10.3. Конструирование гибких и жестких колес

Материалы гибкого и жесткого колес. Гибкие колеса волновых передач изготовляют из легированных сталей. Термической обработке - улучшению - подвергают заготовку в виде толстой трубы (твердость 30-37 HRC). Механическую обработку выполняют после термообработки. Зубчатый венец рекомендуют подвергать упрочнению: наклепу, включая впадины зубьев, или азотированию. Наклеп повышает предел выносливости в -1,15 раза, азотирование в ~1,4 раза.

Для тяжелонагруженных гибких колес (при малых u) применяют стали повышенной вязкости марок 38Х2МЮА (т.о. - улучшение и азотирование, твердость сердцевины 32 ... 37 HRC, = 480 ... 550 Н/мм²); 40ХН2МА (улучшение, 32 ... 39 HRC, = 480 ... 550 Н/мм²), которые менее чувствительны к концентрации напряжений. Средне- и легконагруженные гибкие колеса чаще всего изготовляют из стали марки 30ХГСА (улучшение, 32 ... 37 HRC, = 420 ... 450 Н/мм² при последующем дробеструйном наклепе или азотировании = 480 ... 500 Н/мм²). Сталь 30ХГСА принята как основная для изготовления стандартных волновых редукторов.

Материалы для сварных гибких колес должны хорошо свариваться. Предпочтительны стали марок 30ХГСА, 12Х18Н10Т (18 ... 22 HRC,

= 280 Н/мм²).

Жесткие колеса волновых передач характеризует менее высокое напряженное состояние. Их изготовляют из обычных конструкционных сталей марок 45, 40Х, 30ХГСА с твердостью на 20 ... ... 30 НВ ниже твердости гибкого колеса.

Конструкции гибких колес. На рис. 10.3 показаны наиболее распространенные конструкции гибких колес волновых передач: на рис. 10.3, а - с гибким дном и фланцем для присоединения к валу; на рис. 10.3, б, в - с шлицевым присоединением к валу. Шлицы могут быть нарезаны на наружной (рис. 10.3, б) или на внутренней поверхности цилиндра (рис. 10.3, в). Шлицевое соединение снижает жесткость цилиндра и вследствие осевой подвижности уменьшает напряжения в нем.

При отсутствии гибкого дна и жестком соединении цилиндра с валом (рис. 10.3, г) напряжения в цилиндре значительно возрастают, увеличивается его изгибная жесткость и связанная с ней нагрузка на генератор. Применять такую конструкцию не следует.

В исполнении гибкого колеса по рис. 10.3, а осевую податливость обеспечивают тонким дном в месте перехода цилиндра к валу. Применяют сварные варианты соединения цилиндра с гибким дном: стыковым швом (рис. 10.3, д), с отбортовкой кромок (рис. 10.3, ё). Возможно также сварное соединение гибкого дна с валом по размеру не более (рис. 10. 3, ж); на гибком дне выполняют отбортовку по диаметру вала.

Если дно имеет фланец, то соединение с валом может быть болтовым (рис. 10.3, а), шлицевым или соединением с натягом. Чаще всего выполняют шлицевое соединение, которое позволяет иметь сравнительно небольшой размер S₅ (рис. 10.3, з).

Поясок а₁ (рис. 10.3, а) выполняют для уменьшения концентрации напряжений на краях зубчатого венца. С этой же целью выполняют большим радиусом R₁ галтель от зубчатого венца к цилиндру. Отверстия d₂ увеличивают податливость гибкого дна и обеспечивают циркулирование смазочного материала. Число и размеры отверстий принимают возможно большими при соблюдении, однако, достаточной прочности и устойчивости дна.

Ранее расчетом были определены d, dj_g, d_ag, b_w и S₁. Другие размеры, указанные на рис. 10.3, можно принимать по рекомендациям, проверенным на практике:

Исполнение гибкого колеса по рис. 10.3, б является более универсальным по возможности присоединения к валу или корпусу. Заготовкой колеса может служить труба.

Исполнение с гибким дном (рис. 10.3, а) целесообразно применять в крупносерийном производстве, когда металлическую заготовку можно получить штамповкой или раскаткой. Если применение методов пластического деформирования затруднено, то применяют сварные конструкции (рис. 10.3, д, ё). В единичном производстве заготовку гибкого колеса по рис. 10.3, а можно получить вытачиванием. Однако необходимо учитывать, что при этом снижается прочность.

Конструкции жестких колес. Жесткие колеса волновых передач подобны колесам с внутренними зубьями обычных (с неподвижными осями) и планетарных передач.

Жесткое колесо 1 (рис. 10.4, а) запрессовано в корпус 2, вращающий момент воспринимает посадка с натягом и три-четыре штифта 3. В конструкции по рис. 10.4, б жесткое колесо 1 имеет фланец и центрирующие пояски для установки колеса в корпус 2 и крышки 4 на колесо. Конструкция колеса по рис. 10.4, а проще, но монтаж и демонтаж жесткого колеса менее удобны. Конструкция по рис. 10.4, б обеспечивает большую жесткость колеса.

Ширину b_b зубчатого венца у жесткого колеса выполняют на 2 ... 4 мм больше, чем у гибкого. Это позволяет снизить требования к точности расположения колес в осевом направлении. Толщину жесткого колеса принимают равной S 0,085 d_b.