Волновые передачи

Федеральное Агентство по Образованию

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального образование

«Национальный исследовательский ядерный университет  «МИФИ»»

 

Трехгорный  технологический институт – филиал НИЯУ МИФИ

 

 

 

 

 

 

Кафедра ОИД

 

 

 

 

Реферат по курсу «Детали машин и основы конструирования»

Волновые  передачи

 

 

          Выполнил:

                      студент 5ТМ-39

                                Карягина О.М

                             Проверил:

доцент кафедры ОИД

                                Колесов Ю.Б

           

 

Трехгорный

2011

Содержание

Введение

1. Назначение и области применения
2. Преимущества и недостатки волновых передач
3. Структура волновой зубчатой передачи
4. Классификация типовых структурных ВЗП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Волновая  передача, механическая передача (зубчатая, фрикционная, винтовая), в которой  вращение передаётся и преобразуется  циклическим возбуждением волн деформации в так называемом гибком элементе (отсюда название «волновая»). Волновые передачи основаны на принципе передачи вращательного движения за счет бегущей  волновой деформации одного из зубчатых колес. Такая передача была запатентована американским инженером Массером в 1959 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Назначения и области применения

Волновые  передачи имеют меньшие массу  и габариты, большую кинематическую точность, меньший мёртвый ход,  высокую вибропрочность за счёт демпфирования (рассеяния энергии) колебаний, создают меньший шум.

При необходимости  такие передачи позволяют передавать движение в герметичное пространство без применения уплотняющих сальников, что особенно ценно для авиационной, космической и подводной техники, а также для машин химической  промышленности.

Кинематически эти передачи представляют собой разновидность планетарной передачи с одним гибким зубчатым колесом. На рис. 18.1 изображены основные элементы волновой передачи: неподвижное колесо 7 с внутренними зубьями, вращающееся упругое колесо 2 с наружными зубьями и водило h. Неподвижное колесо закрепляется в корпусе и выполняется в виде обычного зубчатого колеса с внутренним зацеплением. Гибкое зубчатое колесо имеет форму стакана с легко деформирующейся тонкой стенкой: в утолщенной части (левой) нарезаются зубья, правая часть имеет форму вала. Водило состоит из овального кулачка и специального подшипника.

Гибкое колесо деформируется так, что по оси  овала I—I зубья зацепляются на полную рабочую высоту; по оси II—II зубья  не зацепляются.

Передача  движения осуществляется за счет деформирования зубчатого венца гибкого колеса. При вращении водила волна деформации бежит по окружности гибкого зубчатого  венца; при этом венец обкатывается по неподвижному жесткому колесу в  обратном направлении, вращая стакан и  вал. Поэтому передача и называется волновой, а водило — волновым генератором.

Существует  большое количество конструкций  волновых механизмов. Обычно эти механизмы  преобразуют входное вращательное движение в выходное вращательное или поступательное. Волновые механизмы можно рассматривать как одну из разновидностей многопоточных планетарных механизмов, так как они обладают многозонным, а в случае зубчатого механизма, и многопарным контактом выходного звена с гибким колесом. Многозонный контакт обеспечивается за счет формы генератора волн (кулачок чаще с двумя, редко с тремя выступами), многопарный - за счет податливости зубчатого венца гибкого колеса. Такое сочетание позволяет волновым механизмам передавать значительные нагрузки при малых габаритах. Податливость зубчатого венца обеспечивает достаточно равномерное распределение нагрузки по зубьям, находящимся в зоне зацепления. При номинальных нагрузках процент зубьев находящихся в зацеплении составляет 15-25% от общего их числа. Поэтому в волновых передачах применяется мелкомодульное зацепление, а числа зубьев колес

лежат в пределах от 100 до 600. Зона зацепления в волновой зубчатой передаче совпадает с вершиной волны деформации. По числу зон  или волн передачи делятся на одноволновые, двухволновые и так далее. При вращении водила овальной формы образуются две волны. Такую передачу называют двухволновой. Бывают трехволновые передачи, на рис. 18.2 показана схема такой передачи. Передачи с числом волн более трех применяются редко.

Распределение передаваемых усилий по нескольким зонам  уменьшает нагрузку на элементы пар  и позволяет существенно уменьшать  габаритные размеры и массу механизмов. Многозонный и многопарный контакт звеньев существенно увеличивает жесткость механизма, а за счет осреднения ошибок и зазоров, уменьшает мертвый ход и кинематическую погрешность механизма. Поэтому волновые механизмы обладают высокой кинематической точностью и, несмотря на наличие гибкого элемента, достаточно высокой жесткостью. Образующиеся в структуре волнового механизма внутренние контуры, увеличивают теоретическое число избыточных или пассивных связей в механизме. Однако гибкое колесо за счет податливости компенсирует ряд возникающих перекосов. Поэтому при изготовлении и сборке волновых механизмов число необходимых компенсационных развязок меньше чем в аналогичных механизмах с жесткими звеньями.

Гибкое колесо обеспечивает волновым передачам возможность  передачи движения через герметичную  стенку, которая разделяет две  среды (например, космический аппарат  и открытый космос). При этом гибкое колесо выполняется как элемент  герметичной стенки, входной вал  и генератор волн располагаются  по одну сторону стенки (внутри космического аппарата), а выходное звено - по другую (в космическом пространстве). Схема  герметичной волновой передачи приведена  на рис. 18.3.

 

 

 

 

2. Преимущества и недостатки волновых передач

Преимущества:

- Возможность  реализации в одной ступени  при двухволновом генераторе  волн больших передаточных отношений  в диапазоне от 40 до 300.

- Высокая  нагрузочная способность при  относительно малых габаритах  и массе. 

- Малый мертвый  ход и высокая кинематическая  точность.

- Возможность  передачи движения через герметичную  перегородку. 

- Малый приведенный к входному валу момент инерции (для механизмов с дисковыми генераторами волн).

Недостатки:

- Практически  индивидуальное, дорогостоящее, весьма  трудоемкое изготовление гибкого  колеса и волнового генератора;

- Возможность  использования этих передач только  при сравнительно невысокой угловой  скорости вала генератора;

- Ограниченные  обороты ведущего вала (во избежание  больших центробежных сил инерции  некруглого генератора волн; мелкие  модули зубьев 1,5-2 мм)

Передаточное  отношение волновых передач определяется методом остановки водила (метод  Виллиса).

По рис. 18.1 передаточное отношение: при неподвижном  жестком колесе

    (1)

где и — угловые скорости волнового генератора и гибкого колеса;

Z1 и Z2— числа зубьев жесткого и гибкого колес;

С — число  волн;

при неподвижном  упругом колесе:

    (2)

В формуле (1) знак «минус» указывает на разные направления вращения генератора и  гибкого колеса.

Причины выхода из строя и критерии работоспособности.

В процессе работы этой передачи наблюдается

- разрушение  подшипника генератора волн от  нагрузки в зацеплении;

- проскакивание  генератора волн при больших  вращающих моментах, когда зубья  на входе в зацепление упираются  друг в друга вершинами;

- поломка  гибкого колеса от трещин усталости  (особенно при u < 80);

- износ зубьев  на концах;

- пластические  деформации боковых поверхностей  зубьев при перегрузках.

Расчёт волновых зубчатых передач отличается от расчёта  обычных зубчатых передач тем, что  учитывается деформация гибкого  венца и генератора.

За критерий работоспособности обычно принимают  допускаемые напряжения смятия 

Где Ψd – коэффициент ширины гибкого венца; d – делительный диаметр гибкого венца.

Волновые  передачи можно применять в качестве редукторов, дифференциалов и вариаторов скорости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Структура волновой зубчатой передачи

Рассмотрим  одноволновую зубчатую передачу с генератором волн, который образует с гибким колесом пару скольжения. Волновая передача не может рассматриваться в рамках ранее принятых нами допущений, так как в ней содержится гибкое звено. Поэтому необходимо определить место гибкого элемента в структуре механизма. Гибкая связь обычно допускает по действием силовых воздействий определенные относительные перемещения соединяемых звеньев. Поэтому ее отнесем к отношениям между элементами или к упругой кинематической паре. Зубчатое колесо представляет собой замкнутую систему зубьев. В каждый рассматриваемый момент в контакте в высшей паре могут находится один или несколько зубьев. Так как зубчатые колеса - звенья, то зубья - элементы высшей кинематической пары. Поэтому многопарный контакт между зубчатыми колесами является контактом между элементами одной кинематической пары. Пассивные или избыточные связи, возникающие в этом контакте, относятся к внутренним связям кинематической пары и в структурном анализе на уровне звеньев не учитываются. Поэтому считаем, что в зацеплении находится один зуб. Структурная схема механизма с остановленным жестким колесом при гибком соединении зуба с валом гибкого колеса может быть представлена следующем образом.

Рис. 18.4. Волновая зубчатая передача с упругой муфтой - стаканом.

Рис. 18.5. Волновая зубчатая передача с волновой зубчатой муфтой.

Рассмотрим  звенья и кинематические пары механизмов:

- звенья:

0 - корпус  с закрепленным на нем жестким  колесом.

1 - быстроходный  вал с генератором волн.

2 - зуб гибкого  колеса.

3 - вал гибкого  колеса.

- кинематические  пары:

• и - двухподвижная низшая пара (рис.18.6). Эта пара образована зубом гибкого колеса и кулачком генератора волн. Пара допускает два независимых движения зуба относительно кулачка: по касательной к профилю кулачка (по оси х) и в осевом направлении (по оси у). Вращение зуба вокруг оси у и перемещения его по оси z не являются независимыми и определяются формой профиля кулачка.

 

Рис. 18.6

• - двухподвижный упругий шарнир (рис.18.7). Данная кинематическая пара должна обеспечивать зубу гибкого колеса 2 возможность выполнять движения деформации относительно вала 3, но относительные движения в тангенциальном направлении (по оси х) запрещены. Аналогичные движения обеспечивает пара в зубчатом соединении в волновой зубчатой муфте и пара в волновом зубчатом зацеплении (рис.18.7).

Оси координат  в зубчатой паре направляются так:

ось z - по касательной к профилям в точке контакта,

ось х - по нормали к профилям, 

ось у - по линии  контакта зубьев.

 Рис. 18.7

Подвижность механизма подсчитывается следующим  образом:

n=3 , p1=3,  p2=2

W^пл=3*3-2*3-1*2=1

W_м=0; W₀=1

q_пл= W₀ + W_м+ W^пл=1-1=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Классификация типовых структурных ВЗП

В таблице 18.1 приведены наиболее распространенные структурные схемы типовых волновых зубчатых передач, а также диапазоны  рекомендуемых передаточных отношений  и ориентировочные значения КПД  при этих передаточных отношениях. Основное отличие одной схемы  от другой заключается в конструкции  муфты соединяющей гибкий зубчатый венец с корпусом или с выходным тихоходным валом. В таблице показаны только три наиболее распространенных разновидности: гибкая оболочка в форме  стакана, гибкая труба с шлицевым соединением и волновая зубчатая муфта. Если в передаче с гибким колесом - кольцом (в третьей из рассматриваемых схем), второе волновое зацепление выполнить как волновую зубчатую передачу, то получим двухступенчатую ВЗП.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№	Структурная схема ВЗП		h
1		50...300	0,95 ...0,8
2		50...300	0,9...0,8
3		2000...105	0,2..0,01
		40...300 Если , то	0,85..0,7

  Таблица  18.1