Волновые зубчатые передачи
Волновые зубчатые передачи (ВЗП)
Это механизм, в котором вращение передается за счет перемещения зоны деформации упругого гибкого звена (волны деформации).
Основные элементы:
1 – гибкое колесо (ГК) z1, представляющее собой тонкостенный цилиндр с дном, соединенный с тихоходным валом, с внешними зубьями.
2 – жесткое колесо (ЖК) z2, с внутренними зубьями соединено с корпусом.
h – генератор волн – овальный кулачок с напрессованным гибким подшипником, соединен с быстроходным валом.
Рис.
На практике встречаются и другие конструкции основных элементов передачи (см. лабораторную работу №14).
Рекомендуемые материалы
Овальный генератор (кулачковый) по большой оси имеет размер больше диаметра ГК на величину 2W0, а по малой – меньше диаметра.
При сборке с кулачком ГК деформируется, приобретая также овальную форму, причем по большой оси генератора зубья ГК войдут в зацепление с зубьями ЖК на полную глубину активной части зуба hd.
По малой оси зубья перемещаются (W) к центру и не зацепляются. Между этими участками зубья ГК погружены во впадины ЖК на разную глубину. Необходимое максимальное радиальное перемещение W0 равно полу разности диаметров делительных окружностей
W0 = 0,5×(d2 – d1) = 0,5×m×(z2 – z1)
При z2 – z1 = 2 W0max = m
Рис.
Цель деформации – получить большое число одновременно зацепляющихся зубьев и повысить нагрузочную способность передачи (25…40% зубьев в зацеплении).
Принцип работы передачи объясним на примере силового взаимодействия звеньев.
Рис.
При повороте генератора на угол j ГК деформируется на W в радиальном направлении, давит на зуб жесткого колеса с силой Fn, направленной по нормали к профилю в точке контакта. Эта сила раскладывается на радиальную Fr2 и окружную Ft2, на зуб ГК будут действовать такие же силы, но в противоположном направлении Fr1 и Ft1.
Если неподвижно ЖК, то под действием силы Ft2 ГК вращается в сторону, обратную вращению генератора.
Если закреплено ГК, то ЖК вращается в сторону вращения генератора.
На генератор волн в точке контакта по нормали к профилю кулачка давит сила F » Fr1, с плечом e относительно оси вращения O. Момент F×l вращает генератор волн в направлении вращения ЖК или противоположно вращению ГК (при закрепленном ЖК).
Достоинства ВЗП:
Многопарность зацепления определяет все положительные качества этих передач по сравнению с обычными: меньшую массу и габаритные размеры, высокую кинематическую точность, высокую демпфирующую способность, меньший шум. Возможность получения большого передаточного отношения в одной ступени при сравнительно высоком КПД.
Минимальное u ограничено изгибной прочностью ГК, а максимальное 300…320 ограничивается минимально допустимой величиной модуля (m ³ 0,15мм)
Недостатки ВЗП:
1. Сложность изготовления тонкостенного ГК (требуется специальная технологическая оснастка);
2. Мелкие модули зацепления требуют специальное зубодолбежное оборудование;
3. Ограниченные частоты вращения генератора волн из-за возникновения вибраций.
Применение:
ВЗП применяют в промышленных роботах и манипуляторах, в механизмах с большим передаточным отношением, а также в устройствах с повышенными требованиями к кинематической точности или герметичности.
Передаточное отношение
Определяется так же, как и для планетарных, но уравнению Виллиса.
1. Остановлен генератор
Как в обычной передаче с внутренними зубьями (знак «+» показывает, что вращаются колеса в одном направлении).
2. Остановлено ЖК (w2 = 0, n2 = 0).
w2 = 0
Знак «-» - направление вращения в разные стороны.
3. Остановлено ГК (w1 = 0, n1 = 0)
w1 = 0
Направление вращения генератора и ЖК совпадают.
Разность чисел зубьев колес должна быть кратна числу волн (как в планетарной передаче числу сателлитов)
(z2-z1)/nw = Kz
где Kz – целое число при u ³ 70 Kz = 1
nw – число волн (обычно nw = 2)
тогда z2-z1 = 2
Связь радиальной деформации с передаточным отношением
Из рисунка: 2×W0 = d2 – d1
Для зубчатой передачи с модулем m
2×W0 = m×z2 – m×z1 = m×(z2 – z1)
Если z2 – z1 = 2, то для колес, нарезанных без смещения исходного контура (ИК).
Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - 45. Формы территориальной организации промышленного производства.
2×W0 = 2×m или W0 = m
Если остановлено ЖК, то
; d1 = const.
Отсюда следует, что большие uh12, могут быть достигнуты при малых W0 или m, т.е. при мелких модулях. Меньшим значениям u соответствуют большие W0, при которых значительно увеличивается кривизна ГК в зоне зацепления и, следовательно, напряжения изгиба.
Допускаемый диапазон передаточных отношений ВЗП:
70 £ u £ 320
