9.2. Волновые передачи

Волновая передача- это механизм, в котором движение между звеньями передается перемещением волны деформации гибкого звена. Волновая зубчатая передача (ВЗП) включает в себя (рис. 9.2): гибкое колесо 1, представляющее собой тонкостенную оболочку в виде цилиндра с дном, соединенным с тихоходным валом; жесткое колесо 2, соединенное с корпусом; генератор волн h в виде овального кулачка или двух дисков (роликов), расположенных на водиле, соединенном с быстроходным валом. На деформируемом участке гибкого колеса выполнен зубчатый венец с наружными зубьями эвольвентного профиля. Жесткое колесо имеет зубья внутреннего зацепления.

Рис 9.2. Схема волновой передачи

106

Генератор волн по большой оси Y выполняют больше отверстия гибкого колеса на величину 2 , а по малой оси X-меньше. При деформации гибкого колеса во время сборки зубья по большой оси генератора входят в зацепление на полную глубину активной части зуба . По малой оси зубья перемещаются к центру и не зацепляются. Между этими участками зубья гибкого колеса погружены во впадины жесткого на разную глубину.

Необходимое максимальное радиальное перемещение равно полуразности диметров делительных окружностей:

Деформация гибкого колеса производится так, чтобы получить возможно большее число одновременно зацепляющихся зубьев и повысить нагрузочную способность передачи при сохранении необходимой прочности гибкого колеса. Для обеспечения многопарного зацепления выбирают определенной формы кулачок (диаметры дисков и роликов), величину радиальной деформации и геометрию профиля зубьев.

Достоинствами волновых передач являются следующие: малые масса и габаритные размеры; возможность осуществления больших передаточных чисел (U=70…320); высокая нагрузочная способность (в рабочем зацеплении одновременно находится более 25% числа зубьев колес); высокая кинематическая точность; малые нагрузки на валы; возможность передачи движения в герметизированное пространство и наоборот без дополнительных уплотнений по вращающимся деталям.

К недостаткам ВЗП можно отнести сложность изготовления тонкостенного гибкого колеса и генератора волн; из-за необходимости применения мелких модулей (0,15…0,25) требуется специальное зубодолбежное оборудование; ограниченные частоты вращения генератора волн из-за возможности возникновения вибрации; пониженная надежность и долговечность передачи.

Благодаря своим преимуществам и достаточно высокому КПД (коэффициент полезного действия ВЗП 0,8…0,9 близок к КПД планетарных и многоступенчатых цилиндрических передач) волновая

107

передача широко применяется в химической, атомной и космической технике.

Передаточное отношение волновых передач определяется также, как и планетарных. В общем виде формула для расчета передаточного отношения от генератора волн к выходному валу имеет вид:

,

где – числа зубьев неподвижного и ведомого колес. При неподвижном гибком колесе ( = 0, рис.9.3,а)

= ;

При неподвижном жестком колесе ( = 0, рис 9.3,б)

= - .

Знак минус показывает, что направление вращения гибкого колеса противоположно направлению вращения генератора.

Здесь и -числа зубьев гибкого и жесткого колес.

а) б)

Рис 9.3. Кинематические схемы ВЗП

Критерии работоспособности ВЗП установлены на основании длительных испытаний реальных передач. Основными из них являются следующие:

-поломка гибкого колеса от трещин усталости, появляющихся вдоль впадин зубьев;

-износ зубьев гибкого колеса;

108

-разрушение подшипников качения с гибкими кольцами генератора волн.

При расчете волновых зубчатых передач предварительно определяют размер гибкого колеса - по критерию усталостной прочности и - по критерию динамической грузоподъемности подшипника генератора волн. Из двух полученных значений принимают наибольшее. Далее выполняют геометрические и прочностные расчеты, корректируют предварительно выбранные размеры.

Для изготовления зубчатых колес волновых передач применяют следующие материалы. Тяжелонагруженные гибкие колеса изготавливают из конструкционных легированных сталей с повышенной вязкостью 40ХНМА, 38ХМЮА.Они менее чувствительны к концентрации напряжений. Средне - и легконагруженные гибкие колеса (U>100) общего назначения изготавливают из более дешевых сталей 30ХГСА и 30ХМА.Гибкие колеса подвергают термообработке-улучшению(НВ280-320). Для повышения прочности поверхности используется нагортовка зубчатого венца или азотирование (твердость поверхности HRC 50-70). Напряжения у жесткого колеса значительно ниже, чем у гибкого. Поэтому жесткие колеса изготавливают из конструкционных сталей 45А, 40Х, 30ХГСА, с твердостью на 20-30 единиц НВ ниже, чем у гибких колес.