Учебное пособие 1987

где N - суммарное число циклов нагружения зуба.

Для силовых передач машин при числе циклов нагружения каждого зуба колеса меньшем, чем 108, следует принимать N = 106; если окажется, что число циклов больше

25 107, следует принять N = 25 107. Следовательно, значение KFL изменяется в пределах от 0,543 до 1,0.

Для передач с чугунными червячными колесами, работающих длительное время, следует принимать KFL = 1.

При ручном приводе независимо от материала венца червячного колеса рекомендуется принимать KFL = 1,5.

Величину N вычисляют по формуле

где n2 - частота вращения червячного колеса, об/мин; t -

ресурс передачи, ч.

209

Коэффициент долговечности при вычислении H

определяют по формуле

При нереверсивной работе передачи значение N вы-

числяют по формуле (4.33). В случае реверсивной нагрузки с одинаковым временем работы в обоих направлениях в формулу (4.34) следует подставлять значение N вдвое

меньшее, чем вычисленное по формуле (4.33).

При числе циклов, превышающем 25*107, в формулу (4.34) следует подставлять N = 25*107. Следовательно,

минимальное значение рассматриваемого коэффициента

KHL min 0,67.

Найденное по формуле (4.34) значение KHL не должно превышать своего максимального значения K HL max = 1,15. Если получится K HL K HL max , то принимают KHL = 1,15.

Приведенная информация для определения коэффициентов KHL и KFL относится к передачам, работающим с

почти постоянной нагрузкой. При переменной нагрузке следует исходить из эквивалентного числа циклов нагружения

NЭ 60 ixti n1 ,

210

Глава 5. ВОЛНОВЫЕ ПЕРЕДАЧИ

§ 5.1. Общие сведения. Устройство и конструкции волновых зубчатых передач (ВЗП)

Деформации твердого тела, зависящие от времени и координат по гармоническим законам, называют волновыми деформациями.

Действие волновой передачи основано на волновом деформировании одного из ее звеньев. Ниже рассматриваются только волновые зубчатые передачи (ВЗП). У ВЗП волновым деформациям подвергается одно из двух зубчатых колес передачи, называемое гибким колесом (ГК).

Существует много структурных и конструктивных разновидностей ВЗП, использующихся во многих отраслях промышленности. Особенно эффективно применение ВЗП в тех случаях, когда необходимы легкие и компактные передачи, например в робототехнических системах, авиации, ракетной и космической технике и т.п.

На рис. 5.1 показана кинематическая схема одного из вариантов ВЗП, имеющей гибкое колесо (ГК) g , жесткое колесо

(ЖК) и генератор волновых деформации h , являющейся входным звеном передачи. В этой ВЗП неподвижно ЖК и поэтому движение передается от генератора волн h к гибкому колесу g , которое и является выходным звеном передачи.

где W o - максимальное радиальное перемещение точек ГК при его деформировании генератором волн (сокращенно размер деформирования).

Гибкое колесо выполнено в виде тонкостенного кольца и связано с выходным валом передачи тонкостенным стаканом.

В простейшем случае генератор волн является водилом с двумя роликами. Максимальное расстояние между точками роликов выбирается так,

212

чтобы при сборке передачи ГК в местах контакта с роликами деформировалось на величину W o , образуя две зоны зацепления с ЖК. Подобная

передача называется двухволновой. Передачи с другими числами волн деформирования (зон зацепления) широкого распространения не получили вследствие высокой скорости накопления усталостных повреждений в гибком колесе.

При вращении генератора волн с угловой скоростью h ГК вращается с угловой скоростью g , обкатываясь по ЖК без проскальзывания.

Поэтому за один оборот генератора волн ГК поворачивается в направлении; противоположном направлению вращения генератора на угол

разности чисел зубьев ЖК и ГК (для снижения напряжений в ГК обычно принимают k 1). Тогда с учетом (5.1)- (5.4)

Как видно из последних формул, передаточные отношения ВЗП не зависят от способа деформирования ГК и определяются только размером де-

формирования W o гибкого колеса и делительным диаметром одного из

зубчатых колес или числом зубьев одного из колес и разностью чисел зубьев ЖК и ГК: нижние предельные значения передаточных чисел ВЗП определяются условиями прочности ГК при больших W o и для стальных ко-

лес не могут быть меньше 80. С ростом передаточного числа растут габаритные размеры передачи и поэтому для одноступенчатых ВЗП максимальные передаточные числа не превышают 315.

К достоинствам ВЗП относят:

большие передаточные числа для одной ступени;

большое число зубьев, находящихся одновременно в зацеплении (до 40 % от числа зубьев гибкого колеса Z g );

малая инерционность подвижных частей;

симметрия конструкции, симметрия приложения нагрузок и малые нагрузки на валы и опоры;

низкий уровень шума;

широкие диапазоны нагрузок и частот вращения; долговечность;

214

Рис. 5.2. Волновая зубчатая передача

способность демпфировать (снижать) вибрации, сопровождающие передаваемые движения;

многовариантность схем и конструкций;

широкие возможности для применения;

высокий КПД;

возможность передавать движение (при подвижном ЖК и специальном исполнении) в герметизированное пространство без скользящих уплотнений, чем достигается полная герметичность.

К недостаткам ВЗП относятся:

высокие величины минимальных передаточных чисел;

сложность изготовления гибкого колеса;

возможность передачи движения только между валами с параллельными осями.

§ 5.2. Материалы и конструкции основных деталей ВЗП

На рис. 5.2 изображена конструкция одноступенчатой ВЗП, выполненной в виде волнового зубчатого редуктора (ВЗР), выпускаемого серийно. Входным звеном является генератор волн 10. Жесткое колесо 8 закреп-

Рис. 5.3. Основные размеры215гибких зубчатых колес

лено в корпусе редуктора 3 штифтами 7. Гибкое колесо 4 реализовано в виде тонкостенного стакана с зубчатым венцом и крепится к выходному валу 1 шлицевым соединением. Двухволновой генератор выполнен в виде кулачка симметричного профиля, взаимодействующего с ГН через гибкий подшипник 9 имеющий гибкие кольца и сепаратор. Волновой генератор связан с входным валом 13 зубчатой муфтой 6, что позволяет генератору самоустанавливаться относительно ГК и, тем самым, компенсировать погрешности изготовления и монтажа основных деталей ВЗР. Входной и выходной валы вращаются на радиальных шарикоподшипниках. Корпус редуктора состоит из собственно корпуса 3 и крышки II, и предназначен для крепления и сборки всех деталей редуктора, их смазки и защиты вредных воздействий окружающей среды. Смазочное масло заливается через пробку - отдушину 5 и сливается через пробку 15. Уровень масла контролируется по маслоуказателю 14. Для сохранения смазочного масла используются различные уплотнения (на рисунке не показаны).

Нa рис. 5.3 изображены конструкции ГК. Наиболее рас-

Таблица 5.1. Основные размеры гибких подшипников

Рис. 5.4. Способы соединения генератора волн с валом

216

(по ГОСТ 23179-78) класса точности 0

пространена конструкция типа колесостакан (рис. 5.3, б), в которой ГК и тонкостенный стакан выполнены заодно. В конструкции типа труба - стакан (рис. 5.3, а) гибкий цилиндр соединен с дном шлицами. С выходным валом ГК может соединяться болтовым или заклепочным соединением (рис. 5.3, б), сварным соединением (рис. 5.3, в), шлицевым соединением (рис. 5.3, а) или шпоночным соединением. Шлицевое соединение более предпочтительно.

217

Жесткие колеса ВЗП конструктивно подобны зубчатым колесам с внутренними зубьями.

Генераторы волн деформаций могут быть кулачковыми (рис. 5.4, а) или дисковыми (рис. 5.4, б). Кулачковый генератор состоит из кулачка 2 и гибкого подшипника 1, разделяющего ГК и кулачок с целью снижения потерь на трение.

Дисковый генератор (рис. 5.4, б) обычно состоит из трех дисков, установленных на входном валу с эксцентриситетом е W о на подшипни-

ках качения. Направления смещения среднего и крайних дисков противоположны друг другу. Отсутствие в дисковом генераторе гибкого подшипника и кулачка упрощает его конструкцию и снижает инерционность передачи, что существенно для передач предназначенных для быстродействующих (например, робототехнических) систем.

Соединение генератора волн с валом может быть жестким, (что требует повышенной точности изготовления основных деталей ВЗП) или самоустанавливающимся, позволяющим компенсировать погрешности изготовления и монтажа деталей ВЗП.

Самоустанавливающееся соединение выполняется с помощью жестких шарниров (рис. 5.4, в), зубчатых муфт (рис. 5.3) или упругих элементов (рис. 5.4, а) типа “резиновое кольцо”. В последнем случае отверстие в диске генератора выполняется с зазором, а крутящий момент передается резиновым кольцом, привулканизированным к валу и диску генератора.

Таблица 5.2. Материалы и прочностные характеристики