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.
Рассмотрим две схемы (рис. 118) 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 жесткому происходит без проскальзывания, то за один оборот генератора
Рис. 118
ведомое звено повернется на угол, соответствующий разности длин окружностей контактирующих поверхностей жесткого и гибкого колеса, то есть 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 рис. 118, а направления вращения ведущего и ведомого звеньев совпадают, по схеме рис. 118, б – противоположны.
У зубчатых волновых передач гибкие колеса имеют наружные, а жесткие колеса – внутренние зубья. В настоящее время такие передачи имеют основное распространение.
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.
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 i для волновой зубчатой передачи: при ведомом жестком колесе
i=h/b=zb/(zb–zg);
при ведомом гибком колесе
i=h/g=zg/(zb–zg);
где zb, zg – 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.
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. 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.
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 крутящими моментами на тихоходном валу от 22,4 до 6300 Н-м и передаточными отношениями от 80 до 315. КПД стандартных волновых редукторов от 0,9 до 0,72 и уменьшается с увеличением передаточного отношения.
Технический ресурс волновых зубчатых редукторов 10 000 ч.
Диапазон номинальных передаточных отношений для таких редукторов от 80 до 250, допускаемый крутящий момент на тихоходном валу от 710 до 1000 Н·м, масса редуктора не более 56 кг, КПД не менее 0,81.
Основными критериями работоспособности волновых передач являются прочность гибкого колеса и прочность гибкого подшипника генератора. Разрушение гибкого колеса и гибкого подшипника происходит, как правило, в результате усталости материала или при перегрузках.
Волновые передачи можно применять как редуктор, дифференциальный механизм и как вариатор скорости.