Волновые передачи

Волновыми называют механические передачи, содержащие кон­тактирующие между собой гибкое и жесткое звенья и обеспечивающие передачу и преобразование движения путем деформирования гибкого звена. Волновые передачи бывают фрикционные, зубчатые и винтовые.

Принцип передачи и преобразования движения путем волнового де­формирования одного из звеньев механизма впервые предложен вД947 г. инженером А. И. Москвитиным.

На рис. 9.3 представлены две схемы фрикционного варианта волно­вой передачи, состоящей из жесткого колеса b, гибкого колеса g и роли­кового генератора волн h, причем наружный диаметр недеформированного гибкого колеса несколько меньше внутреннего диаметра жесткого ко­леса; охватывающий размер по роликам сделан таким, чтобы деформиро­ванное гибкое колесо было прижато роликами к жесткому колесу. В схе­ме а с ведомым валом соединено жесткое колесо, а в схеме б — гибкое; в обеих схемах с ведущим валом соединен двухволновой генератор. При вращении генератора волны контакта перемещаются по окружности гибкого колеса, прижимают его к жесткому колесу и за счет сил трения вызывают вращение ведомого звена. Если обкатка гибкого колеса по жест-кому происходит без проскальзывания, то за один оборот генератора ве­домое звено повернется на угол, соответствующий разности длин окруж­ностей контактирующих поверхностей жесткого и гибкого колеса, следо­вательно, передаточное число будет равно отношению длины окружности ведомого звена к разности длин окружностей колес (отношение длин ок­ружностей в дальнейшем заменим отношением диаметров). У волновой передачи по схеме а рис. 9.3 направления вращения ведущего и ведомого звеньев совпадают, по схеме б — противоположны.

У зубчатых волновых передач гибкие колеса имеют наружные, а же­сткие колеса — внутренние зубья. В настоящее время такие передачи имеют основное распространение.

Рисунок 9.3 - Волновая передача: (а) направления вращения ведущего и ведомого звеньев совпадают, ( б) противоположны.

Достоинства волновых зубчатых передач заключаются в воз­можности получения значительных передаточных чисел, небольшой мас­се и габаритах конструкции, высокой кинематической точности передачи, являющейся результатом многопарного зацепления зубьев. Волновые зубчатые передачи долговечны и имеют более низкий уровень шума по сравнению с обычными зубчатыми передачами.

К недостаткам волновых зубчатых передач следует отнести сложную технологию изготовления деталей и отсутствие конструкций, у которых оси пересекаются или скрещиваются.

Волновые передачи в наше время начинают применять в станко­строении, подъемно-транспортных машинах, химическом машинострое­нии, авиационной и ракетной технике, промышленных роботах и др.

Передаточное отношение. В волновой фрикционной передаче пе­редаточное отношение зависит от разности диаметров жесткого и гибкого колес и равно отношению диаметра ведомого колеса к разности диамет­ров колес. Заменяя отношение диаметров колес отношением чисел их зубьев, получим передаточное отношение и для волновой зубчатой пере­дачи: при ведомом жестком колесе

u = ω_h / ω_b = z_b/(z_b-z_g) при ведомом гибком колесе

u = ω_h / ω_g = z_g/(z_b-z_g)

где z_b, z_g — числа зубьев жесткого и гибкого колес.

Очевидно, что для увеличения передаточного отношения разность чисел зубьев колес должна быть возможно меньшей, причем она должна быть равной или кратной числу волн деформации генератором гибкого колеса во избежание интерференции (наложения) зубьев.

Рисунок 9.4 - Ку­лачковый генератор волн

Элементы зацепления. Качество зацепления волновых зубчатых передач в основном зависит от профиля зубьев, формы генератора и раз­мера деформации гибкого колеса.

Исследования прочности гибкого колеса показали, что напряжения в его ободе существенно уменьшаются с увеличением ширины впадины по окружности впадин.

Наиболее распространенными являются зубья эвольвентного профиля с уменьшенной высотой и широкой впадиной у гибкого колеса, причем зубья жесткого колеса нарезаются стандартным инстру­ментом, а зубья гибкого колеса — модифицированным инструментом, отличающимся от стандартного только высотой головки зуба. Такой профиль принят в нашей стране для стандартных волновых редукто­ров общего назначения.

Наиболее стабильную деформацию гибкого колеса обеспечивает ку­лачковый генератор волн h (рис. 9.4). Эти конструкции генераторов просты, технологичны и обеспечивают требования взаимозаменяемости.

Для уменьшения трения между кулачковым генератором и гибким колесом g располагают тела качения, например гибкий шариковый подшипник (рис. 9.5).

Гибким называется подшипник с тонкостенными кольцами, допускающий радиальную деформацию колец, соизмеримую с их толщиной, и обеспечивающий передачу вращательного движения при деформирован­ных кольцах.

Основные размеры и обозначения радиальных шариковых гибких подшипников для кулачковых генераторов зубчатых волновых передач общего назначения регламентированы ГОСТом.

Волновые зубчатые редукторы. ГОСТ устанавливают основные параметры волновых зубчатых одноступенчатых редукторов общего на­значения типа Вз с вращающими моментами на тихоходном валу от 22,4 до 6300 Нм и передаточными отношениями от 80 до 315. КПД стандартных волновых редукторов от 0,9 до 0,72 и уменьшается с увеличением передаточного отношения.

Технологический ресурс волновых зубчатых редукторов 10000 ч.

На рис 9.5 представлена конструкция стандартного волнового зубчатого редуктора Вз-160, внутренний диаметр гибкого колеса которого равен 160 мм. Диапазон номинальных передаточных отношений для таких редукторов от 80 до 250, допускаемый вращающий момент на тихоходном валу от 710 до 1000 Нм, масса редуктора не более 56 кг, КПД не менее 0,81.

Рисунок 9.5 - Конструкция стандартного волнового зубчатого редуктора

Основным критерием работоспособности волновых передач являются прочность гибкого колеса и прочность гибкого подшипника генератора. Разрушение гибкого колеса и гибкого генератора происходит, как правило, в результате усталости материала или при перегрузках.

Волновые передачи можно применять как редуктор, дифференциальный механизм и как вариатор скорости.