Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типы

Волновой редуктор, или, как его еще называют, волновая передача, основывается на том, чтобы передавать вращательное движение, которое возникает за счет бегущей волновой деформации одного из зубчатых колес.

Волновые передачи

Появление и дальнейший процесс развития волновой передачи был осуществлен в далеком 1959 году. Изобретателем, а также человеком, который запатентовал эту технологию, стал американский инженер Массер.

Волновой редуктор состоит из нескольких основных элементов:

  • Неподвижное колесо, имеющее внутренние зубья.
  • Вращающееся колесо, имеющее наружные зубья.
  • Водило.

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типы

Среди преимуществ, которые можно выделить у этого способа передачи движения, — меньшая масса и размеры устройства, более высокая точность с кинематической точки зрения, а также меньший мертвый ход.

Если есть необходимость, то использовать такой тип передачи движения можно и в герметичном пространстве, не используя при этом уплотняющие сальники. Данный показатель наиболее важен для такой техники, как авиационная, космическая, подводная.

Кроме того, волновой редуктор применяется и в некоторых машинах, использующихся в отрасли химической промышленности.

Принцип работы редуктора

С кинематической точки зрения, волновые передачи — это разновидность планетарных передач, которая имеет одно гибкое и зубачатое колесо.

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типы

Принцип работы волнового редуктора заключается в следующем. Неподвижное колесо устройства крепится в нужном корпусе, а выполняется оно в виде простого зубчатого колеса, имеющего внутреннее зацепление.

Гибкое же зубчатое колесо выполняется в форме стакана, обладающего тонкой стенкой, легко поддающейся деформации. В более толстой части этого же колеса, то есть левой, нарезают зубья, в то время как правая часть выполняется в форме вала.

Самый простой элемент — это водило, которое состоит из овального кулачка и подшипника.

Само же движение осуществляется за счет того, что происходит деформация зубчатого венца гибкого колеса.

Конструкции редукторов

В настоящее время науке известно множество разнообразных конструкций для волнового редуктора. Чаще всего предназначение всех этих устройств — это преобразование входного вращательного движения в выходное вращательное или же выходное поступательное.

Также стоит отметить, что волновую передачу можно рассматривать, как разновидность многопоточного планетарного механизма. Это вполне возможно, так как эти механизмы обладают многозонным, а если брать в расчет зубчатый механизм, то еще и многопарным контактом между выходным звеном и гибким колесом механизма.

Можно отметить, что при номинальной нагрузке на волновой редуктор лишь от 15 до 20% всех зубьев устройства находится в зацеплении. Именно по этой причине во всех волновых передачах используют мелкомодульные механизмы, число зубьев на которых находится в переделах от 100 до 600.

Также можно добавить, что в зависимости от числа зон или же волн в устройстве они подразделяются на одноволновые, двухволновые и т.д.

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типы

Волновой мотор-редуктор

Описание данного типа волновой передачи можно сделать на основе мотора редуктора модели МВз2-160-5,5. Данная модель обладает сдвоенной волновой зубчатой передачей.

Конструкция данного редуктора состоит из гибкого колеса, которое выполнено в виде кольца с тонкими стенками и двумя зубчатыми венцами.

Кроме того, в конструкции имеется и общий для этих деталей кулачковый генератор волн, обладающий гибким подшипником.

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типы

Также у этой модели есть несколько особенностей, касающихся конструкции редуктора:

  1. Размер вдоль оси вала невелик.
  2. Генератор волн плавающего типа, а соединение с валом электродвигателя шарнирное.
  3. На конце выходного вала этого устройства располагаются прямобочные шлицы.

Этот тип мотора-редуктора может использоваться, как индивидуальный приводной модуль.

Технические параметры мотора-редуктора

Технические параметры для волнового мотора-редуктора — это несколько основных критериев:

  • Первый параметр, которому должен соответствовать редуктор — это крутящийся момент на выходном валу. Он должен составлять — 250 Н⋅м.
  • Второй параметр — это частота вращения вала редуктора. Показатель этого параметра должен быть — 5,5 мин-1.
  • Третий параметр для этого устройства — передаточное отношение. Показатель данного параметра — 264.
  • Коэффициент полезного действия волнового мотора-редуктора должен быть 0,7.
  • Параметры электродвигателя для этой модели следующие: 0,31 кВт мощности, Частота вращения 1450 мин-1, рабочее напряжение для этого механизма 220 В или 380 В.
  • Полный вес устройства составляет 20 кг.

Это основные параметры, которые предъявляются к волновому мотору-редуктору.

Зубчатая передача

Не так давно инженерами был создан новый вид зубчатой передачи, которая по своим параметрам, а также конструкции схожа с планетарной передачей, однако при этом обладает принципиально новой передачей вращения. Эти новые изобретения — волновые зубчатые редукторы.

Для того чтобы передавать вращательное движение в этих устройствах, была достигнута волновая бегущая деформация, которой поддается одно из зубчатых колес редуктора. Данное изобретение отлично зарекомендовало себя в некоторого вида следящих системах, а также в системах автоматического управления с высоким требованием к точности.

Такое специфическое предназначение эти редукторы получили из-за своих характеристик: небольшой физический вес, а также малые размеры всего устройства в целом, которое при этом обладает большим показателем передаточного отношения, характеризуется более высоким коэффициентом полезного действия, то есть КПД, небольшими люфтами, а также малым износом деталей редуктора. Именно эти параметры и стали решающими в определении цели работы для волновых зубчатых редукторов.

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типы

Лебедка с волновым редуктором

Волновые редукторы могут быть двух типов — зубчатые и червячные. Применение лебедки в данном устройстве нашло себя лишь при использовании редуктора червячного типа.

Также в волновых редукторах червячного типа с использованием лебедки существует два способа расположения червяка.

Нижняя установка, когда он находится под червячным колесом, а также верхняя, когда червяк располагается над этим же колесом.

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типы

Кроме того, привод с лебедкой может использоваться для установки на космическом корабле. Привод с лебедкой для космического корабля представляет собой двухступенчатый волновой редуктор.

Предназначение этого устройства на таких кораблях — это передача вращения в полностью герметичное пространство. Так как редуктор является двухступенчатым, то первая ступень — планетарная, а вторая — волновая передача.

Также стоит отметить, что есть возможность сделать устройство самотормозящим. Для этого необходимо заменить планетарную передачу в редукторе на червячную.

Расчеты редуктора

Как и для любой другой детали, для создания редуктора необходимо проводить определенные расчеты, которые будут показывать, способно ли устройство выполнять свои функции, а также из какого материала должно выполняться устройство и т.д.

Основным критерием для расчета волнового редуктора, его работоспособности, является прочность гибкого колеса. Оценить данный параметр можно при помощи сопротивления усталости зубчатого венца. Основной габаритный размер передачи — это внутренний диаметр гибкого колеса.

Определяется он по приближенной зависимости сопротивления усталости с учетом нормальных напряжений.

Источник: https://autogear.ru/article/334/836/volnovoy-reduktor-opredelenie-opisanie-vidyi-i-printsip-rabotyi/

Виды редукторов. Применение редукторов

Этот механизм можно назвать ключевым инженерно-техническим устройством. Его можно описать как механизм преобразования поступающего крутящего момента с последующей передачей на другие системы. Указанное определение характеризует общий принцип работы, а в более широком смысле редуктором можно назвать любой преобразователь направления движения, давления или вращающего момента.

Ключевыми характеристиками таких устройств считаются:

  • КПД;
  • количество вращательных валов;
  • передаваемая мощность;
  • назначение.

Существует множество видов редукторов: механические, газовые, редукторы давления воды, турбинные и другие.

Они снижают давление жидкой или газообразной среды и способны изменять направление потока. Их работа основывается на схожем принципе, однако внутреннее устройство и сам механизм преобразования отличаются.

Корректная классификация редукторов возможна только при комплексном рассмотрении всех ключевых особенностей конкретного типа.

Классификация по основным признакам

Современные инженерно-технические стандарты предусматривают классификацию редукторов по следующим признакам:

  • конструкция используемой передачи;
  • пространственное расположение элементов;
  • конструктивное исполнение.

По пространственному расположению ключевых элементов эти устройства подразделяются на редукторы вертикального исполнения и традиционные горизонтальные.

Конструктивное исполнение предусматривает два дополнительных вида: чистый механический редуктор, и редуктор с двигательной установкой (мотор-редуктор).

Однако общепринятой классификацией редукторов считается таковая по типу используемого передаточного узла (передачи).

Редукторы с цилиндрической и конической передачей

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типы

Коническо-цилиндрические редукторы

В качестве передаточного узла используется зубчатая передача цилиндрической или конической формы. Показатель КПД редукторов этого типа чрезвычайно высок: от 80 до 98% в зависимости от количества звеньев.

Важной особенностью цилиндрических и конических редукторов считается отсутствие нагревающихся элементов.

Из-за простоты своего внутреннего устройства они не нуждаются в дополнительном охлаждении или усилении конструкции, что объясняет их высокую надежность и простоту в эксплуатации.

Планетарные редукторы

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типы

Планетарные редукторы

Здесь рабочим элементом выступает планетарная передача, которая преобразует поступающий на нее крутящий момент.

Планетарные передачи отличаются от стандартных принципом своей работы: в основе преобразования лежит вращательное движение в пределах одной геометрической оси.

Особенности строения планетарных узлов позволяют создавать крайне компактные редукторы, которые широко используются в различных отраслях приборостроения и промышленности.

По своим характеристикам планетарные редукторы занимают промежуточное звено между цилиндрическими и червячными. Они имеют меньший КПД, чем у цилиндрических, однако более компактны и значительно долговечнее редукторов червячного типа. Между собой планетарные редукторы отличаются количеством передач, их расположением относительно главной оси, конструктивным исполнением.

Червячные редукторы

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типы

Червячные редукторы

В качестве основного конструктивного элемента здесь выступает червячная передача, которая способна преобразовывать не только прямой крутящий момент, но и угловую скорость.

Своему названию червячный редуктор обязан несущему винту, который осуществляет преобразование. Он представляет собой массивный спиралевидный винт, внешне похожий на земляного червяка.

КПД червяных редукторов значительно ниже, чем у традиционных цилиндрических.

Страдает и надежность: из-за сложной конструкции червячные редукторы требуют тщательного соблюдения технологических стандартов, а при повышенной нагрузке могут выходить из строя. Тем не менее, этот тип редукторов незаменим в тех случаях, когда требуется установить передаточное соединение с перпендикулярно соотносящимися осями.

Волновые редукторы

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типы

Волновые редукторы

В конструктивном плане волновой редуктор состоит из неподвижного корпуса с внутренними зубьями и гибкого элемента, который соединяется с ведущим валом. Гибкий элемент имеет овальную форму и вращается внутри корпуса, создавая волнообразные возмущения.

Волновые редукторы обеспечивают очень большое передаточное отношение — гораздо выше, чем таковое у любых других видов редукторов. Кроме того, относительная простота и компактность позволяет использовать их для соединения герметично отделенных отсеков.

Читайте также:  Самый тугоплавкий металл в мире: свойства, получение, применение

Общие особенности и дополнительные характеристики

Как было отмечено ранее, редукторы практически не встречаются в чистом виде. Так, вертикальные цилиндрические редукторы чаще всего имеют несколько конических передач, расположенных горизонтально. В червячных редукторах используются двухступенчатые винты с дополнительным выходным валом.

Кроме того, все редукторы могут изготавливаться с двух конструктивных вариантах: чисто механические и мотор-редукторы.

Последние получили самое широкое распространение и представляют собой единое устройство, совмещающее в себе электродвигатель, редукторный механизм и различные вспомогательные элементы.

Использование редукторов различных типов

Редукторы выступают в качестве основного элемента большинства сложных устройств и агрегатов. Они нашли применение практически во всех областях промышленности. В тяжелой промышленности наибольшее распространение получили цилиндрические и червячные редукторы, которые используются для передачи крутящего момента на рабочий инструмент.

В автомобилях редуктор — самый распространенный элемент. Коробка передач, карданный вал, тормозные системы, бензиновые насосы и регуляторы — во всех этих узлах используются редукторы различного типа.

Газовые редукторы и редукторы давления воды используются как в газодобывающей и перерабатывающей промышленности, так и на бытовом уровне (см. Добыча природного газа: особенности и подводные камни). Они позволяют контролировать давление жидкости или газа, изменять его направление.

Мотор-редукторы являются ключевыми элементами бытовой техники: миксеры, комбайны, стиральные машины и дрели используют планетарные или волновые мотор-редукторы для создания оптимальных режимов работы.

Источник: https://promdevelop.ru/vidy-reduktorov-primenenie-reduktorov/

Детали машин



Волновой называют передачу, в которой вращение передается за счет волны деформации упругого гибкого звена. Основное применение имеют зубчатые волновые передачи с механическими передачами волн и цилиндрическими колесами.

Кроме зубчатых, бывают еще волновые передачи с промежуточными телами качения, в которых тела качения подшипника принимают непосредственное участие в передаче движения, а также фрикционные волновые передачи.

Волновая передача была изобретена относительно недавно – в 1959 году американским инженером У. Массером.

Волновая передача (рис. 1) состоит из трех кинематических звеньев: вращающегося гибкого колеса 1 с наружными зубьями, неподвижного жесткого колеса 2 с внутренними зубьями и вращающегося генератора волн Н.

Гибкое колесо выполняют в виде упругого тонкостенного цилиндра, на кольцевом утолщении (венце) которого нарезаны эвольвентные зубья. Длина цилиндра близка к его диаметру. Гибкое колесо соединяют с тихоходным валом передачи.

Жесткое колесо – обычное зубчатое колесо – соединено с корпусом. Число зубьев z2 жесткого колеса больше числа зубьев z1 гибкого колеса.

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типы

Генератор волн, представляющий собой водило, состоит из овального кулачка и напрессованного на него специального гибкого шарикоподшипника. При сборке деформированное гибкое колесо вставляют в генератор волн, придающий колесу овальную форму, и вводят в зацепление с жестким колесом.

Гибкое колесо деформируется так, что на концах большой оси овала зубья его зацепляются с зубьями жесткого колеса на полную рабочую высоту, образуя две зоны зацепления (рис. 1).

На малой оси зубья колес не зацепляются, их вершины расположены друг напротив друга. Между этими участками зацепление частичное. Как видно из рис.

1, волновая передача может обеспечить одновременное зацепление большого числа зубьев.

При вращении каждая точка венца гибкого колеса имеет радиальную деформацию: по большой оси овала удаляясь от центра, по малой – приближаясь к нему. Совокупность всех перемещений на угле π радиан образует волну деформаций, а на угле 2π – две волны. Такую передачу называют двухволновой.

При вращении генератора волна деформации бежит по окружности гибкого зубчатого венца; при этом венец обкатывается по неподвижному жесткому колесу в сторону, обратную вращению генератора, вращая выходной вал (см. стрелки на рис. 1).

Принцип работы волновой зубчатой передачи наглядно показан на небольшом видеоролике внизу страницы.

В волновой передаче, как и в планетарной, неподвижным может быть любое звено.

Например, для передачи движения через герметичную стенку в химической, авиационной, космической, атомной и других отраслях техники применяют волновую передачу с неподвижным гибким колесом (рис. 2).

Здесь гибкий зубчатый венец расположен в середине глухого стакана 1, герметично соединенного с корпусом. Движение передается от генератора волн Н к жесткому колесу 2, соединенному с выходным валом.

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типы

***

Достоинства и недостатки волновых передач

К достоинствам волновых передач можно отнести следующие их свойства:

  • способность передавать большие нагрузки при малых габаритах и массе, поскольку в зацеплении одновременно находится до трети всех зубьев;
  • возможность передачи движения в герметизированное пространство без применения дополнительных уплотнений;
  • возможность получения большого передаточного числа при сравнительно высоком КПД. Так, для одноступенчатой передачи с передаточным числом u ≤ 320 КПД составляет η = 0,8…0,9, что выше, чем у червячных передач с такими же параметрами;
  • малая кинематическая погрешность вследствие двухзонности и многопарности зацепления;
  • небольшие нагрузки на валы и опоры вследствие симметричности конструкции;
  • относительно низкий уровень шума и плавность хода во время работы.

Недостатки волновых передач:

  • сложность изготовления гибкого колеса и генератора;
  • ограничение частоты вращения вала генератора при больших диаметрах колес (во избежание больших окружных скоростей в ободе генератора);
  • высокая напряжённость основных элементов гибкого колеса и генератора волн;
  • появление вибрации при работе передачи.

***

Область применения волновых передач

Волновые передачи применяют в промышленных роботах и манипуляторах, в механизмах с большим передаточным числом, а также в устройствах с повышенными требованиями к кинематической точности и герметичности. Широко применяются волновые передачи в авиационной и космической технике, в приводах грузоподъёмных машин, станков, конвейеров и др.

  • Существуют герметичные волновые передачи, передающие вращение в объем с химически агрессивной или радиоактивной средой, а также работающие в глубоком вакууме.
  • ***

Основные элементы конструкции волновых передач

Гибкое колесо волновой передачи

Гибкое колесо (рис. 3) выполняют в виде тонкостенного стакана с гибким дном и фланцем для присоединения к валу (исполнение I) или с шлицевым присоединением к валу (исполнение II).

Шлицевое соединение, обеспечивая осевую подвижность, уменьшает напряжения в гибком колесе.

Осевая податливость в варианте I обеспечивается тонким дном (этому способствуют отверстия в дне и минимально необходимые для присоединения к валу размеры фланца d0). Применяют также сварные соединения цилиндра с гибким дном.

Чтобы избежать задевания вершин зубьев колес (интерференции) при входе в зацепление под нагрузкой, в большинстве случаев зубья гибкого колеса нарезают с уменьшенной высотой ножки. При этом получаются зубья с широкой впадиной, что повышает гибкость обода колеса, уменьшает напряжения в нем, увеличивает число пар зубьев в зацеплении.

  1. Зубья гибкого колеса с широкой впадиной имеют высоту h = 1,35m, где m – 0,15…0,25 мм – модуль зацепления.
  2. Размеры гибкого колеса d, df, da1, b1 и S1 определяют расчетом, другие назначают по рекомендациям:
  3. S2 = (0,7…0,9)S1;      а = (0,15…0,25)b1;      d0 = (0,5…0,6)d;      l = (0,6…0,8)d;      b2 = (0,3…0,5)b1.
  4. Буртик а уменьшает концентрацию напряжений в торце колеса.

Материалом для гибких колес служат стали марок 30ХГСА, 40Х13, 40ХНМА. Для волновых редукторов общего назначения чаще других применяют сталь марки 30ХГСА с термообработкой улучшения (Н = 280…320 НВ), а зубчатый венец подвергают дробеструйному наклепу.

Жесткое колесо волновой передачи

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типы

Жесткое колесо волновых передач по конструкции подобно колесам с внутренним зацеплением обычных и планетарных передач. Жесткое колесо характеризуется менее высоким напряженным состоянием, чем гибкое колесо. Изготавливают жесткие колеса волновых передач из обычных конструкционных сталей.

Волновой генератор

Волновые генераторы воспринимают большие нагрузки выходного звена, при этом они вращаются с высокой скоростью входного звена.

Генераторы волн бывают механическими, гидравлическими, пневматическими и электромагнитными. Механические генераторы могут быть двухроликовыми, четырехроликовыми, дисковыми, кольцевыми и кулачковыми.

Генератор волн может располагаться внутри или вне гибкого колеса. Число волн может быть любым.

Кулачковый волновой генератор (рис. 1) состоит из овального кулачка и напрессованного на него гибкого подшипника качения. Профиль кулачка выполняют эквидистантным к принятой форме деформирования гибкого колеса.

Этот генератор лучше других сохраняет заданную форму деформирования под нагрузкой. Применяют в массовом производстве. Для кулачкового генератора применяются специальные шариковые однорядные гибкие подшипники, отличающиеся от обычных меньшей толщиной колец, которые должны быть гибкими.

Текстолитовый сепаратор подшипника необходимо удерживать от осевого смещения.

В мелкосерийном производстве применяют дисковый волновой генератор (рис. 4), который имеет два больших диска-ролика, расположенных на эксцентриковом валу. Точность изготовления дисков и их взаимное расположение оказывают большое влияние на качество и долговечность передачи. Диски устанавливают на обычных подшипниках.

На рис. 5 приведена типовая конструкции стандартного волнового зубчатого редуктора общего назначения.

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типы

***



В волновой передаче при вращении генератора осуществляется относительный поворот колес (рис. 1), при этом зубья гибкого колеса 1 должны переходить из одной впадины жесткого колеса 2 в другую. Для этого необходимо расцепление зубьев, которое и происходит в зоне малой оси овала.

За половину оборота генератора при неподвижном жестком колесе 2 зубья гибкого колеса 1 в окружном направлении смещаются на один шаг, а за полный оборот генератора — на два шага. Это возможно при условии, если разность чисел зубьев колес z2 – z1 = 2 или равна числу волн генератора сb (как в планетарной передаче кратна числу сателлитов). Обычно сb = 2.

Передаточное число волновых передач определяют также, как и для планетарных – методом остановки водила.

При неподвижном жестком колесе (см. рис. 1) передаточное число будет равно:

u = nН/n1 = -z1/(z2 – z1) = -z1/2,

где nН и n1 – соответственно частоты вращения волнового генератора и гибкого колеса; z1 и z2 – соответственно числа зубьев гибкого и жесткого колес. Знак минус указывает на противоположное направление вращения генератора и гибкого колеса.

  • При неподвижном гибком колесе (рис. 2) направление вращения генератора и жесткого колеса совпадают:
  • u = nН/n2 = z2/(z2 – z1) = -z2/2,
  • где z2 – частота вращения жесткого колеса.

Волновая передача может иметь большие передаточные числа. При стальном гибком колесе u = 80…320; при пластмассовом колесе – u = 20…320. Бόльшие значения передаточных чисел могут быть достигнуты при малых значениях модулей m (0,2…0,15 мм).

Читайте также:  Ремонт токарно-винторезных станков: капитальный, текущий

***

Расчет волновых передач на сопротивление усталости

Основным критерием работоспособности волновых зубчатых передач является прочность гибкого колеса, которую оценивают сопротивлением усталости зубчатого венца. Изнашивание зубьев незначительно и не ограничивает ресурс передачи.

Проектировочный расчет

  1. Внутренний диаметр d гибкого колеса (рис.

    3) как основной размер передачи определяют из условия сопротивления усталости с учетом действия только нормальных напряжений:

  2. d = 3√{456T1/([σ] – 3,75Eψsd/u)ψbdψsd},
  3. где T1 – вращающий момент на валу гибкого колеса, Нм; u – передаточное число передачи; [σ] – допускаемое напряжение, Н/мм2; для стали марки 30ХГСА [σ] = 150…170 Н/мм2; Е – модуль упругости материала венца, для сталей Е = 2,1×105 Н/мм2; ψbd = b1/d = 0,15…0,20 – коэффициент ширины зубчатого венца; ψsd = S1/d = 0,012…0,014 – коэффициент толщины зубчатого венца.
  4. Для передач с кулачковым генератором расчетный диаметр d согласуют с наружным диаметром D гибкого подшипника качения.
  5. Модуль зацепления m не лимитирует нагрузочной способности передачи. Учитывая, что внутренний диаметр d гибкого колеса близок его делительному диаметру, приближенно находят модуль зацепления:
  6. m = d/z1.
  7. Полученное значение модуля согласуют со стандартным из ряда: 0,25; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0 мм.

Определяют диаметр окружностей впадин (см. рис. 3):

df1 = d + 2S1

и подбирают коэффициент смещения x1 гибкого колеса и число зубьев z1, обеспечивающие полученный df1. Для зубьев с широкой впадиной x1 = (-1)…3. Бόльшие значения x1 для передаточных чисел u ≥ 150.

  • При нарезании зубьев гибкого колеса модифицированной стандартной червячной фрезой с уменьшенной высотой головки зуба диаметр окружности впадин колеса определяют по формуле:
  • df1 = m(z1 – 2ha0 + 2×1),
  • где ha0 = 0,35 – коэффициент высоты головки зуба фрезы.
  • Величина деформации гибкого колеса:
  • w0 = (1,15…1,3)m,
  • где меньшие значения для u < 150.
  • После определения основных размеров гибкого колеса выполняют проверочный расчет на прочность зубчатого венца.
  • Согласно теории гладких цилиндрических оболочек, с учетом влияния зубьев основные напряжения зубчатого венца следующие:
  • 1. Напряжения изгиба при деформировании венца генератором, изменяющиеся по симметричному циклу:
  • σи = 8ЕS1w0/(d + S1)2.
  • Амплитуда напряжений цикла σиа = σи.
  • 2. Напряжения растяжения зубчатого венца от окружных сил в зацеплении, изменяющиеся по отнулевому циклу:
  • σp = 900Т1/db1S1.
  • Амплитуда напряжений σpa = σpm = σp/2.
  • 3. Напряжения кручения зубчатого венца, изменяющиеся по отнулевому циклу:
  • τк = 2×103Т1/π(d + S1)2S1
  • Амплитуда напряжений цикла τка = τкm = τк/2.
  • Коэффициент запаса прочности гибкого колеса волновой передачи обычно принимают s = 1,5.
  • Подшипники качения генератора волн проверяют по динамической грузоподъемности.
  • ***
  • Принцип работы волновой зубчатой передачи проще понять, просмотрев короткий видеоролик, представленный ниже.
  • ***
  • Основы расчета на прочность зубчатых передач



Главная страница

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Источник: http://k-a-t.ru/detali_mashin/24-dm_zubchatye14/index.shtml

Волновой мотор редуктор

Волновой редуктор представляет собой механическую передачу, которая преобразует энергию деформации гибкого элемента в движение.

Редуктор данного типа впервые был построен в 1959 году американским изобретателем Массером. Открытие стало новым этапом в развитии инженерной техники.

Волновая передача позволила обеспечивать недостижимый до того момента уровень кинематической точности и невероятную плавность движения.

Также с ней можно было добиваться высокого передаточного отношения при небольшом количестве составных деталей. Сейчас подобные механизмы используются в ракетной и авиационной отраслях, в робототехнике, в точном машиностроении, а также при производстве манипуляторов, от которых требуется высокая точность перемещения.

Принцип работы устройства

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типы

Благодаря зацеплению зубьев между собой появляется возможность продолжить вращение внутренней части. При этом количество зубьев у гибкого элемента меньше, чем это число у неподвижного элемента. Благодаря этому факту и получается обеспечивать требуемую плавность и точность движений. В любой момент времени линейная скорость волн соответствует скорости вращения генератора, поэтому не возникают дополнительные колебания, которые могли бы вывести всю систему из равновесия.

Волновой мотор редуктор представляет собой волновую передачу, объединенную с электрическим двигателем. Они имеют очень широкую сферу применения во многих отраслях промышленности. Этим обусловлено большое количество различных вариантов исполнения. Двигатели отличаются размерами, максимально возможной нагрузкой, мощностью и коэффициентом полезного действия.

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типы

Из преимуществ силовых агрегатов данного типа можно отметить более компактные габариты, чем у других моторов при одинаковой мощности. Также они способны длительное время работать на предельных нагрузках без видимого износа основных механизмов. Волновые моторы характеризуются низким уровнем шума при работе и практически отсутствующей вибрацией.

Где купить?

Вместе с тем недостаток данных может привести к неправильному выбору, что в конечном итоге скажется на дальнейшей эксплуатации.

Поэтому все-таки стоит уделить больше времени и ознакомиться со всеми рабочими параметрами, чтобы после покупки вдруг не выяснилось, что двигатель не может справляться с возложенными на него обязанностями.

Производители волновых редукторов предлагают продукцию примерно сопоставимого качества.

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типы

Уровень конкуренции в современном мире чрезвычайно высок, поэтому одна партия бракованных товаров может привести к банкротству компании. Поэтому контроль качества и тщательный подбор комплектующих практикуются на всех заводах на протяжении всего производственного цикла. Поэтому при выборе лучше сделать акцент именно на технически характеристиках, а не на фирме-изготовителе.

Также можно заранее узнать о наличии сервисных центров в конкретном городе, чтобы в случае поломки не пришлось долго искать контору, которая занимается ремонтом подобных устройств. Цена волнового редуктора напрямую зависит от его размеров и функциональных возможностей. Это значение колеблется от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч рублей.

Применение редукторов волнового типа

Конвейеры были разработаны отечественным «Опытно-механическим заводом» и введены в эксплуатацию на некоторых предприятиях лишь в 2014 году. Их использование позволило повысить безопасность производства. Волновые редукторы для ЧПУ пользуются достаточно высоким спросом.

Причем многие заводы предлагают изготовление механизмов по индивидуальным запросам клиента. Для станков с числовым управлением очень важна точность и плавность движений, которую могут обеспечить волновые передачи.

Подобные элементы используются в медицине, ювелирном деле, точном машиностроении и робототехнике.

Стоимость индивидуально изготовленного прибора будет не маленькой, зато он идеально подойдет для выполнения отведенных функций. Кроме того изготовитель выедет на место и поможет осуществить правильную настройку механизма по желанию клиента. Также заказчик может рассчитывать и на гарантийное обслуживание в случае возникновения каких-либо проблем.

Источник: https://promplace.ru/reductory-staty/volnovoi-reduktor-1671.htm

Волновые зубчатые передачи

Волновые зубчатые  передачи создана в 1959 году У. Массером.

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типыПринцип работы волновых передач ( для просмотра анимации нажмите на рисунок)

Структурно она схожа с планетарной, но принципиально отличается по способу передачи движения путем волнового деформирования зубчатого колеса.

Волновые зубчатые передачи, принцип работы

По конструкции такие передачи имеют различные вариации. Обязательными составляющими конструкции волновой зубчатой передачи служат:

  • жесткое зубчатое колесо (1) с внутренними зубьями;
  • тонкостенное гибкое зубчатое колесо (2) с наружными зубьями;
  • генератор волн или волнообразователь (Н);

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типыЖесткое колесо неподвижно закрепляют в корпусе. Волнообразователь растягивает колесо (1) и заставляет его вращаться по внутреннему зацеплению жесткого колеса (2) в противоположном вращательному движению направлении. Образование пар зацепления зубчатых колес осущетвояетсяв двух и более точках. Смещение гибкого колеса по отношению к жесткому происходит на определенное количество зубьев. Разница количества зубьев этих колес равна количеству волн деформации.

Волновые зубчатые передачи, преимущества

  • большие передаточные числа (диапазон от 40 до 320);
  • высокий КПД (0.8 – 0.9);
  • высокий крутящий момент на выходе;
  • передача движения сквозь герметичную перегородку не требующая дополнительных уплотнений;
  • компактность и малогабаритность (в несколько раз меньше зубчатых передач);
  • высокая нагрузочная способность при небольших габаритах и массе;
  • плавность хода и низкий уровень шума во время работы;
  • много парность и многозонность зацепления обеспечивают малую кинематическую погрешность и высокую жесткость механизма;
  • малая вибрация и погрешности при изготовлении и монтаже;
  • высокая надежность и продолжительность срока службы (до 15 лет) из-за простоты, прочности и симметричности конструкции;
  • высокая износостойкость благодаря отсутствию трения скольжения;
  • минимальные затраты на техническое обслуживание (благодаря применению пластичной смазки контроль за уровнем смазки не требуется);
  • быстрый запуски торможение механизмов благодаря малой инерции и высокой динамичности.

Волновые зубчатые передачи, область применения

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типыМеханизмы волновой передачи преобразуют входное вращательное движение в выходное вращательное или поступательное движение. Благодаря вышеописанным достоинствам волновые передачи очень широко применяются в сложных условиях различных областей науки и техники.

А именно:

  • тяжело нагруженные, грузоподъемные и высокоэффективные силовые механизмы приводов редукторов и мультипликаторов (теплоэнергетическая, строительная, пищевая, медицинская промышленность);
  • запорная арматура магистральных нефтепроводов, нефтегазодобывающая и нефтеперерабатывающая промышленность;
  • тяжелые климатические условия (низкие температуры, высокая влажность воздуха, песчаные бури);
  • герметизированные полости глубокого вакуума или химически агрессивных или радиоактивных сред;
  • химическая и атомная промышленность;
  • авиационная, космическая и подводная техника;
  • следящие системы и системы автоматического управления высокой точности, робототехника.
  • Заказать волновые зубчатые передачи всех типоразмеров можно в НТЦ «Редуктор».
  • Для информации или оформления заказа позвоните по многоканальному номеру 8(812)777-8900 или заполните форму ниже.
  • Показать все контакты
  • новые направления
  • Продукция

Источник: https://reduktorntc.ru/production/novye-napravleniya-v-rabote/volnovye-zubchatye-peredachi/

Волновой редуктор — принцип работы, устройство, применение, типы

Волновой редуктор, или, как его еще называют, волновая передача, основывается на том, чтобы передавать вращательное движение, которое возникает за счет бегущей волновой деформации одного из зубчатых колес.

Классификация редукторов

Редукторы бывают конические, цилиндрические, волновые, планетарные – это зубчатые типы передач, а также червячного типа.

Кроме того они могут быть одноступенчатыми, двухступенчатыми и трехступенчатыми системами. При этом в двухступенчатых и трехступенчатых редукторах могут применяться разные типы передач.

Помимо подразделения по типам передач, редукторы делятся и по своему конструктивному исполнению.

Типы редукторов по такому принципу делятся на механические и мотор-редукторы.

Механические редукторы представляют собой просто механические передачи, а мотор-редукторы — это совмещенные в одном корпусе редуктор и электродвигатель. По типу расположения в пространстве редукторы делятся на горизонтальные и вертикальные.

Это интересно: Виды и типы пружин — конические, составные, призматические

Характеристики

Волновые передачи применяются при больших передаточных отношениях, когда требуется повышенная кинематическая точность и низкий уровень шума. Оптимальное передаточное отношение, которое зависит от материала гибкого элемента, составляет 75…320. Коэффициент полезного действия (при передаточном отношении 100) составляет 0,9.

Волновые зубчатые передачи, преимущества

  • большие передаточные числа (диапазон от 40 до 320);
  • высокий КПД (0.8 – 0.9);
  • высокий крутящий момент на выходе;
  • передача движения сквозь герметичную перегородку не требующая дополнительных уплотнений;
  • компактность и малогабаритность (в несколько раз меньше зубчатых передач);
  • высокая нагрузочная способность при небольших габаритах и массе;
  • плавность хода и низкий уровень шума во время работы;
  • много парность и многозонность зацепления обеспечивают малую кинематическую погрешность и высокую жесткость механизма;
  • малая вибрация и погрешности при изготовлении и монтаже;
  • высокая надежность и продолжительность срока службы (до 15 лет) из-за простоты, прочности и симметричности конструкции;
  • высокая износостойкость благодаря отсутствию трения скольжения;
  • минимальные затраты на техническое обслуживание (благодаря применению пластичной смазки контроль за уровнем смазки не требуется);
  • быстрый запуски торможение механизмов благодаря малой инерции и высокой динамичности.

Волновая зубчатая передача

Принцип действия

Состоит из жёсткого неподвижного элемента — зубчатого колеса с внутренними зубьями, неподвижного относительно корпуса передачи; гибкого элемента — тонкостенного упругого зубчатого колеса с наружными зубьями, соединённого с выходным валом; генератора волн — кулачка, эксцентрика или другого механизма, растягивающего гибкий элемент до образования в двух (или более) точках пар зацепления с неподвижным элементом. Число зубьев гибкого колеса несколько меньше числа зубьев неподвижного элемента. Число волн деформации равно числу выступов на генераторе. В вершинах волн зубья гибкого колеса полностью входят в зацепление с зубьями жёсткого, а во впадинах волн — полностью выходят из зацепления. Линейная скорость волн деформации соответствует скорости вершин выступов на генераторе, то есть в гибком элементе существуют бегущие волны с известной линейной скоростью. Разница чисел зубьев жёсткого и гибкого колёс обычно равна (реже кратна) числу волн деформации.

Например, при числе зубьев гибкого колеса 200, неподвижного элемента — 202 и двухволновой передаче (два выступа на генераторе волн) при вращении генератора по часовой стрелке первый зуб гибкого колеса будет входить в первую впадину жёсткого, второй — во вторую и т.д.

до двухсотого зуба и двухсотой впадины. На следующем обороте первый зуб гибкого колеса войдёт в двести первую впадину, второй — в двести вторую, а третий — в первую впадину жёсткого колеса.

Таким образом, за один полный оборот генератора волн гибкое колесо сместится относительно жёсткого на 2 зуба.

Достоинства и недостатки

Достоинства

  • большое передаточное отношение, при малом количестве деталей (i = 80-320)
  • улучшенные массо-габаритные характеристики по сравнению с обычными зубчатыми передачами
  • высокая кинематическая точность и плавность хода
  • высокая нагрузочная способность
  • передача момента через герметичные стенки

Недостатки

  • высокая напряжённость основных элементов гибкого колеса и генератора волн
  • пониженная крутильная жесткость.

Волновые зубчатые передачи, область применения

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типы

А именно:

  • тяжело нагруженные, грузоподъемные и высокоэффективные силовые механизмы приводов редукторов и мультипликаторов (теплоэнергетическая, строительная, пищевая, медицинская промышленность);
  • запорная арматура магистральных нефтепроводов, нефтегазодобывающая и нефтеперерабатывающая промышленность;
  • тяжелые климатические условия (низкие температуры, высокая влажность воздуха, песчаные бури);
  • герметизированные полости глубокого вакуума или химически агрессивных или радиоактивных сред;
  • химическая и атомная промышленность;
  • авиационная, космическая и подводная техника;
  • следящие системы и системы автоматического управления высокой точности, робототехника.

Заказать волновые зубчатые передачи всех типоразмеров можно в НТЦ «Редуктор».

Показать все контакты

Цилиндрические редукторы

Такие редукторы обязаны названию не цилиндрической формой, а типом передачи, которая в них используется. Зубчатый цилиндр является основным валом такого редуктора.

Благодаря своему устройству, редуктор этого типа используется чаще всего в горизонтальном положении, в котором производительность передачи наиболее высока. КПД редуктора такого типа достигает 98%, что зависит от его передаточного числа.

Благодаря высокому КПД нет эффекта рассеивания передаваемой редуктором энергии, и это позволяет избежать нагревания всех элементов механизма. Цилиндрический редуктор бывает одно-, двух-, трех- и четырехступенчатой модификации.

Но чаще используются редукторы с несколькими ступенями, или редукторы, в которых совмещены цилиндрическая и коническая передача. Применяется цилиндрический редуктор в первую очередь в машиностроении и тяжелой промышленности.

Кроме червячных и цилиндрических редукторов, есть типы зубчатой передачи, конические, планетарные и волновые. Такие типы редукторов тоже бывают одноступенчатыми и двухступенчатыми и используются как с моно-передачей, так и с совмещением передач нескольких типов.

Волновой мотор-редуктор

Описание данного типа волновой передачи можно сделать на основе мотора редуктора модели МВз2-160-5,5. Данная модель обладает сдвоенной волновой зубчатой передачей.

Конструкция данного редуктора состоит из гибкого колеса, которое выполнено в виде кольца с тонкими стенками и двумя зубчатыми венцами.

Кроме того, в конструкции имеется и общий для этих деталей кулачковый генератор волн, обладающий гибким подшипником.

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, применение, типы

Также у этой модели есть несколько особенностей, касающихся конструкции редуктора:

  1. Размер вдоль оси вала невелик.
  2. Генератор волн плавающего типа, а соединение с валом электродвигателя шарнирное.
  3. На конце выходного вала этого устройства располагаются прямобочные шлицы.

Этот тип мотора-редуктора может использоваться, как индивидуальный приводной модуль.

Технические параметры мотора-редуктора

Технические параметры для волнового мотора-редуктора — это несколько основных критериев:

  • Первый параметр, которому должен соответствовать редуктор — это крутящийся момент на выходном валу. Он должен составлять — 250 Н⋅м.
  • Второй параметр — это частота вращения вала редуктора. Показатель этого параметра должен быть — 5,5 мин-1.
  • Третий параметр для этого устройства — передаточное отношение. Показатель данного параметра — 264.
  • Коэффициент полезного действия волнового мотора-редуктора должен быть 0,7.
  • Параметры электродвигателя для этой модели следующие: 0,31 кВт мощности, Частота вращения 1450 мин-1, рабочее напряжение для этого механизма 220 В или 380 В.
  • Полный вес устройства составляет 20 кг.

Это основные параметры, которые предъявляются к волновому мотору-редуктору.

Устройство и назначение редуктора

Редуктор — это механизм, который состоит из зубчатых и червячных передач, и выполнен в виде отдельного устройства. Он служит для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочего механизма.

Основное назначение редуктора это понижение угловой скорости и, вследствие этого увеличение крутящего момента ведомого вала по отношению к ведущему.

Есть несколько типов редукторов, можно купить редуктор червячный, цилиндрический редуктор, волновой редуктор, конический угловой редуктор.

Все эти виды обусловлены типом передач, на которых построена работа редуктора, или по типу зубчатых колес, это относится к цилиндрическим и коническим редукторам. Кроме того редукторы подразделяются по числу ступеней передачи, существует одноступенчатый редуктор, двухступенчатый редуктор и редукторы с большим ступенчатым числом.

Редуктор представляет собой корпус, в который помещены все элементы передачи – валы, зубчатые колеса, подшипники и остальное.

Иногда в корпусе редуктора расположены устройства, которые служат для смазки зацепления и подшипников (к примеру, в корпус редуктора может быть размещен шестеренный масляный насос) или охлаждающие устройства (к примеру, змеевик с водой в корпусе червячного двухступенчатого редуктора).

Редукторы проектируются либо для привода конкретного механизма, либо можно купить редуктор, ориентируясь по заданной нагрузке и его передаточному числу без указания конкретного назначения. Так же редукторы подразделяются на горизонтальные и вертикальные, в соответствии с положением вала в пространстве.

Ресурс передач, валов и подшипников редукторов

Наименование показателя
Тип редуктора
Значение показателя, ч
90%-ный ресурс передач и валов Цилиндрический, конический, коническо-цилиндрический, планетарный 25000
90%-ный ресурс подшипников Червячный, глобоидный, волновой 10000
Цилиндрический, конический, коническо-цилиндрический, планетарный 12500
Червячный 5000
Глобоидный, волновой 10000

Расчеты редуктора

Как и для любой другой детали, для создания редуктора необходимо проводить определенные расчеты, которые будут показывать, способно ли устройство выполнять свои функции, а также из какого материала должно выполняться устройство и т.д.

Основным критерием для расчета волнового редуктора, его работоспособности, является прочность гибкого колеса. Оценить данный параметр можно при помощи сопротивления усталости зубчатого венца. Основной габаритный размер передачи — это внутренний диаметр гибкого колеса.

Определяется он по приближенной зависимости сопротивления усталости с учетом нормальных напряжений.

Конструктивные особенности редуктора

Конструктивное исполнение – это корпус, внутри которого находятся все элементы передачи – валы, шестерни и подшипники, зубчатые колеса и другие.

За счет разницы передаточных чисел сопряженных шестерен, редуктор может снижать скорость вращения выходного вала, относительно скорости входного. Благодаря этому свойству, редуктор активно используется как привод для разных двигателей и механизмов.

Универсальность применения, которой обладает редуктор, предопределяет его широкое применение в промышленности.

Для работы, например, конвейера, нужны подшипники и приводные цепи, способные обеспечить движение различных транспортеров и грузовых площадок. Все конвейерные механизмы приводит в движение мотор-редуктор, представляющий собой электродвигатель, конструктивно совмещенный с центральной шестерней редуктора любого типа передачи.

Благодаря тому, что мотор-редуктор имеет простую конструкцию, он не требует постоянного технического обслуживания, а его компактные размеры позволяют закрепить на раму подъемного механизма, не занимая лишнего пространства.

В редукторах высокоточного позиционирования, используются радиально-аксиальные подшипники, установленные в композитные положения, обеспечивающие плавное и бесшумное вращение вала. Редукторы разного типа устроены по своему, их валы могут находиться как в одной плоскости, так и под углом друг к другу.

От этого зависит производительность редуктора и его передаточное число.

Конструктивные исполнения по способу монтажа

  • Примеры условных обозначений и изображений:
  • 121 — соосный редуктор, конструктивное исполнение корпуса на лапах, крепление к потолку, валы горизонтальные, выходной вал слева (рис. 1, а);
  • 2231 — редуктор с параллельными осями, исполнение корпуса с фланцем, поверхность крепления перпендикулярна осям валов, креп­ление к левой стене, валы горизонтальные в вертикальной плоскости (рис. 1, б);
  • 3120 — редуктор с пересекающимися ося­ми, исполнение корпуса навесное, поверхность крепления параллельна осям валов, крепление к потолку, валы горизонтальные (рис. 1, в);

4323 — редуктор со скрещивающимися осями, исполнение корпуса насадное, поверх­ность крепления перпендикулярна оси колеса, выходной вал вертикальный, червяк слева от колеса (рис. 1, г).

Символом ///// обозначена точка фиксации изделия от проворота реактивным моментом и крепление полого выходного вала на валу рабо­чей машины.

Источник: https://intehstroy-spb.ru/osnastka/volnovaya-peredacha.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector