35378

Волновые зубчатые передачи

Лекция

Физика

Волновая зубчатая передача — механизм, содержащий зацепляющиеся между собой гибкое и жесткое зубчатые колеса и обеспечивающий преобразование и передачу движения благодаря деформированию гибкого колеса

Русский

2014-06-10

167.5 KB

30 чел.

Лекция № 19 стр.6

Лекция № 19

Волновые зубчатые передачи

Волновая зубчатая передача — механизм, содержащий зацепляющиеся между собой гибкое и жесткое зубчатые колеса и обеспечивающий преобразование и передачу движения благодаря деформированию гибкого колеса (рис. 19.1).

Рис. 19.1

Волновая зубчатая передача (ВЗП) состоит из трех основных элементов: гибкого колеса 1 (рис. 19.1, абв), жесткого колеса 2 и генератора волн h. Ее можно рассматривать как конструктивную разновидность планетарной передачи с внутренним зацеплением, характерной особенностью которой является использование сателлита (гибкого колеса), деформируемого в процессе передачи движения. Гибкое зубчатое колесо представляет собой тонкостенную оболочку, один конец которой соединен с валом и сохраняет цилиндрическую форму, а на другом нарезан зубчатый венец с числом зубьев . При сборке этот конец оболочки деформируется на  генератором волн. Контур деформированного гибкого колеса образует относительно недеформированного две волны деформации (рис. 19.1, г). Размер по сечению Б – Б называют большой осью, а по В – В — малой осью кривой деформации. В зоне большой оси деформации происходит зацепление зубьев гибкого и жесткого колес. Для обеспечения симметрии нагружения волновой зубчатой передачи обычно используют две волны деформации и четные числа зубьев колес, которые связаны соотношением .

Рис. 19.2

Гибкое колесо 1 поджато к жесткому 2 роликами 3, расположенными на водиле h. Такой генератор называют роликовым. Роликовый генератор волн может быть преобразован в дисковый генератор волн при значительном увеличении диаметров роликов 3 (рис. 19.2, а) и расположении их в параллельных плоскостях. Чтобы задать зубчатому венцу гибкого колеса определенную принудительную форму деформации, генератор нужно выполнить в виде симметричного кулачка специального профиля. Такой генератор называют кулачковым (рис. 19.2, в). На кулачок 1 напрессовывают гибкий подшипник 2, чтобы уменьшить трение между гибким колесом 3 и генератором волн. Дисковые и кулачковые генераторы волн применяют в высоко нагруженных передачах. Кроме механических генераторов волн применяют также электромагнитные, пневматические и гидравлические генераторы.

Кинематика волновой передачи. При вращении генератора волн обе волны деформации перемещаются по периметру гибкого колеса. В результате каждый зуб гибкого колеса за один оборот генератора волн дважды входит в зацепление с зубьями жесткого колеса. Если числа зубьев колес равны  и , а угловые шаги  и , то передаточное отношение такой передачи можно подсчитать следующим образом. При остановленном жестком колесе после полного оборота генератора волн  вал гибкого колеса повернется в противоположном движению генератора направлении на угол, равный .

Переходя от углов поворота к угловым скоростям, получаем передаточное отношение ВЗП от генератора волн к гибкому колесу при неподвижном жестком:

.     (19.1)

В ВЗП с остановленным гибким колесом при повороте генератора волн на угол  жесткое колесо повернется в том же направлении на угол . В этом случае передаточное отношение от генератора волн к жесткому колесу при неподвижном гибком

.     (19.2)

Волновая передача может быть двухступенчатой (рис. 19.2, б). В этом случае гибкое колесо 1 выполняется в виде кольца с двумя зубчатыми венцами  и , которые входят в зацепление с жесткими колесами 2 и 4, имеющими соответственно  и  зубьев. Если жесткое колесо 2 неподвижно, то движение от вала генератора волн преобразуется с помощью двух волновых зацеплений и передается на выходной вал, соединенный с жестким колесом 4. Передаточное отношение двухступенчатой ВЗП определяется формулой

.     (19.3)

Особенности волнового зацепления. Гибкое колесо ВЗП при его нагружении изменяет свою начальную форму. Это происходит из-за наличия зазоров и упругости элементов, взаимодействующих с гибким колесом. Изменение формы гибкого колеса 1 ограничено с внешней стороны жестким колесом 2, а с внутренней генератором волн h. Гибкое колесо, опирающееся на генератор волн в пределах участков постоянной кривизны  (рис. 19.3), стремится принять форму жесткого колеса. С увеличением момента закручивающего гибкое колесо зоны выбранных зазоров в зацеплении увеличиваются, что приводит к увеличению числа пар зубьев в зацеплении. Благодаря многопарности зацепления (нагрузку могут передавать до 40 % всех пар зубьев) нагрузочная способность ВЗП выше, чем планетарной. КПД волновой передачи также выше, потому что в зацеплении зубья почти не перемещаются при прилегании гибкого колеса к жесткому. При стальных гибких колесах в одноступенчатых волновых передачах можно получить передаточное отношение 60 – 320, а КПД равным 0,85...0,80. Двухступенчатые ВЗП обеспечивают передаточные отношения от  до  и более при КПД от 0,7 до 0,1.

Многопарность и многозонность волнового зацепления приводят к значительному усреднению ошибок изготовления и сборки, в результате чего обеспечивается высокая кинематическая точность ВЗП.

Относительно небольшая величина радиальной деформации гибкого колеса позволяет выполнить его в виде колоколообразной оболочки и изготовить герметичные ВЗП, передающие вращение через герметичную перегородку без подвижных уплотнений.

Наиболее ответственные детали ВЗП — гибкий подшипник и гибкое колесо. Гибкое колесо имеет тонкостенное донышко, допускающее осевые перемещения торца цилиндрической оболочки при ее деформировании с другого края. Длину гибкого колеса выбирают от  до , где  — диаметр недеформированной серединной поверхности гибкого колеса. Толщину  гибкого колеса под зубчатым венцом выбирают примерно равной .

Методика проектирования ВЗП. Существует несколько методов расчета геометрических параметров волновых зубчатых передач. Настоящая методика, разработанная на кафедре теории механизмов и машин МГТУ им. Н.Э. Баумана, основывается на предположении, что конструкции генераторов волн рассматриваемых передач обеспечивают постоянную кривизну серединного слоя деформированного гибкого колеса в пределах зон зацепления, ограниченных центральными углами  (см. рис. 19.3, а). Вне этих зон гибкое колесо имеет свободную форму деформации. На участке постоянной кривизны зацепление в волновой передаче рассматривается как внутреннее эвольвентное зацепление жесткого колеса с числом зубьев  и условного, имеющего параметры гибкого и расчетное число зубьев .

Исходными параметрами для расчета являются передаточное отношение передачи, ее схема, номинальный крутящий момент на выходном валу, частота вращения генератора волн, срок службы передачи, прочностные характеристики гибкого колеса. Проектировочный расчет заключается в определении диаметра серединной поверхности гибкого колеса по изгибной прочности, из расчета на выносливость или из расчета заданного коэффициента крутильной жесткости [16]. Больший из вычисленных диаметров берется за основу для определения модуля зацепления , который округляется до ближайшего стандартного значения.

Делительные диаметры колес и толщина  обода гибкого колеса под зубчатым венцом определяются по формулам

     (19.4)

Основным варьируемым параметром является относительная радиальная деформация гибкого колеса по большой оси:

,     (19.5)

где  — коэффициент относительной радиальной деформации.

Расчетное число зубьев условного колеса равно

.     (19.6)

В формуле (19.6), как и во всех последующих, содержащих двойные знаки арифметических действий, верхний знак относится к внутреннему деформированию гибкого колеса дисковым или кулачковым генератором волн, нижний — к внешнему деформированию кольцевым генератором (рис. 19.3, б):

,     (19.7)

где  — угловая координата участка постоянной кривизны ().

Далее определяем радиус серединной окружности деформированного гибкого колеса (см. рис. 19.3):

,     (19.8)

где ,  — параметры исходного контура;  — коэффициент смещения исходного контура:

,     (19.9)

— коэффициент смещения.

При изменении величин ,  и  в указанных диапазонах их возможного изменения можно провести оптимизацию качества зацепления. Целевой функцией является теоретический коэффициент перекрытия.

Радиус серединной окружности недеформированного гибкого колеса

.     (19.10)

Межосевое расстояние передачи, равное эксцентриситету установки деформирующих дисков, равно

.     (19.11)

Тогда угол зацепления волновой передачи

.     (19.12)

Жесткое колесо в передачах с дисковым или кулачковым генератором внутреннего деформирования, имеющее внутренние зубья, обрабатывается долбяком с числом зубьев . Угол станочного зацепления жесткого колеса и долбяка

,     (19.13)

и коэффициент смещения жесткого колеса

.     (19.14)

Остальные параметры и исполнительные размеры элементов волновой передачи рассчитывают так же, как зубчатой передачи внутреннего эвольвентного зацепления.

Области применения ВЗП. Отмеченные достоинства волновой передачи определяют наиболее рациональные области ее применения: силовые и кинематические приводы общего назначения с большим передаточным отношением, задающие и исполнительные механизмы повышенной кинематической точности, быстродействующие приводы систем автоматического управления и регулирования, электромеханические приводы промышленных роботов, приводы для передачи движения в герметизированное пространство в химической, атомной и космической технике.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

5496. Нарушение периферического кровообращения и микроциркуляции 78.5 KB
  Нарушение периферического кровообращения и микроциркуляции Периферическое кровообращение - кровообращение в пределах одного органа. Микроциркуляторным руслом называется мелкие кровеносные сосуды с просветом менее 100 мкм. (артериолы, венулы, ка...
5497. Гуманистический и эллинистический периоды античной философии 103.5 KB
  Гуманистический и эллинистический периоды античной философии. Вопрос 1 Софисты и Сократ: открытие человека. Человек есть мера всех вещей (Протагор). Познай сначала самого себя (Сократ). Определение слов софист, софизм и причины их отрицательного зна...
5498. Электронагрев. Электродный нагрев. Инфракрасный нагрев. Диэлектриче-ский нагрев. Индукционный нагрев. Общие сведения о топливе 84.5 KB
  Электронагрев. Электродный нагрев. Инфракрасный нагрев. Диэлектрический нагрев. Индукционный нагрев. Общие сведения о топливе. Электронагрев. В современных тепловых аппаратах широко применяют различного рода нагревательные элементы, в которых электр...
5499. Складывание единого централизованного российского государства 72 KB
  Складывание единого централизованного российского государства. Факторы, причины и этапы возвышения Москвы. Влияние Золотой Орды на формирование российской государственности. Образование централизованного...
5500. Характеристика Европы, Азии, Африки и Америки 69.5 KB
  Общая характеристика Европы Европа - это часть света. Вместе с Азией Европа составляет единый материк, который называется Евразия. На территории Европы более 40 государств, Они различаются по площади, численности населения, государственному уст...
5501. Общенаучные конкретно предметные методы ИССЭП 19.55 KB
  Общенаучные конкретно предметные методы ИССЭП. Общенаучные методы исследования. Метод социальное диалектики Анализ и синтез Индукция и дедукция Моделирование Закон восхождения от простого к сложному от низшего к высшему и...
5502. Сегментация сфер затрат и организация центров ответственности 50 KB
  Сегментация сфер затрат и организация центров ответственности Согласно современным представлениям эффективное управление предприятием и его подразделами может осуществляться на основе применения экономических методов. Теоретическую платформу указанн...
5503. Основные теоремы о пределах 124.5 KB
  Основные теоремы о пределах. Теорема (о предельном переходе в равенствах). Если в некоторой окрестности точки значения функций f(x) и g(x) совпадают, то их пределы в этой точке равны: f(x)=g(x) => . Теорема (о предельном перехо...
5504. Стадии разработки технических кодексов 75 KB
  Стадии разработки технических кодексов Разработка ТКП включает следующие стадии: - подготовка к разработке - разработка рабочего проекта ТКП - разработка окончательной редакции проекта ТКП - утверждение ТКП - государственная регистрация ТКП. Рес...