 |
Волновые зубчатые передачи.
|
|
|
|
Волновые передачи основаны на принципе передачи вращательного движения за счет бегущей волновой деформации одного из зубчатых колес. Такая передача была запатентована американским инженером Массером в 1959 г. Волновые передачи имеют меньшие массу и габариты, большую кинематическую точность, меньший мёртвый ход, высокую вибропрочность за счёт демпфирования (рассеяния энергии) колебаний, создают меньший шум. При необходимости такие передачи позволяют передавать движение в герметичное пространство без применения уплотняющих сальников, что особенно ценно для авиационной, космической и подводной техники, а также для машин химической промышленности. Кинематически эти передачи представляют собой разновидность планетарной передачи с одним гибким зубчатым колесом. На рисунке изображены основные элементы волновой передачи: неподвижное колесо с внутренними зубьями (1), вращающееся упругое колесо с наружными зубьями (2) и водило h. Неподвижное колесо закрепляется в корпусе и выполняется в виде обычного зубчатого колеса с внутренним зацеплением. Гибкое зубчатое колесо имеет форму стакана с легко деформирующейся тонкой стенкой: в утолщенной части (левой) нарезаются зубья, правая часть имеет форму вала. Водило состоит из овального кулачка и специального подшипника.
Гибкое колесо деформируется так, что по оси овала I—I зубья зацепляются на полную рабочую высоту; по оси II—II зубья не зацепляются.
Передача движения осуществляется за счет деформирования зубчатого венца гибкого колеса. При вращении водила волна деформации бежит по окружности гибкого зубчатого венца; при этом венец обкатывается по неподвижному жесткому колесу в обратном направлении, вращая стакан и вал. Поэтому передача и называется волновой, а водило - волновым генератором.
|
|
|
Достоинства волновой передачи:
1 большая нагрузочная способность (в зацеплении находится большое число пар зубьев);
2 высокое передаточное число (>300 для одной ступени) при сравнительно малых габаритах;
3 передача может работать, находясь в герметизированном корпусе;
Недостатки волновой передачи:
1 практически индивидуальное, дорогостоящее, весьма трудоемкое изготовление гибкого колеса и волнового генератора;
2 возможность использования этих передач только при сравнительно невысокой угловой скорости вала генератора;
3 ограниченные обороты ведущего вала (во избежание больших центробежных сил инерции некруглого генератора волн;
4 мелкие модули зубьев (1,5…2 мм)
Передаточное отношение волновых передач определяется методом остановки водила.
передаточное отношение при неподвижном жестком колесе (1):
uh2=ωh/ω2= - z2/(z1-z2);
передаточное отношение при неподвижном упругом колесе (2):
uh1=ωh/ω1= z1/(z1-z2);
передаточное отношение при неподвижном генераторе (h):
u21=ω2/ω1= z1/z2;
За критерий работоспособности обычно принимают допускаемые напряжения смятия
где Ψd-коэффициент ширины гибкого венца; d - делительный диаметр гибкого венца.
Мвр - вращающий момент;
Работу волновой зубчатой передачи можно рассмотреть, исследуя силовое взаимодействие звеньев
После сборки передачи результирующий вектор деформации Fh действует на гибкое колесо по большой оси генератора волн. При повороте генератора волн по часовой стрелке на бесконечно малый угол ∆φ вектор результирующих сил поворачивается в ту же сторон, увеличиваясь по модулю 
. Зубья гибкого колеса, перемещаясь в радиальном направлении на величину ∆ W, давят на зубья жесткого колеса с силой Fn по нормали к их профилю. Эта сила раскладывается на окружную силу - Ft 2 и радиальную - Fr 2. На зуб гибкого колеса действует такая же система сил, но в обратном направлении. Если закреплено жесткое колесо, то под действием сил Ft 1 жесткое колесо вращается в сторону, обратную вращению генератора волн. Если закреплено дно гибкого колеса, то под действием сил Ft 2 жесткое колесо вращается в сторону вращения генератора волн.
|
|
|
Возможна работа передачи в режиме мультипликатора (ускорителя); рассмотрим этот режим, когда закреплено дно гибкого колеса. При вращении жесткого колеса против часовой стрелки возникает приведенная выше система сил в зацеплении. На генератор волн в точке контакта по нормали к профилю кулачка давит сила F ≈ Fr 2 с плечом е относительно оси вращения О. Момент
(F∙е) вращает генератор волн, если угол μ будет больше угла трения. Если в генераторе установить подшипники скольжения, то передача будет самотормозящей. График перемещений W напоминает волновую функцию. На углу 2π отложены две волны деформации, поэтому передачу называют двухволновой. При вращении генератора волна катится (перемещается, бежит) вдоль оси абсцисс (по окружности гибкого колеса).
|
|
|
