Переваги і недоліки хвильових передач

Хвильові передачі

Коротке содержание:Назначение і сфери застосування.Переваги і недоліки хвильових передач.Класифікація типових структурних схем Взп.Структура хвильової зубчатої передачі.Кінематика хвильового механізму. Розрахунок геометрії хвильового зубчатого зачеплення.

Контрольні питання | Список додаткової літератури

Призначення і сфери застосування

Хвильовою передачею називається зубчатий або фрикційний механізм, призначений для передачі і перетворення руху (зазвичай обертального), в якому рух перетвориться за рахунок хвильової деформації вінця гнучкого колеса спеціальною ланкою (вузлом) - генератором хвиль. Основними елементами диференціального хвильового механізму є: вхідний або швидкохідний вал з генератором хвиль, гнучке колесо з муфтою, що сполучає його з першим тихохідним валом, жорстке колесо, сполучене з другим тихохідним валом, корпус.

Мал. 18.1

Існує велика кількість конструкцій хвильових механізмів. Зазвичай ці механізми перетворять вхідний обертальний рух у вихідне обертальне або поступальне. Хвильові механізми можна розглядати як один з різновидів багатопотокових планетарних механізмів, оскільки вони володіють багатозонними, а у разі зубчатого механізму, і багатопарним контактом вихідної ланки з гнучким колесом. Багатозонний контакт забезпечується за рахунок форми генератора хвиль (кулачок частіше з двома, рідко з трьома виступами), багатопарний - за рахунок податливості зубчатого вінця гнучкого колеса. Таке поєднання дозволяє хвильовим механізмам передавати значні навантаження при малих габаритах. Податливість зубчатого вінця забезпечує достатньо рівномірний розподіл навантаження по зубах, що знаходяться в зоні зачеплення. При номінальних навантаженнях відсоток зубів що знаходяться в зачепленні складає 15-25% від загального їх числа. Тому в хвильових передачах застосовується мелкомодульное зачеплення, а числа зубів коліс лежать в межах від 100 до 600. Зона зачеплення в хвильовій зубчатій передачі збігається з вершиною хвилі деформації. По числу зон або хвиль передачі діляться на одноволновые, двоххвильових і так далі. Передачі з числом хвиль більше трьох застосовуються рідко. Розподіл передаваних зусиль по декількох зонах зменшує навантаження на елементи пар і дозволяє істотно зменшувати габаритні розміри і масу механізмів. Багатозонний і багатопарний контакт ланок істотно збільшує жорсткість механізму, а за рахунок усереднювання помилок і зазорів, зменшує мертвий хід і кінематичну погрішність механізму. Тому хвильові механізми володіють високою кінематичною точністю і, не дивлячись на наявність гнучкого елементу, достатньо високою жорсткістю. Що утворюються в структурі хвильового механізму внутрішні контури, збільшують теоретичне число надмірних або пасивних зв'язків в механізмі. Проте гнучке колесо за рахунок податливості компенсує ряд виникаючих перекосів. Тому при виготовленні і збірці хвильових механізмів число необхідних компенсаційних розв'язок менше ніж в аналогічних механізмах з жорсткими ланками.

Гнучке колесо забезпечує хвильовим передачам можливість передачі руху через герметичну стінку, яка розділяє два середовища (наприклад, космічний апарат і відкритий космос). При цьому гнучке колесо виконується як елемент герметичної стінки, вхідний вал і генератор хвиль розташовуються по одну сторону стінки (усередині космічного апарату), а вихідна ланка - по іншу (у космічному просторі). Схема герметичної хвильової передачі приведена на мал. 18.2.

Мал. 18.2

Переваги і недоліки хвильових передач

Переваги:

Можливість реалізації в одному ступені при двоххвильовому генераторі хвиль великих передавальних стосунків в діапазоні від 40 до 300.

Висока здатність навантаження при щодо малих габаритах і масі.

Малий мертвий хід і висока кінематична точність.

Можливість передачі руху через герметичну перегородку.

Малий приведений до вхідного валу момент інерції (для механізмів з дисковими генераторами хвиль).

Недоліки:

Менша приведена до вихідного валу крутильна жорсткість.

Складна технологія виготовлення гнучких зубчатих коліс.

Структура хвильової зубчатої передачі:

Розглянемо одноволновую зубчату передачу з генератором хвиль, який утворює з гнучким колесом пару ковзання. Хвильова передача не може розглядатися в рамках раніше прийнятих нами допущень, оскільки в ній міститься гнучка ланка. Тому необхідно визначити місце гнучкого елементу в структурі механізму. Гнучкий зв'язок зазвичай допускає по дією силових дій певні відносні переміщення ланок, що сполучаються. Тому її віднесемо до стосунків між елементами або до пружної кінематичної пари. Зубчате колесо є замкнутою системою зубів. У кожен даний момент в контакті у вищій парі можуть знаходиться один або декілька зубів. Оскільки зубчаті колеса - ланки, то зуби - елементи вищої кінематичної пари. Тому багатопарний контакт між зубчатими колесами є контактом між елементами однієї кінематичної пари. Пасивні або надмірні зв'язки, що виникають в цьому контакті, відносяться до внутрішніх зв'язків кінематичної пари і в структурному аналізі на рівні ланок не враховуються. Тому вважаємо, що в зачепленні знаходиться один зуб. Структурна схема механізму із зупиненим жорстким колесом при гнучкому з'єднанні зуба з валом гнучкого колеса може бути представлена наступному образом.

Хвильова зубчата передача з пружною муфтою - стаканом.   Мал. 18.3

Хвильова зубчата передача з хвильовою зубчатою муфтою.   Мал. 18.4

Розглянемо ланки і кінематичні пари механізмів:

ланки:

0 - корпус із закріпленим на нім жорстким колесом.
1 - швидкохідний вал з генератором хвиль.
2 - зуб гнучкого колеса.
3 - вал гнучкого колеса.

кінематичні пари:

А1ві Е1в - одноподвижные обертальні пари.
В2н- двохрухома нижча пара (рис.18.5). Ця пара утворена зубом гнучкого колеса і кулачком генератора хвиль. Пара допускає два незалежні рухи зуба щодо кулачка: по дотичній до профілю кулачка (по осі х) і в осьовому напрямі (по осі у). Обертання зуба навколо осі у і переміщення його по осі z не є незалежними і визначаються формою профілю кулачка.

Мал. 18.5	Мал. 18.6

D3упр- двохрухомий пружний шарнір (рис.18.6). Дана кінематична пара повинна забезпечувати зубу гнучкого колеса 2 можливість виконувати рухи деформації щодо валу 3, але відносні рухи в тангенціальному напрямі (по осі х) заборонені. Аналогічні рухи забезпечує пара D3муф в зубчатому з'єднанні в хвильовій зубчатій муфті і пара С3вп в хвильовому зубчатому зачепленні (рис.18.7).

Осі координат в зубчатій парі прямують так:
ось z - по дотичній до профілів в точці контакту, вісь х - по нормалі до профілів і вісь у - по лінії контакту зубів.

Мал. 18.7

Рухливість механізму підраховується таким чином:

n = 3, p1 = 2, p2 = 1, p3 = 2.
Wпр = 6? 3 - 5? 2 - 4? 1 - 3? 2 = 18 - 20 = -2.

У механізмі є одна місцева рухливість Wм= 1 - рухливість зуба гнучкого колеса в осьовому напрямі (по осі у).
Заданная або основна рухливість механізму W0= 1.

Число надмірних зв'язків в механізмі рівне:
qпр = W0 + Wм + Wпр = 1+1- (-2) = 4.

Ці надмірні або пасивні зв'язки визначають вимогу паралельності осей пар В, С,d і Е осі пари А.

Рух всіх ланок хвильового механізму здійснюється в паралельній плоскості. Тому механізм хвильової зубчатої передачі можна розглядати як плоский.

В цьому випадку:
n = 3; p1 = 3; p2 = 2;
Wпл = 3? 3 - 2? 3 - 1? 2 = 9 - 8 = 1.
Wм= 0; W0 = 1; qпл = W0 + Wм + Wпл = 1-1 = 0.