7.2.1. Волновые передачи

Кинематически волновые передачи представляют собой планетарные передачи с одним из колес, выполненным в виде гибкого вала. Как и планетарная, волновая передача состоит из трех основных звеньев (рис. 7.9): неподвижного жесткого колеса 2 с внутренними зубьями, гибкого колеса 1, представляющего собой упругий тонкостенный стакан, основание которого соединено с ведомым валом 4, и генератора волн 3, деформирующего в радиальном направлении гибкое колесо 1. На обоих колесах 1 и 2 нарезаны зубья одинакового модуля, однако число зубьев неодинаково – у гибкого колеса число зубьев Z1 на два меньше, чем у жесткого Z2.

Рис. 7.9. Схема волновой передачи

Наибольшее распространение получили передачи с числом волн 2. В свободном состоянии (без генератора 3) колеса находятся в центрическом положении с равномерным зазором между зубьями жесткого и гибкого колеса. Установленный внутри гибкого колеса генератор волн деформирует гибкое колесо в радиальном направлении, придавая ему эллипсообразную форму. При этом по большей оси эллипса зубья зацепляются на полную рабочую высоту, а по малой оси – между вершинами зубьев образуется зазор.

117

Передаточное число одноступенчатого волнового редуктора достигает Uр = 60…300 и более. Это основной качественный показатель волновых передач, выгодно отличающий их от других зубчатых передач, в том числе и пл анетарных. К тому же нужно отметить, что в зацеплении у волновой передачи на-

ходится одновременно 25÷30 % зубьев. Это и обеспечивает высокие кинематическую точность и нагрузочную способность на единицу массы. Еще одним положительным качеством волновой передачи является ее высокая демпфирующая способность (в 4–5 раз больше, чем у обычной зубчатой передачи).

К недостаткам волновых передач можно отнести ограниченные частоты вращения ведущего вала генератора волн при больших диаметрах колес, мелкие модули зубчатых колес (0,15–2,0 мм), сложность изготовления гибкого колеса и генератора волн в индивидуальном производстве. Однако при серийном изготовлении в специализированном производстве

волновые передачи дешевле планетарных.

Волновые передачи могут работать в качестве редуктора (КПД 80–90 %) и мультипликатора (КПД 60–70 %). В первом случае ведущим звеном является генератор волн, во втором – вал гибкого или жесткого колеса.

При неподвижном жестком колесе передаточное число волновой передачи определяется выражением (рис. 7.9)

Знак минус указывает на разные направления вращения ведущего и ведомого звеньев.

При неподвижном гибком колесе

Разность зубьев жесткого и гибкого колес должна быть равна или кратна числу волн, т. е.

Z1 − Z2 = RZU , 118

где U – число волн, обычно равное 2;

RZ – коэффициент кратности, обычно равный 1,0; при

U < 70, RZ = 2, а при U < 45, RZ = 3.

Необходимое максимальное радиальное перемещение ω0 при отсутствии бокового зазора (если зубчатые венцы нарезаны без смещения производящего контура) должно равняться полуразности диаметров начальных (делительных) окружностей:

nω0 = 0,5(dW2 − dW1 )= 0,5ω(Z2 − Z1)= 0,5ωRZU .

Иногда применяют в качестве кинематической волновую передачу с двумя зубчатыми венцами на гибкой оболочке, соответствующую планетарной с двумя внутренними зацепле-

ниями. КПД такой передачи низкий 2÷5 %, а передаточное

число велико U = 3600÷9000.

Экспериментальные исследования показывают, что волновые передачи становятся неработоспособными по следующим причинам:

1. Разрушение подшипников генератора волн от нагрузки в зацеплении или из-за значительного повышения температуры. Повышение температуры может вызвать недопустимое уменьшение зазора между генератором волн и гибким зубчатым венцом, что в свою очередь может привести к недопустимому изменению первоначальной формы генератора волн, гибкого и жесткого зубчатого венцов.

2. Проскок генератора волн при больших крутящих моментах (по аналогии с предохранительной муфтой). Это явление наступает тогда, когда зубья на входе в зацепление упираются один в другой поверхностями вершин. При этом генератор волн сжимается, а жесткое колесо распирается в радиальном направлении. Для предотвращения проскока радиальное упругое перемещение предусматривают больше номинального,

азацепление собирают с натягом.

3.Поломка гибкого колеса от трещин усталости, появ-

ляющихся вдоль впадин зубчатого венца. С увеличением толщины гибкого колеса напряжения в нем от полезного передаваемого момента уменьшаются, а от деформирования генератора волн увеличиваются. Поэтому есть оптимальная толщина.

119