Волновые зубчатые передачи. Принцип работы и устройство. Достоинства и недостатки, область применения
Волновой называют механическую передачу, в которой вращение передается за счет волнового перемещения зоны деформации упругого гибкого звена.
Гибкий венец 1 деформируется генератором волн 3 и входит в зацепление с центральным колесом 2 в двух зонах.
Принцип волновых передач заключается в многопарности зацепления зубьев, которая определяет все положительные качества этих передач по сравнению с другими.
Достоинства волновых передач. 1. Имеют меньшую массу и меньшие габариты. 2. Обеспечивают более высокую кинематическую точность. 3. Небольшие нагрузки на валы и опоры вследствие симметричности конструкции. 4. Работают с меньшим шумом. 5. Обладают большими передаточными отношениями (60-300) при КПД η = 0,8÷0,9.
Недостатки. 1. Сложность изготовления гибкого колеса и генератора. 2. Ограничение частоты вращения ведущего вала генератора волн при больших диаметрах колес. 3. Мелкие модули зубчатых колес (0,15-2 мм). 4. Возникновение вибрации.
Применение волновых передач целесообразно во всех механизмах с большим передаточным отношением, а также в устройствах со специальными требованиями к герметичности, кинематической точности и инерционности.
Классификация волновых зубчатых передач и схемы наиболее распространенных механизмов. Конструкции
Рисунок 1.7.3 – Волновая передача
Гибкий венец 1 нарезан на деформируемом конце тонкой цилиндрической оболочки 5, другой конец которой через тонкое дно соединяется с выходным валом 4.
Генератор волн 3 состоит из овального кулачка соответствующего профиля и специального шарикоподшипника 6 с гибкими кольцами.
На концах большой оси вала зубья зацепляются по всей высоте, на малой оси зубья не зацепляются.
Геометрические и кинематические соотношения. Передаточное отношение
Рисунок 1.7.4 – Гибкое колесо
Внутренний диаметр d гибкого колеса как основной размер передачи определяют из условия сопротивления усталости с учетом действия только нормальных напряжений:
,
где
–
вращающий момент на валу гибкого колеса,
Н·м;
–
передаточное отношение передачи;
–
допускаемое напряжение, Н/мм2; для
стали марки 30ХГСА
=
150…170 Н/мм2; Е – модуль упругости
материала венца, для сталей Е=2,1·105
Н/мм2;
– коэффициент толщины зубчатого венца;
– коэффициент ширины зубчатого венца.
Модуль зацепления
.
Полученное значение модуля согласуют со стандартным из ряда: 0,25; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0 мм.
Диаметр окружности впадин
Величина деформации гибкого колеса
.
Основные напряжения зубчатого венца:
1. Напряжение изгиба при деформации венца
.
2. Напряжения растяжения зубчатого венца от окружных сил в зацеплении
.
3. Напряжения кручения
.
Коэффициент запаса прочности определяют
по общепринятым формулам. Обычно
.
Подшипники качения генератора волн проверяют по динамической грузоподъемности.
Передаточное отношение
.
Знак минус указывает на разные направления вращения ведущего и ведомого звеньев.