Волновой редуктор своими руками

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, назначение

С момента создания первой зубчатой передачи прошло много лет. Многие известные инженеры приложили немало усилий для усовершенствования этого процесса и изобретения новых механизмов. Одним из таких людей стал американский инженер У. Массер, который в 1959 году изобрел волновой редуктор. Принцип работы был основан на использовании гибкого зубчатого колеса, передающего движение другой шестерне. Это изобретение позволило ускорить развитие многих отраслей промышленности, увеличить передаточное число и точность оборудования.

Особенности конструкции

Устройство волнового редуктора зависит от сферы его применения. Основная цель, для которой используется этот механизм – преобразование входного вращательного движения двигателей в:

  • выходное поступательное;
  • выходное вращательное.

По своей конструкции они схожи с планетарными механизмами так как имеется несколько зон соприкосновения с гибким колесом. Обеспечивает одновременное соприкосновение кулачок. Он имеет несколько выступов, которые образуют волны при вращении. При этом нагрузка распределена по всем зацепляемым зубьям равномерно. При производстве волновых редукторов количество зубьев на колесах варьируется в пределах от 100 до 600.

Место, где вершина волны деформируемого элемента соприкасаются с другой шестерней, называется зоной зацепления.

По количеству таких зон редуктор с гибким элементом может быть:

Большее количество волн встречается крайне редко.

Принцип работы

Волновые редукторы имеют следующий принцип работы:

  1. Недеформируемое колесо с внутренними зубьями крепится в корпусе.
  2. Гибкое зубчатое колесо с тонкими стенками устанавливается на генератор волн.
  3. При вращении генератор волн деформирует гибкое колесо, тем самым перемещает точки соприкосновения наружной и внутренней шестерней.

Плавность хода обеспечивается тем, что на гибком колесе меньшее количество зубьев.

Типы волновых редукторов

Среди всего многообразия устройств данного вида. наибольшее распространение получили волновые мотор-редукторы. Конструкция такого механизма состоит из электродвигателя и непосредственно самой волновой передачи. Основные характеристики, на которые стоит обращать внимание перед покупкой:

  • размеры;
  • мощность;
  • КПД;
  • максимальная нагрузка.

Преимущества таких устройств перед моторами другого типа:

  • меньшие размеры;
  • низкий уровень шума и вибраций;
  • устойчивость к нагрузкам.

Основной способ смазки таких устройств заключается в стандартном подводе масла к соприкасающимся элементам. Тем не менее, в некоторых ситуациях требуются герметичные механизмы, без использования смазывающе-охлаждающей жидкости. Работа волнового редуктора фланцевого с пневмодвигателем происходит без смазки. В таком аппарате охлаждение элементов происходит при помощи сжатого воздуха.

Червячный волновой редуктор имеет два вида размещения червяка в корпусе – верхнюю и нижнюю. Применение такой механизм нашел в космической отрасли, где требуется герметичность.

Используется в конструкции космической лебедки.

Волновая зубчатая передача появилась относительно недавно, но уже успела зарекомендовать себя с положительной стороны. Она обеспечивает большую волновую деформацию, тем самым увеличивая передаточное отношение. Из достоинств также стоит выделить высокий КПД, небольшие размеры и маленький вес.

Применение волнового редуктора

За ряд особенностей, недоступных другим механизмам такого типа, привод с волновым редуктором получил широкое распространение во многих отраслях промышленности. Такое устройство встречается:

  • в космонавтике и авиастроении;
  • в судостроении и на подводных лодках;
  • в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отрасли;
  • на химическом производстве;
  • в атомных электростанциях;
  • в робототехнике и автоматизированных системах;
  • при добыче полезных ископаемых.

Герметичность устройства позволяет использовать его в сложных климатических условиях, в вакууме и под водой. Устойчивость к большим нагрузкам и сложным условиям работы нашло применение для этих аппаратов в атомной энергетике и местах с возможностью взрывов и землетрясений. Точность передаваемых движений позволяет использовать их в станках с числовым программным управлением. Высокий запас прочности и длительный срок эксплуатации позволяет использовать редуктор в любом производстве, внедрить его в технологический процесс, задействовать в работе конвейера, автоматизированных систем и другом оборудовании.

Простая конструкция позволяет собрать такой механизм своими руками, но, если цели использования предполагают применение редуктора в сложном технологическом процессе, стоит приобрести профессиональное оборудование. Его стоимость окажется существенно выше, но производитель дает гарантию на оборудование и выполнение им всех поставленных задач.

Волновые редукторы имеют множество преимуществ, за которые нашли повсеместное применение. Они обладают высоким коэффициентом полезного действия, множеством вариантов передаточных чисел, небольшими размерами, высокой точностью и плавной работой движущихся элементов. Высокая стоимость таких устройств в сравнении с другими редукторами, окупается в длительном сроке эксплуатации и недорогом обслуживании.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Волновые редукторы Harmonic Drive

Важным компонентом современных высокоточных электромеханических систем являются редукторы. Одним из самых распространённых типов высокоточных редукторов являются волновые редукторы, впервые выведенные на рынок компанией Harmonic Drive более 45 лет назад. За прошедшее время ассортимент продукции в каталоге компании многократно увеличился, и разобраться в различиях многочисленных серий редукторов может оказаться непросто. Предлагаемая статья попробует в этом помочь.

Принцип действия

В состав волновой зубчатой передачи классической конструкции входят три основных элемента: генератор волны, гибкое кольцо и жёсткое кольцо. С точки зрения конструкции, генератор волны – это тонкостенный шарикоподшипник, напрессованный на эллиптическую втулку. Гибкое кольцо — это тонкостенное зубчатое колесо с внешним зубом. Когда при сборке генератор волны устанавливается внутрь гибкого кольца, то последнее деформируется и принимает форму генератора волны. Жёсткое кольцо представляет собой зубчатое кольцо с внутренним зубом. Количество зубьев жёсткого кольца обычно на 2 меньше чем у гибкого кольца (несколько реже делают разницу в 4 зуба). При сборке волнового редуктора гибкое кольцо, установленное на генератор волны, помещается внутрь жёсткого кольца. Зубья жёсткого кольца и гибкого кольца входят в зацепление в двух зонах, которые располагаются на большой полуоси генератора волны (который имеет форму эллипса).

Когда генератор волны поворачивается, то по мере его поворота зоны зацепления зубьев смещаются по окружности жёсткого кольца. Благодаря тому, что количество зубьев на гибком и жёстком кольце различно, после того как генератор волны поворачивается на 360°, жёсткое кольцо оказывается смещено относительно жёсткого, при этом величина смещения соответствует разнице в числе зубьев этих колёс. Если при этом жёсткое кольцо неподвижно, то при быстром вращении генератора волны получаем медленное вращение гибкого кольца. Устройство в этом случае является понижающим редуктором: генератор волны является входом, гибкое кольцо – выходом, а жёсткое кольцо является корпусом.

Если изменять элементы волнового редуктора, используемые в качестве входного и выходного элемента, то устройство можно будет использовать в качестве повышающего редуктора, или например, поменять направление вращения выхода относительно входа. Третий элемент волнового редуктора не обязательно должен оставаться неподвижным. Если он также приводится во вращение, то устройство работает в качестве дифференциального редуктора.
Специфика конструкции волнового редуктора обеспечивает отсутствие люфта, что позволяет им находить применение в различных областях техники, требующих точной передачи вращения. Широкое применение волновых редукторов влечёт за собой очень различные требования к конструкции, что воплощается в широкий ассортимент редукторов в каталоге Harmonic Drive.

Конструкция редукторов: варианты

По конструкции все поставляемые волновые редукторы можно разделить на несколько групп. Самые простые по конструкции редукторы – это установочные комплекты. Они представляют собой три основных детали редуктора, пригнанные друг к другу, но не собранные в единое изделие. Подшипники в такой комплектации отсутствуют и при интеграции такого редуктора в конечное изделие можно установить именно те подшипники, которые наиболее подходят для конкретного применения. Такая возможность может дать преимущество в случае, когда подшипники стандартных готовых редукторов не устраивают по тем или иным параметрам. Вал в такой комплектации также отсутствует (ни полого, ни сплошного вала просто нет). Некоторые серии установочных комплектов снабжаются кулачково-дисковой муфтой на генераторе волны для компенсации несоосности вала. Легко видеть, что такая конструкция даёт большую гибкость в проектировании конечной системы и позволяет оптимально состыковать волновой редуктор с остальной частью системы.

Вторая группа по конструктивному исполнению – редукторы в исполнении модуль. Эти редукторы представляют собой полностью собранные изделия с установленными подшипниками, дополнительными корпусными деталями и часто с установленным валом — полым или сплошным. Несмотря на то, что полностью собранные изделия не дают такой же гибкости в построении системы, как и установочные комплекты, использование их упрощает конструирование за счёт отсутствия необходимости установки подшипников и вала. Ещё одна особенность этого конструктивного исполнения – отсутствие сплошного наружного корпуса у редуктора.

Третья группа по конструктивному исполнению – корпусированные редукторы. Они, так же как и модули, представляют собой полностью собранные изделия, однако в отличие от них имеют наружный корпус. Корпусные редукторы всегда снабжаются подшипниками, входным и часто входным валом. Полый вал в таких редукторах в настоящее время отсутствует.

Читать еще:  Краскопульт своими руками в домашних условиях

Вопрос о полом вале

Ещё один важный конструктивная особенность, важная во многих практических применениях, по которой можно провести различие между различными сериями редукторов – это наличие полого вала. Самый простой случай – полый вал уже есть (см. например чертёж редуктора из серии HFUS-2UH на рис. 1, полый вал выделен цветом). Полый вал здесь уже реализован как отдельный конструктивный элемент в стандартном каталожном исполнении редуктора. Второй случай относится к тем редукторам где полого вала нет – не предусмотрен в конструкции. Пример такой конструкции – редуктор серии CSD-2UH (см. рис. 2, выделено цветом).

Рис. 1 Пример волнового редуктора
с полым валом

Рис. 2 Пример волнового редуктора
без полого вала

Третий вариант конструкции – полый вал не установлен, но имеется сквозное отверстие, позволяющее это сделать без дополнительных модификаций редуктора. Пример — редуктор SHD-2UH (см. рис. 3). На ряде серий редукторов полый вал отсутствует, и на генератор волны установлена кулачково-дисковая муфта с втулкой со шпоночным пазом для установки на вал двигателя со шпонкой. Примером может служить CobaltLine-2UH (см. рис. 4). В таких редукторах полый вал установить можно только при наличии заказной модификации редуктора без входных элементов на генераторе волны (снимаются муфта и втулка).

Рис. 3 Пример волнового редуктора
с возможностью установить полый вал

Рис. 4 Пример волнового редуктора,
где требуется доработка для установки полого вала


Основные серии установочных комплектов

В каталоге Harmonic Drive в настоящее время представлено шесть серий редукторов в исполнении установочный комплект. Все эти серии отличаются по параметрам и в частности по производительности. Можно выделить группу серий с базовой производительностью: HFUC-2A, HFUS-2A и CPL-2A. Серия HFUC представлена в самом широком диапазоне габаритов (типоразмеров): от 8 до 100, в части прочих параметров она занимает среднее положение. Гибкое кольцо выполнено в классической форме «кастрюля». Серия HFUS имеет несколько иную конструкцию: гибкое кольцо выполнено в форме «шляпа», что даёт больше пространства внутри редуктора. С другой стороны, по этой причине наружный диаметр и масса редукторов HFUS-2A несколько увеличились по сравнению с аналогичными редукторами HFUC-2A. Серия установочных комплектов CPL-2A была разработана для применения в авиационных и космических системах, где требуется минимальные размеры и масса. При разработке была проведена оптимизация конструкции, благодаря чему масса и длина редуктора были уменьшены, и при этом удалось сохранить на прежнем уровне номинальный момент.

Ещё одна группа серий характеризуется увеличенной производительностью: номинальный момент у них выше, чем у серий с базовой производительностью. К таким сериям относятся CSG-2A и CobaltLine-2A. Обе серии кроме увеличенного номинального момента (примерно на 30%) имеют также значительно (на 40%) увеличенный срок службы по сравнению с сериями базовой производительности. По остальным параметрам и по конструкции эти две серии одинаковы, различие состоит в месте производства: CSG-2A на заводе в Японии, CobaltLine-2A – на заводе в Германии.


Рис. 6 CobaltLine Double

Кроме двух перечисленных выше, есть ещё одна группа редукторов, отличающихся пониженной производительностью для тех же типоразмеров. В настоящее время к этой группе относится только одна серия: CSD-2A. Эта серия имеет пониженную массу (на 40% по сравнению с HFUC) и значительно сниженную осевую длину (на 50%). Легко видеть, что по длине эта серия даже более компактна, чем CPL-2A (у последней длина короче, чем у HFUC, всего на 10%), однако за это приходится расплачиваться более низкой производительностью.

Поскольку установочные комплекты содержат в себе необходимый минимум компонентов с тем, чтобы все остальные детали добавлялись при интеграции редуктора в конструкцию конечного изделия, то полый вал как элемент конструкции также отсутствует. Он может быть установлен непосредственно в конечном изделии, если это необходимо. Кроме того, необходимо отметить что установочные комплекты поставляются.

Основные серии модулей

Ассортимент волновых редукторов в исполнении модуль, выпускаемых компанией Harmonic Drive существенно более широк, чем установочных комплектов. Они также как и установочные комплекты могут быть разделены на несколько групп по производительности, а также по наличию или отсутствию полого вала.

Среди волновых редукторов в исполнении модуль полый вал отсутствует в 10 сериях (2 серии со входным валом, 1 серия без отверстия в центре редуктора и остальные со входным элементом под вал со шпонкой). Из них четыре серии относятся к группе базовой производительности. Серия HFUC-2UH здесь тоже выступает в роли базовой серии со средним уровнем параметров и самым широким диапазоном габаритов. Серия HFUS-2SO отличается формой генератора волны («шляпа») и уменьшенной осевой длиной. Серии CPU-S и CPU-M отличаются входным элементом – входной вал и втулка со шпоночным пазом для установки на двигатель соответственно. Кроме того они имеют расширенный диапазон температур и массу увеличенную по сравнению с HFUC-2UH.

К редукторам увеличенной производительности среди серий в исполнении модуль без полого вала можно отнести пять серий: SHG-2SO, CSG-2UH, CobaltLine-2UH, CobaltLine-CPS и CobaltLine-CPM. Все представители этой группы серий имеют увеличенный на 30% номинальный момент и срок службы увеличенный на 40% по сравнению с сериями базовой производительности. Серия SHG-2SO при этом является развитием серии редукторов HFUS-2SO: размеры редукторов одинаковы, отличаются только момент и срок службы. Аналогичная ситуация и с редукторами CSG-2UH и HFUC-2UH: разница в конструкции и размерах минимальна. Серия CobaltLine-2UH имеет по сравнению с CSG-2UH расширенный диапазон рабочих температур. CobaltLine-CPM и CobaltLine-CPS представляют собой варианты для непосредственной установки на двигатель и с входным валом.

К группе серий с пониженной производительностью среди модулей без полого вала относится только одна серия – CSD-2UH. Эта серия наряду с меньшим на 30% номинальным моментом, имеет меньший диаметр, меньшую осевую длину и массу, чем HFUC-2UH.


Рис. 7 CSD-2UH

Среди волновых редукторов в исполнении модуль есть группа серий с полым валом (или с возможностью его легко установить). Из имеющихся в каталоге десяти серий подобных редукторов, полый вал физически установлен в 6 сериях и ещё в двух есть возможность его установки без дополнительных модификаций. Из этих серий три – HFUS-2UH, HFUS-2SH и CPU-H можно отнести к группе изделий со средней производительностью. Обе упомянутые серии редукторов HFUS имеют низкую входную скорость (на 70% ниже) и высокую массу (до 60%), чем например у HFUC-2UH. При этом HFUS-2SH имеет более короткую конструкцию. Серия редукторов CPU-H имеет усиленные подшипники и расширенный диапазон рабочих температур, и также пониженную входную скорость.

Три серии редукторов в исполнении модуль с полым валом можно отнести к группе серий повышенной производительности: SHG-2SH, SHG-2UH и CobaltLine-CPH. Первые две серии являются развитием HFUS-2SH и HFUS-2UH соответственно с увеличенным на 30% номинальным моментом и сроком службы, увеличенным на 40%. Аналогичным образом, CobaltLine-CPH является улучшенной версией редуктора CPU-H с увеличенным номинальным моментом и сроком службы.

Две серии редукторов в исполнении модуль с полым валом имеют пониженную производительность. Это серии SHD-2SH и CSD-2UF. По сравнению с сериями стандартной производительности, они имеют укороченную конструкцию и номинальный момент, сниженный на 30%. Редукторы серии SHD-2SH кроме того имеет массу меньше чем CSD-2UF.


Рис. 8 SHD-2SH

Корпусные малогабаритные редукторы

В отдельную группу изделий можно выделить волновые редукторы, заключённые в сплошной наружный корпус. Сейчас в каталоге представлено две серии редукторов в таком исполнении: PMG и CSF-mini.Обе серии выпускаются в виде малогабаритных редукторов: габарит не превосходит 14, в то время как установочные комплекты и модули в подавляющем большинстве выпускаются в более крупных габаритах (14 и выше).

Волновой редуктор / Harmonic drive

Тема раздела Триал и Трофи в категории Автомодели; Применение волновой редуктора в качестве колесного или основного редуктора. Речь идёт о типе HDUC-8-50 с передаточным отношением 1:50. Этот редуктор .

Опции темы

Применение волновой редуктора в качестве колесного или основного редуктора.

Речь идёт о типе HDUC-8-50 с передаточным отношением 1:50. Этот редуктор изготовляется в Японии. Все редуктора изготовляются попарно (можно сказать индивидуально). Сначала изготовляется волновой генератор, а затем по нему изготоляют гибкое зубчатое колесо и жесткое зубчатое колесо.
Этот редуктор практически вообще не имеет люфт.

Волновые передачи:
Назначение и области применения:
Волновой передачей называется зубчатый или фрикционный механизм, предназначенный для передачи и преобразования движения (обычно вращательного), в котором движение преобразуется за счет волновой деформации венца гибкого колеса специальным звеном (узлом) – генератором волн. Основными элементами дифференциального волнового механизма являются: входной или быстроходный вал с генератором волн, гибкое колесо с муфтой, соединяющей его с первым тихоходным валом, жесткое колесо, соединенное со вторым тихоходным валом, корпус.
Рис. 18.1

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. 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. 18.2.
Рис. 18.2

Читать еще:  Как сделать динамометрический ключ своими руками

Волновые передачи кинематически представляют собой планетарные передачи с одним из колес в виде гибкого венца. Гибкий венец деформируется генератором волн и входит в зацепление с центральным колесом в двух зонах.
Принцип волновых передач заключается в многопарности зацепления зубьев, которая определяет все положительные качества этих передач по сравнению с другими.
Волновые передачи в сравнении с обычными зубчатыми имеют меньшую массу и меньшие габариты, обеспечивают более высокую кинематическую точность, имеют меньший мертвый ход, обладают высокой демпфирующей способностью (в 4—5 раз большей, чем у обычных), работают с меньшим шумом.
При необходимости волновые передачи позволяют передавать движение в герметизированное пространство без применения сальников.
Волновые передачи позволяют осуществлять большие передаточные отношения в одной ступени; при зубчатых колесах из стали Umin = 60 (ограничивается прочностью при изгибе гибкого колеса) и Umax = 300 (ограничивается минимально допустимой величиной модуля, равной 0,2. 0,15 мм). При этом КПД равен 80. 90 %, как и в планетарных передачах с тем же передаточным отношением.
К недостаткам волновых передач можно отнести ограниченные частоты вращения ведущего вала генератора волн при больших диаметрах колес (во избежание боль¬ших окружных скоростей генератора), мелкие модули зубчатых колес (0,15. 2 мм). При серийном изготовлении в специализированном производстве вол¬новые передачи дешевле планетарных. Крутильная жесткость волновых передач несколько меньше простых зубчатых, но обычно является достаточной.
На рис. 1 гибкий венец 1 нарезан на деформируемом конце тонкой цилиндрической оболочки 5, другой конец которой через тонкое дно соединяется с выходным валом 4.
Генератор волн 3 состоит из овального кулачка соответствующего профиля и специального шарикоподшипника 6 с гибкими кольцами. Иногда выполняют генератор волн в виде двух дисков (роликов), расположенных на валу или в виде четырех роликов. Сборку зацепления можно осуществить только после деформации гибкого колеса.
На концах большой оси вала зубья зацепляются по всей высоте, на малой оси зубья не зацепляются. Между этими участками зубья гибкого колеса погружены во впадины жесткого колеса на разную глубину. Зацепление напоминает шлицевое соединение.
При вращении генератора волн гибкий зубчатый венец обкатывается по неподвижному колесу, вращая оболочку и вал. Радиальные перемещения w гибкого колеса по окружности имеют два максимума и два минимума, т. е. две волны. Поэтому передачу называют двухволновой. Возможны трехволновые передачи, но их применяют редко, так как в трехволновой передаче выше напряжения изгиба в гибком колесе.
Если оболочка неподвижно соединена с корпусом, то вращение от генератора передается жесткому колесу с внутренними зубьями.

Волновой редуктор: определение, описание, виды и принцип работы

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.

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.

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 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.

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.
Читать еще:  Как сделать мини бормашину своими руками

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.

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.

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.

Волновой редуктор / Harmonic drive

Тема раздела Триал и Трофи в категории Автомодели; Применение волновой редуктора в качестве колесного или основного редуктора. Речь идёт о типе HDUC-8-50 с передаточным отношением 1:50. Этот редуктор .

Опции темы

Применение волновой редуктора в качестве колесного или основного редуктора.

Речь идёт о типе HDUC-8-50 с передаточным отношением 1:50. Этот редуктор изготовляется в Японии. Все редуктора изготовляются попарно (можно сказать индивидуально). Сначала изготовляется волновой генератор, а затем по нему изготоляют гибкое зубчатое колесо и жесткое зубчатое колесо.
Этот редуктор практически вообще не имеет люфт.

Волновые передачи:
Назначение и области применения:
Волновой передачей называется зубчатый или фрикционный механизм, предназначенный для передачи и преобразования движения (обычно вращательного), в котором движение преобразуется за счет волновой деформации венца гибкого колеса специальным звеном (узлом) – генератором волн. Основными элементами дифференциального волнового механизма являются: входной или быстроходный вал с генератором волн, гибкое колесо с муфтой, соединяющей его с первым тихоходным валом, жесткое колесо, соединенное со вторым тихоходным валом, корпус.
Рис. 18.1

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. 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. 18.2.
Рис. 18.2

Волновые передачи кинематически представляют собой планетарные передачи с одним из колес в виде гибкого венца. Гибкий венец деформируется генератором волн и входит в зацепление с центральным колесом в двух зонах.
Принцип волновых передач заключается в многопарности зацепления зубьев, которая определяет все положительные качества этих передач по сравнению с другими.
Волновые передачи в сравнении с обычными зубчатыми имеют меньшую массу и меньшие габариты, обеспечивают более высокую кинематическую точность, имеют меньший мертвый ход, обладают высокой демпфирующей способностью (в 4—5 раз большей, чем у обычных), работают с меньшим шумом.
При необходимости волновые передачи позволяют передавать движение в герметизированное пространство без применения сальников.
Волновые передачи позволяют осуществлять большие передаточные отношения в одной ступени; при зубчатых колесах из стали Umin = 60 (ограничивается прочностью при изгибе гибкого колеса) и Umax = 300 (ограничивается минимально допустимой величиной модуля, равной 0,2. 0,15 мм). При этом КПД равен 80. 90 %, как и в планетарных передачах с тем же передаточным отношением.
К недостаткам волновых передач можно отнести ограниченные частоты вращения ведущего вала генератора волн при больших диаметрах колес (во избежание боль¬ших окружных скоростей генератора), мелкие модули зубчатых колес (0,15. 2 мм). При серийном изготовлении в специализированном производстве вол¬новые передачи дешевле планетарных. Крутильная жесткость волновых передач несколько меньше простых зубчатых, но обычно является достаточной.
На рис. 1 гибкий венец 1 нарезан на деформируемом конце тонкой цилиндрической оболочки 5, другой конец которой через тонкое дно соединяется с выходным валом 4.
Генератор волн 3 состоит из овального кулачка соответствующего профиля и специального шарикоподшипника 6 с гибкими кольцами. Иногда выполняют генератор волн в виде двух дисков (роликов), расположенных на валу или в виде четырех роликов. Сборку зацепления можно осуществить только после деформации гибкого колеса.
На концах большой оси вала зубья зацепляются по всей высоте, на малой оси зубья не зацепляются. Между этими участками зубья гибкого колеса погружены во впадины жесткого колеса на разную глубину. Зацепление напоминает шлицевое соединение.
При вращении генератора волн гибкий зубчатый венец обкатывается по неподвижному колесу, вращая оболочку и вал. Радиальные перемещения w гибкого колеса по окружности имеют два максимума и два минимума, т. е. две волны. Поэтому передачу называют двухволновой. Возможны трехволновые передачи, но их применяют редко, так как в трехволновой передаче выше напряжения изгиба в гибком колесе.
Если оболочка неподвижно соединена с корпусом, то вращение от генератора передается жесткому колесу с внутренними зубьями.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector