15.2. Выбор параметров зацепления |
293 |
деформируемым кольцевым утолщением и жестким элементом передачи, которым может быть выходной вал (рис. 15.1, а) или корпус (рис. 15.1, б, в). Жесткое колесо b— обычное зубчатое колесо с внутренними зубьями. Генератор h волн деформации представляет собой водило (например, с двумя роликами), вставленное в гибкое колесо. При этом гибкое колесо, деформируясь в форме эллипса, образует по большой оси две зоны зацепления (см. рис. 15.1, б). Генератор в большинстве случаев является ведущим элементом передачи, соединенным с входным валом. Вращение генератора с угловой скоростьюω h вызывает вращение гибкого колеса с угловой скоростью ωg (рис. 15.1, a) или жесткого колеса с ωb (см. рис. 15.1, б, в).
Передаточное отношение u волновой передачи при:
•неподвижном жестком колесе b (см. рис. 15.1, a) — гибкое колесо вращается в направлении, обратном направлению вращения генератора
u = –zg/(z b − zg );
•неподвижном гибком колесе g (см. рис. 15.1, б, в) — жесткое колесо вращается в направлении вращения генератора
u = zb/(z b − zg).
В приведенныхz зависимостях g zи b — количество зубьев соответственно гибкого и жесткого колес.
На рис. 15.1, в показана схема герметичной волновой передачи. С ее помощью осуществляют передачу вращения из герметизированного пространства без применения подвижных уплотнений. Гибкое колесо g выполнено в виде глухого стакана с фланцем, которым колесо закрепляют на стенке, разделяющей пространства А иБ. Зубчатый венец гибкого колеса выполняют в средней части стакана.
15.2. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ЗАЦЕПЛЕНИЯ
Профиль зубьев. В волновых передачах наиболее широко используют эвольвентные зубья, характеризующиеся известными технологическими достоинствами, возможностью использования существующего инструмента для формообразования зубьев, способностью обеспечить под нагрузкой достаточно высокую многопарность зацепления. Для нарезания эвольвентных зубьев чаще всего применяют инструмент с углом исходного контура 20° (ГОСТ 13755–81).
Замечено, что напряжения в ободе гибкого зубчатого колеса уменьшаются с увеличением ширины впадины до размеров, близких или больших толщины зубьев. Эвольвентные зубья с широкой впадиной можно нарезать инструментом с уменьшенной высотой головки зуба. Профиль эвольвентных зубьев с широкой впадиной принят как основной для отечественного стандартного ряда волновых редукторов общемашиностроительного применения.
Форму деформирования гибкого колеса определяет конструкция генера-
тора: с двумя роликами (рис. 15.2, а), четырехроликовый (рис. 15.2, б),
15.3. Конструирование гибких и жестких колес |
295 |
Рис. 15.3
наружный диаметр гибкого колеса dag = dfg + 2hg, где hg — высота зубьев гибкого колеса. При нарезании на гибком колесе зубьев с узкой впадиной hg ≈ (1,5...2,0) m; с широкой впадиной — hg ≈ (1,35...1,55) m.
Затем назначают остальные размеры гибкого колеса (см. ниже) и в соответствии с выбранной формой деформирования выполняют проверочный расчет, определяя запас сопротивления усталости.
15.3. КОНСТРУИРОВАНИЕ ГИБКИХ И ЖЕСТКИХ КОЛЕС
Материалы гибких и жестких колес. Гибкие колеса волновых передач из-
готовляют из легированных сталей. Термической обработке (т. о.) — улучшению — подвергают заготовку в виде толстой трубы (твердость 30...37 HRC). Механическую обработку выполняют после термообработки. Зубчатый венец рекомендуют подвергать упрочнению: наклепу, включая впадины зубьев, или
296 Глава 15. Волновые передачи
азотированию. Наклеп повышает предел выносливости приблизительно в 1,15 раза, азотирование — в 1,4 раза.
Для тяжелонагруженных гибких колес (при малых u) применяют стали повышенной вязкости марок 38Х2МЮА (т. о. — улучшение и азотирование,
твердость сердцевины 32...37 HRC,σ –1 = 480...550 МПа); 40ХН2МА (улуч-
шение, 32...39 HRC, σ–1 = 480...550 МПа), которые менее чувствительны к
концентрации напряжений. Средне- и легконагруженные гибкие колеса чаще всего изготовляют из стали марки 30ХГСА (улучшение, 32...37 HRC, σ–1 = 420...450 МПа; при последующем дробеструйном наклепе или азоти-
ровании σ–1 = 480...500 МПа).
Материалы для сварных гибких колес должны хорошо свариваться. Предпочтительны стали марок 30ХГСА, 12X18H10T (18...22 HRC, σ–1 =
= 280 МПа).
Жесткие колеса волновых передач характеризует менее высокое напряженное состояние. Их изготовляют из обычных конструкционных сталей марок 45, 40Х, 30ХГСА с твердостью на 20...30 НВ ниже твердости гибкого колеса. Возможно выполнение жесткого колеса из чугуна марки ВЧ60.
Конструкции гибких колес. На рис. 15.3 показаны наиболее распространенные конструкции гибких колес волновых передач: на рис. 15.3, a —
сгибким дном и фланцем для присоединения к валу; на рис. 15.3, б, в —
сшлицевым присоединением к валу. Шлицы могут быть нарезаны на наружной (см. рис. 15.3, б) или на внутренней поверхности цилиндра (см. рис. 15.3, в). Шлицевое соединение снижает жесткость цилиндра и
вследствие осевой подвижности уменьшает напряжения в нем.
При отсутствии гибкого дна и жестком соединении цилиндра с валом (рис. 15.3, г) напряжения в цилиндре значительно возрастают, увеличивается его изгибная жесткость и связанная с ней нагрузка на генератор. Применять такую конструкцию не рекомендуется.
В исполнении гибкого колеса по рис. 15.3, а осевую податливость обеспечивают тонким дном в месте перехода цилиндра к валу. Применяют сварные варианты соединения цилиндра с гибким дном: стыковым швом (рис. 15.3, д), с отбортовкой кромок (рис. 15.3, е). Возможно также сварное соединение гибкого дна с валом по размеру не более d1 (рис. 15.3, ж), на гибком дне выполняют отбортовку по диаметру вала.
Если дно имеет фланец, то соединение с валом может быть болтовым (см. рис. 15.3, a), штифтовым, шлицевым, шпоночным или соединением с натягом. Чаще всего выполняют шлицевое соединение, которое позволяет иметь сравнительно небольшой размер S6 (рис. 15.3, з).
Поясокa 1 (см. рис. 15.3, a) выполняют для уменьшения концентрации напряжений на краях зубчатого венца. В этих же целях выполняют больших радиусов R1 галтель от зубчатого венца к цилиндру. Отверстия увеличивают податливость гибкого дна и обеспечивают циркулирование смазочного материала. Количество и размеры отверстий принимают возможно бîльшими при соблюдении, однако, достаточной прочности и устойчивости дна.
