подшипники для волновых передач (выборка)

Условное обозначение подшипника

Размеры, мм

Предельная частота вращения, мин"1

D

d

В

818 822 824 830

120 150 160 200

90 ПО 120 150

18

24 24 30

11,113

14,288 14,288 19,050

4500 3840 3000 2520

Сепаратор

Рис. к табл. 17.1

Рис. 17.4. Дисковый генератор волн:

Н-

генератор;  /— гибкое колесо; 2 ~ жесткое колесо

В мелкосерийном производстве при­меняют  дисковый волновой генератор

(рис. 17.4), который имеет два больших диска-ролика, расположенных на эксцен­триковом валу. Точность изготовления дис­ков и их взаимное расположение оказыва­ют большое влияние на качество передачи. Диски устанавливают на обычных подшип­никах.

На рис. 17.5 приведена типовая конст­рукция стандартного волнового зубчатого редуктора общего назначения.

Планетарные зубчатые передачи Планетарными называют передачи, имеющие зубчатые колеса с подвижными осями.

Передаточное число волновых передач В волновой передаче при вращении генератора осуществляется относительный поворот колес

Червячные передачи относят к передачам зацеплением. Их применяют для передачи вращательного движения между валами, угол перекре­щивания осей которых составляет 0 = 90° (рис. 18.1). В большинстве случаев ведущим является червяк, т. е. короткий винт с трапецеидаль­ной или близкой к ней нарезкой.