Василенко Н.В., Никитин К.Д., Пономарёв В.П., Смолин А.Ю. - Основы робототехники (1071028), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Волновые зубчатые передачи (ВЗП) нашли широкое применение в электромеханических приводах лучших зарубежных ("АБЕА", "ВИЕАМ", "КиМа" и др.) и отечественных (ТУР-10) промышленных роботов. Наряду с зубчатьции волновыми передачами весьма перспективными в качестве передаточных и исполнительных механизмов роботов являются резьбовые, дифференциальные и муфтовые волновые устройства, особенности построения которых и элементы теории не получили достаточного освещения в литературе.
Принцип работы волнового механизма можно рассмотреть на примере передачи движения через гибкий тонкостенный элемент, к которому с обеих сторон прижимаются каретки с роликами на концах (рис. 7.26), имеющие возможность линейного перемещения в направо».щих корпуса. Рис. 726. Волновая линейная (ппоская) первдачщ т — ведущий ролик, 2 — ведомый ролик, Ь вЂ” ведущая каретка (генератор волн), д — гибкий элемент, Ь вЂ” ведомая каретка, К вЂ” корпус, а, ы ы, — угповыв скорости движения веду. шаго и ведомого роликов соответственно, ул, уб — линейные скорости ведущей и ведомой каретоя соответ- ственно к звену Ь, так и в обратном направлении.
-А гт А-А и А-А и А-А скоростями ы, и ы соответственно. Такой механизм и релнчи движения назван волновой линейной (плоской) передачей. При замыкании элементов волновой линейной передачи е окруяность с центром О и вращении ведущего элемента Л с угловой скроростью аь ведомый элемент Ь будет вращаться в том же направлении со скоростью ыь (рис.
7.27), т.е. получим волновую враща° тельную передачу с вношним генератором волн Н. При равенстве диаметров роликов ведущей и ведомой кареток редуцирования движения не происходит и волновая вращательная передача выполняет роль муфты, являясь волновым муфтовым механизмом. В осевом сечении гибкий элемент такой волновой вращательной нередуцируемой передачи может иметь различную форму, в зависимости от которой волновал муфта может быть цилиндрической (рис. 727,а ), конической (рис. 7.27,б ), торцевой (рис.
7.27,е ) или осевой (трубчатой) (рис. 7.27,г ). Передача вращательного движения у волновых нередуцируемых передач может осуществляться с одинаковой частотой как от звена Н Прк поступательном движении ведущей каретки и со скоростью уь относительно прикрепленного к корпусу гибкого элемента У возникает волна деформации, воздействующая на ролик ведомой каретки Ь и обеспечивающая ее поступательное движение, при этом ведущий и ведомый ролики кареток взаимно обкатываются с угловыми Рис.
7.27. Волновая вращательная наре. дуцируемая передача а — цилиндричеснац б — коническац в — торцевая, г — осевая В случае выполнения элемента Ь в виде жесткого кольца с зубьями на одной из поверхностей (наружной или внутренней), находящимися в зацеплении с такими же зубьями соответствующей поверхности гибкого элемента д, получим волновую редуцируемую передачу, называемую волновой зубчатой (рис. 7.28,а), в данном случае — с внутренним генератором волн 1). Волновая редуцируемая передача может быть также фрикционной (рис. 7.28,6), резьбовой (рис. 7.28,в) и осевой (рис. 7.28,г).
Ведущим звеном такой передачи обычно бывает генератор волн, и тогда передача работает в качестве редуктора (рис. 729). Если ведущим является вал гибкого или жесткого колеса, то передача работает как мультипликатор. В зависимости от числа генерируемых волн передачи могут быть одноволновыми (волна через 360'), двухволновыми (волна через 180'), трехволновыми (волна через 120') и т.д. Преимущественное распространение получили двухволноеые передачи. В Рис.
728. Волновая вращательная редуцоруемая передача: а — зубчатая, б — фрияцоснная, е — реэьбсвац г — осевая б б к г Рис. 729. Схеме вслнсвсб редуцоруемаб передачи с внутренном генератсрсм волн при неподвижном (а) и подвижном (б) гибяих элементах и с внешним генератором волн про непсдвижнсм (в) и подвижном (г) гобхох элементах 306 Одна из разновидностей зубчатых волновых передач — герметичная, используемая в качестве ввода движения в манипуляторах и роботах химической, атомной, космической и других областях техники. у механизмов ввода движения неподвижным звеном всегда является гибкий элемент, причем исполнение его в качестве герметизирующего, например, в виде глухого цельнометаллического стакана с фланцем (рис.
7.30), позволяет передавать движение из одной среды в другую без контактных уплотнений и дополнительных приводных передач (вращательных или поступательных). Рис. 7.30. Волновая герметичная передача: А — атмосфера,  — вакуум При выполнении на жестком Ь и гибком д элементах вместо зубьев винтовой резьбы получим редуцируемую волновую резьбовую (винтовую) передачу винт-гайка Рассмотрим отличительные особенности различных волновых передач по их кинематическим признакам. Волновая зубчатая цилиндрическая передача (в далнейшем — волновал зубчатая) имеет гибкое колесо с наружными, а жесткое — с внутренними зубьями при внутреннем расположении генератора (рис.
7.28,6) и наоборот — при его наружном расположении (рис. 7.29, в, г). Относительные положения зубьев в характерных точках А, А', В, В', Е, Е' при внутреннем расположении генератора показаны на рис. 7.31. Гибкое колесо так деформируется, что в точках В и В' между вершинами зубьев образуется радиальный зазор, в точках А и А' зубья зацепляются на полную рабочую высоту, в точках Е и Е' зацепление— промежуточное (рис 7.31,6). На рисунке показаны фазы зацеплений зубьев обоих колес: в точке В оси зубьев совпадают, в точке Е они смещены на р/4, в точке А на р/2, где р — окружной шаг зубьеа Такое положение зубьев возможно для двухволновой передачи, когда длина дуги АВ гибкого колеса на полшага меньше длины соответствующей дуги жесткого колеса. В общем случае это условие имеет вид „-г =К,и, д г где гб, гд — количество зУбьев гибкого и жесткого колес соответственно; и - число волн деформации в пределах окружности гибкого колеса (для двухволновой передачи и = 1); к, = рдlрь — — 1, 2, 3 ...— кпэйфициент разности количества зубьев или их шага.
Обычно при- ын. бь бь ыЬ 2'чдо бЬ- бд (7.66) В(В' ып ! (дд бд 2 ЬУо бд бь б д (7.69) Я. — Я= ь!Н б б Ь!д 2 ууо бЬ- бд ' (7.6О) (7.61) гь гь ! к,и' д гь гь ! гЬ-г Кги д (7.62) (7.63) (7.64) нимают Кг = 1, и = 2 В случае, если К = 2 при равенстве модулей колес, зубья для одного из элементов (обычно гибкого) должны выполняться с шагом вдвое большим, чем для другого, т.е. зацепление будет ОсущестВЛятьСЯ червз зуб (рис.
7.31,е) и рд = 2РЬ, е слУчае, если Кг 3 Рд 3РЬ и т Рис. 731. Волновая зубчатая передача'а — общая схема, д — взаимное положение зубьев при одношаговом зацеплении, в — взаимное положение зубьев при разношаговом зацеплении При вращении генератора П осуществляется относительный поворот колес д и Ь, при котором зубья колеса д переходят из одной впадины колеса Ь в другую, для чего и необходимо расцепление зубьев в точке В. За четверть оборота генератора двухволновой равношаговой передачи зубья переходят из положения В в положение А, т.е.
в окружном направлении смещаются на полшага, значит, при неподвижном колесе Ь на полшага должно повернуться колесо д. За полный оборот генератора оно должно повернуться на два шага (или в общем виде на К и шагов). Зубья, на которые "набегает" генератор, входят в зацепление, совершая рабочий ход, а те„ от которых "убегает" генератор, выходят из зацепления, соприкасаясь другими сторонами профилей и совершая при этом холостой ход. Аналогично волновым фрикционным передачам у волновых зубчатых разности диаметров делительных окружностей недеформированных колес должны быть равны 2 (я!о, где (я' — величина радиальной деформации гибкого элемента на большой оси контура генератора волн.
В общем виде передаточное отношение для волновой передачи при неподвижном гибком элементе д и внутреннем расположении генератора ь (7.67) ыь 2чдо бь-бд и наружном расположении генератора Н Аналогично при неподвижном жестком элементе Ь и внутреннем расположении генератора Ь при наружном расположении генератора Н где ып, ыь, ы - угловые скорости генератора, жесткого и гибкого колеса соответственно, с '; бь, б -диаметры делительных окружностей жесткого и гибкого колеса, м. Учитывал, что диаметр делительной окружности волновой зубчатой передачи определяется произведением модуля гп на число зубьев г (бь = гп гЬ и бд = гп гд), в формулах (7.67) ...
(7.60) отношение диаметров заменяют отношением чисел зубьев. Тогда для зубчатой волновой передачи при неподвижном гибком колесе д и внутреннем расположении генератора Ь передаточное отношение при наружном расположении генератора Н Аналогично при неподвижном жестком колесе Ь и внутреннем расположении генератора Ь д д ! ь-г кги ' при наружном расположении генератора Н гЬ гд Кги Ю Ф о ~~ Х з Ф О о о о Ф с л о С» о с о с Ф о Ф Х о х Ф 6 Ф \ Ф Х Ю а с л о О. Х а о н х Ф х- с с Ф Ф ю с Ф Х с »Ю Ф 1 Х Х л о Ф с» о Х Х Ю х Ф О х о Х 63 Х Ф % о а сс с И 1 И Ч 36 1 36 с "3 33 ) И а~ 33 И И а! а »Х О Х СО 1 И ~)ь ! И а~ а ъ |3 И ~! СО з!з а! з И И И И И И И Х О3 'О о Ф з Х Ф о, Ф Б Х Ф с О, Ф .О Х Х 63 о, с ' Ф л Х Х 63 о Ф Ф Х с т Ф с о Х Ф Ю с 3" о о о Х 36 О Ф з Х Й Ф с о Ф лс Х Х % 63 о Ф 'з Х »Х Ю Ф 63 з 2 о Ф 'с 63 »Х з о Ф 'Х Ф Х з о 'О Ф Ф »Х й >.
Ф Ф О СО З11 Х с 3$ 3" Ф % 3 2 3 $ й $ Л О 3 О о Ф 'с Ф с Ф с Х Х о Ф Ф сс л О3 а 3 36 М И С» 33 а 33 И ъ1~ И с~ а И Х 3- С л с» с Х 6-'Х о оххо 3 О» Ф сз о Фас а Х Ф Ф О с ю о~~ И 33 ~ ! ! И 1 И з з а) с» а(~ П ~ а И И з! а Ф Г. 36 Х с 3 Х,» л л Х > О.Х Х Ф ооо о о о с 63 о о о с с с О О С с о 3 х са 3'» Х з Х Х .6 Х О х Ф Ф ас х о юсх ю и О2 х х и х 31 Различные кинематические варианты волновых зубчатых (или фрикционных) одноступенчатых передач приведены в табл.
7.4. Анализ кинематических схем и выражений для передаточных отношений указывает на возможность создания на основе волновых передач дифференциальных механизмов, осуществляющих сложение двух видов движения или разделение одного на два, что особенно важно для передаточных механизмов промышленных роботов. Диапазон передочных отношений для волновых зубчатых передач составляет от 80 до 300. Нижнее предельное значение ограничено условием прочности, верхнее - диаметром гибких колес.
Материалом для гибких колес обычно служат углеродистые легированные стали марок 40Х, ЗОХГСА, ЗОХМА, 40ХНМА с термообработкой до твердостей НВ - ЗОО. Для уменьшения габаритных размеров и массы волновой зубчатой передачи, а также повышения циклической долговечности целесообразно выполнять ее двуступенчатой. Первая ступень в этом случае встраивается в волновую передачу и делается в виде передачи зубчатой, планетарной или с промежуточными телами качения. Незчачительная разность диаметров колес в сочетании с податливостью гибкого колеса позволяет осуществлять одновременное зацепление большого числа зубьев (до 30-40 % от зо или з ) вместо одной-двух пар зубьев в простой передаче, что является важным преимуществом волновых зубчатых передач, обеспечивает их повышенную нагрузочную способность и высокую кинематическую точность, Волновая дифференциальная передача имеет различные конструктивные варианты и обладает широкими кинематическими возможностями при хорошей компактности и малых габаритных размерах, что делает ее перспективной для применения в манипуляторах современных роботов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
