Курсовой проект вариант 5 (Косозубая цилиндрическая передача) / Detali_mashin_Kursovoe_proektirovanie_Dunaev_Lelikov_2004

Передача состоит из трех кинематических звеньев (рис. 10.1, а-в): гибкого колеса g, жесткого колеса b и генератора волн А. Гибкое колесо g выполняют в виде тонкостенного цилиндра, на кольцевом утолщении которого нарезаны наружные зубья. Гибкий тонкостенный цилиндр выполняет роль упругой связи между деформируемым кольцевым утолщением и жестким недеформируемым элементом передачи, которым может быть выходной вал (рис. 10.1, а) или корпус (рис. 10.1, 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 (рис. 10.1, б). Генератор в большинстве случаев является ведущим элементом передачи, соединенным с входным валом. Вращение генератора с угловой скоростью со/, вызывает вращение гибкого колеса с угловой скоростью оз^ (рис. 10.1,(3') или жесткого колеса с щ (рис. 10.1, б, в).

Передаточное отношение и волновой передачи при:

-неподвижном жестком колесе b (рис. 10.1, а) гибкое колесо вращается в направлении, обратном направлению вращения генератора:

-неподвижном гибком колесе g (рис. 10.1, б, в) жесткое колесо вращается в направлении вращения генератора:

в приведенных зависимостях Zg и - числа зубьев^оответст- венно гибкого и жесткого колес.

10.2. Выбор параметров зацепления

Профиль зубьев. В волновых передачах наиболее широко используют эвольвентные зубья, характеризующиеся известными технологическими достоинствами, возможностью использования существующего инструмента, способностью обеспечить под нагрузкой достаточно высокую многопарность зацепления. Для нарезания эвольвентных зубьев чаще всего применяют инструмент с углом исходного контура (ГОСТ 13755-81).

220

Замечено, что напряжения в ободе гибкого зубчатого колеса уменьшаются с увеличением ширины впадины до размеров, близких или больших толщины зубьев. Эвольвентные зубья с широкой вп ади ной 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 конст-

Размер Жо начального деформирования гибкого колеса является исходным при расчете параметров зацепления и геометрии генератора [6].

Геометрические параметры зубчатых венцов гибкого и

жесткого колес. Одним из основных геометрических параметров волновой передачи является внутренний диаметр d гибкого колеса, приближенное значение которого определяют по критерию усталостной прочности гибкого венца^

где Т - вращающий момент на тихоходном валу, Н-м; a_i - предел

ний; и - передаточное отношение; [/S]^^ = 1,6 ... 1,7 - коэффициент безопасности, большие значения - для вероятности неразрушения свыше 99 %.

221

Для передач с кулачковым генератором найденный диаметр согласуют с наружным диаметром D гибкого подшипника (см. ниже табл. 10.1).

Находят ширину бн^ = (0,15 ... 0,2) зубчатого венца и толщину S\ гибкого колеса:

Определяют диаметр окружности впадин dfg = d + 2S]. Учитывая, что диаметр dfg близок делительному диаметру гибкого колеса

Далее уточняют числа зубьев Zg, Zb и подбирают смещения исходного контура, обеспечивающие получение диаметра dfg [6]. Вычисляют делительные диаметры колес: гибкого dg = mzg и жесткого db = mzb. Находят наружный диаметр гибкого колеса dag ^ dfg

+ 2Ag, где hg - высота зубьев гибкого колеса. При нарезании на гибком колесе зубьев с узкой впадиной Ag « (1,5 ... 2,0)/w; с широкой впадиной -/2g« (1,35 ... l,55)w.

Затем назначают остальные размеры гибкого колеса (см. ниже) и в соответствии с выбранной формой деформирования выполняют проверочный расчет, определяя запас сопротивления усталости.

10.3. Конструирование гибких и жестких колес

Материалы гибкого и жесткого колес. Гибкие колеса волно-

вых передач изготовляют из легированных сталей. Термической обработке - 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 азотированию, Наклеп повышает предел выносливости в --1,15 раза, азотирование в -1,4 раза.

222

Для тяжелонагруженных гибких колес (при малых и) приме- няют стали повышенной вязкости марок 38Х2МЮА (т.о. - улуч- ц]ение и азотирование, твердость сердцевины 32 ... 37 HRC, a_i =

=480 ... 550 Н/мм^); 40ХН2МА (улучшение, 32 ... 39 HRC, а_, =

=480 ... 550 Н/мм^), которые менее чувствительны к концентрации напряжений. Средне- и легконагруженны^ гибкие колеса чаще всего изготовляют из стали марки ЗОХГСА (улучшение, 32 ... 37 HRC, ст_, = 420 ... 450 Н/мм^ при последующем дробеструйном наклепе или азотировании a_i = 480 ... 500 Н/мм^). Сталь ЗОХГСА принята как основная для изготовления стандартных волновых редукторов.

Материалы для сварных гибких колес должны хорошо свариваться. Предпочтительны стали марок ЗОХГСА, 12Х18Н10Т (18 ... 22 HRC, а_, = 280 Н/мм^).

Жесткие колеса волновых передач характеризует менее высокое напряженное состояние. Их изготовляют из обычных конструкционных сталей марок 45, 40Х, ЗОХГСА с твердостью на 20 ...

... 30 НВ ниже твердости гибкого колеса.

Конструкции гибких колес. На рис. 10.3 показаны наиболее распространенные конструкции гибких колес волновых передач: на рис. 10.3, а - с гибким дном и фланцем для присоединения к валу; на рис. 10.3, б, в - с шлицевым присоединением к валу. Шлицы могут быть нарезаны на наружной (рис. 10.3, б) или на внутренней поверхности цилиндра (рис. 10.3, в). Шлицевое соединение снижает жесткость цилиндра и вследствие осевой подвижности уменьшает напряжения в нем.

тают, увеличивается его изгибная жесткость и связанная с ней нагрузка на генератор. Применять такую конструкцию не следует.

В исполнении гибкого колеса по рис. 10.3, а осевую податливость обеспечивают тонким дном в месте перехода цилиндра к валу. Применяют сварные варианты соединения цилиндра с гибким дном: стыковым швом (рис. 10.3, д), с отбортовкой кромок (рис. 10.3, в). Возможно также сварное соединение гибкого дна с валом по размеру не более d\ (рис. 10. 3, ж)\ на гибком дне выполняют отбортовку по диаметру вала.

223

3

m

Ж

5£

Если дно имеет фланец, то соединение с валом может быть болтовым (рис. 10.3, а\ шлицевым или соединением с натягом. Чаще всего выполняют шлицевое соединение, которое позволяет иметь сравнительно небольшой размер Ss (рис. 10.3, з).

Поясок а\ (рис. 10.3, а) выполняют для уменьшения концентрации напряжений на краях зубчатого венца. С этой же целью выполняют большим радиусом Ri галтель от зубчатого венца к цилиндру. Отверстия d2 увеличивают податливость гибкого дна и обеспечивают циркулирование смазочного материала. Число и размеры отверстий принимают возможно большими при соблюдении, однако, достаточной прочности и устойчивости дна.

Ранее расчетом были определены d, djg, dag, b^ и S\. Другие размеры, указанные на рис. 10.3, можно принимать по рекомендациям, проверенным на практике:

5'4=1,25 5'З.

Исполнение гибкого колеса по рис. 10.3, б является более универсальным по возможности присоединения к валу или корпусу. Заготовкой колеса может служить труба.

Исполнение с гибким дном (рис. 10.3, а) целесообразно применять в крупносерийном производстве, когда металлическую заготовку можно получить штамповкой или раскаткой. Если применение методов пластического деформирования затруднено, то применяют сварные конструкции (рис. 10.3, д, е). В единичном производстве заготовку гибкого колеса по рис. 103, а можно получить вытачиванием. Однако необходимо учитывать, что при этом снижается прочность.

Конструкции жестких колес. Жесткие колеса волновых передач подобны колесам с внутренними зубьями обычных (с неподвижными осями) и планетарных передач.

Жесткое колесо 1 (рис. 10.4, а) запрессовано в корпус 2, вращающий момент воспринимает посадка с натягом и три-четыре штифта 3. В конструкции по рис. 10.4, б жесткое колесо 1 имеет

225

фланец и центрирующие пояски для установки колеса в корпус 2 и крышки 4 на колесо. Конструкция колеса по рис. 10.4, а проще, но монтаж и демонтаж жесткого колеса менее удобны. Конструкция по рис. 10.4, б обеспечивает большую жесткость колеса.

Рис. 10.4

2 ... 4 мм больше, чем у гибкого. Это позволяет снизить требования к точности расположения колес в осевом направлении. Толщину жесткого колеса принимают равной S » 0,085б4.

10.4. Конструирование генератора волн

Конструкция кулачкового генератора волн. Кулачковый генератор состоит из кулачка 2 и напрессованного на него специального гибкого подшипника качения 1

(рис. 10.5), допускающего радиальную деформацию колец. В целях выравнивания нагрузки по длине зубьев и уменьшения осевой силы на гибкий подшипник генератор устанавливают посередине зубчатого венца или ближе к заднему торцу.

226

10.1. П а р а м е т р ы гибких шариковых радиальных подшипников

Примечания: 1. Число шариков z = 21-23. 2. г - размер фаски.

допуска js6 (js7). Наружное кольцо гибкого подшипника по размеру D сопрягают с внутренним диаметром гибкого колеса, выполненного с полем допуска Н7.

Для компенсации отклонения от соосности кинематических звеньев применяют соединение генератора с валом с помощью упругих элементов или жестких шарниров. В конструкции (рис. 10.7, а) упругий элемент выполнен в виде резиновой шайбы 2, привулкани-

228

меняют шарнирное с

крестообразным расположением пальцев соединение генератора с валом (рис. 10.8). Через вал 1 и втулку 2 проходит палец J, два пальца 4 проходят через втулку 2 и кулачок 5. Пальцы установлены в отверстиях с зазорами. От выпадания палец 3 удерживает внутренняя поверхность кулачка 5, пальцы 4 - пружинное кольцо 6 и наружная поверхность вала.

10.5. Тепловой режим и смазывание волновой передачи

Тепловой режим волновой передачи рассчитывают по известным зависимостям (см. например, тепловой расчет червячного

Коэффициент теплоотдачи принимают: для закрытых небольших

са вентилятором Кг = 21... 30 Вт/(м^ °С). При установке вентилятора на быстроходном валу редуктора и « < 1000 мин"^ принимают нижние, а при п > 2800 мин"^ - верхние значения К^.

229