Волновая передача. Вариант волновых зубчатых фрикционных одноступенчатых передач

  

Вся электронная библиотека >>>

 Роботы >>>

 

 

 ОСНОВЫ РОБОТОТЕХНИКИ


Раздел: Наука и техника

 

7.8.6. Волновая передача

  

Волновые передачи служат для передачи вращательного движения, а также могут быть использованы для преобразования вращательного движения в поступательное (волновая резьбовая передача) с большими передаточными числами. Они отличаются сравнительной простотой конструкции, возможностью реализации больших передаточных чисел в одной ступени, малыми габаритными размерами и массой при высокой нагрузочной способности, практической безлюфтовостью (многопарное зацепление) и достаточно высоким КПД (до 0,85). К недостаткам волновых передач относятся пониженная жесткость, относительная сложность изготовления и достижения достаточной долговечности.

Волновые зубчатые передачи (ВЗП) нашли широкое применение в электромеханических приводах лучших зарубежных ("ASEA", "SRILAM", "Kuka" и др.) и отечественных (ТУР-10) промышленных роботов. Наряду с зубчатыми волновыми передачами весьма перспективными в качестве передаточных и исполнительных механизмов роботов являются резьбовые, дифференциальные и муфтовые волновые устройства, особенности построения которых и элементы теории не получили достаточного освещения в литературе.

При поступательном движении ведущей каретки п со скоростью V/, относительно прикрепленного к корпусу гибкого элемента 9 возникает волна деформации, воздействующая на ролик ведомой каретки Ь и обеспечивающая ее поступательное движение, при этом ведущий и ведомый ролики кареток взаимно обкатываются с угловыми

Принцип работы волнового механизма можно рассмотреть на примере передачи движения через гибкий тонкостенный элемент, к которому с обеих сторон прижимаются каретки с роликами на концах, имеющие возможность линейного перемещения в направивших корпуса.

При замыкании элементов волновой линейной передачи в окружность с центром О и вращении ведущего элемента h с угловой скроростью ведомый элемент b будет вращаться в том же направлении со скоростью, т.е. получим волновую вращательную передачу с внешним генератором волн Н. При равенстве диаметров роликов "ведущей и ведомой кареток редуцирования движения не происходит и волновая вращательная передача выполняет роль муфты, являясь волновым муфтовым механизмом. В осевом сечении гибкий элемент такой волновой вращательной нередуцируемой передачи может иметь различную форму, в зависимости от которой волновая муфта может быть цилиндрической ( 7.27,а), конической ( 7.27,6), торцевой ( 7.27,в) или осевой (трубчатой) ( 7.27,г). Передача вращательного движения у волновых нередуцируемых передач может осуществляться с одинаковой частотой как от звена Н к звену Ь, так и в обратном направлении.

В случае выполнения элемента b в виде жесткого кольца с зубьями на одной из поверхностей (наружной или внутренней), находящимися в зацеплении с такими же зубьями соответствующей поверхности гибкого элемента д, получим волновую редуцируемую передачу, называемую волновой зубчатой ( 7.28,а), в данном случае - с внутренним генератором волн h. Волновая редуцируемая передача может быть также фрикционной ( 7.28,6), резьбовой ( 7.28,в) и осевой ( 7.28,г). Ведущим звеном такой передачи обычно бывает генератор волн, и тогда передача работает в качестве редуктора ( 7.29). Если ведущим является вал гибкого или жесткого колеса, то передача работает как мультипликатор. В зависимости от числа генерируемых волн передачи могут быть одноволновыми (волна через 360°), двухволновыми (волна через 180°), трехволновыми (волна через 120°) и т.д. Преимущественное распространение получили двухволновые передачи.

Одна из разновидностей зубчатых волновых передач - герметичная, используемая в качестве ввода движения в манипуляторах и роботах химической, атомной, космической и других областях техники. У механизмов ввода движения неподвижным звеном всегда является гибкий элемент, причем исполнение его в качестве герметизирующего, например, в виде глухого цельнометаллического стакана с фланцем ( 7.30), позволяет передавать движение из одной среды в другую без контактных уплотнений и дополнительных приводных передач (вращательных или поступательных).

 При выполнении на жестком b и гибком д элементах вместо зубьев винтовой резьбы получим редуцируемую волновую резьбовую (винтовую) передачу винт-гайка. Рассмотрим отличительные особенности различных волновых передач по их кинематическим признакам.

Волновая зубчатая цилиндрическая передача (в далнейшем - волновая зубчатая) имеет гибкое колесо с наружными, а жесткое - с внутренними зубьями при внутреннем расположении генератора ( 7.28,6) и наоборот - при его наружном расположении ( 7.29, в, г). Относительные положения зубьев в характерных точках А, А', В, В', Е, Е' при внутреннем расположении генератора показаны на  7.31.

Зубья, на которые "набегает" генератор, входят в зацепление, совершая рабочий ход, а те, от которых "убегает" генератор, выходят из зацепления, соприкасаясь другими сторонами профилей и совершая при этом холостой ход. Аналогично волновым фрикционным передачам у волновых зубчатых разности диаметров делительных окружностей недеформированных колес должны быть равны 2 IV0, где 1У0 - величина радиальной деформации гибкого элемента на большой оси контура генератора волн.

Различные кинематические варианты волновых зубчатых (или фрикционных) одноступенчатых передач. Анализ кинематических схем и выражений для передаточных отношений указывает на возможность создания на основе волновых передач дифференциальных механизмов, осуществляющих сложение двух видов движения или разделение одного на два, что особенно важно для передаточных механизмов промышленных роботов.

Диапазон передочных отношений для волновых зубчатых передач составляет от 80 до 300. Нижнее предельное значение ограничено условием прочности, верхнее - диаметром гибких колес. Материалом для гибких колес обычно служат углеродистые легированные стали марок 40Х, ЗОХГСА, 30ХМА, 40ХНМА с термообработкой до твердостей НВ > 300.

Для уменьшения габаритных размеров и массы волновой зубчатой передачи, а также повышения циклической долговечности целесообразно выполнять ее двуступенчатой. Первая ступень в этом случае встраивается в волновую передачу и делается в виде передачи зубчатой, планетарной или с промежуточными телами качения.

Незначительная разность диаметров колес в сочетании с податливостью гибкого колеса позволяет осуществлять одновременное зацепление большого числа зубьев (до 30-40 % от zb или zg) вместо одной-двух пар зубьев в простой передаче, что является важным преимуществом волновых зубчатых передач, обеспечивает их повышенную нагрузочную способность и высокую кинематическую точность.

Волновая дифференциальная передача имеет различные конструктивные варианты и обладает широкими кинематическими возможностями при хорошей компактности и малых габаритных размерах, что делает ее перспективной для применения в манипуляторах современных роботов.

Особенности контакта в паре винт-гайка волновых резьбовых передач позволяют выделить следующие их типы: волновые передачи винт-гайка трением, зацеплением и трением, зацеплением.

При вращении генератора волн и деформировании им гибкого звена средний диаметр жесткого и условный средний диаметр в зоне максимального сближения (деформирования) гибкого звеньев совпадают, в зацеплении происходит взаимное обкатывание профилей витков, присущее зубчатым передачам зацепления, т.е. увеличивается доля трения качения. Одновременно вследствие разной длины винтовых линий жесткое звено передачи винт-гайка зацеплением и трением, как и в резьбовой передаче трением, поворачивается на угол у. Жесткое звено передачи винт-гайка зацеплением получает только поступательное перемещение. При этом в зацеплении происходит одновременное шаговое скольжение профилей в радиальном и тангенциальном направлениях для передачи винт-гайка зацеплением и в радиальном направлении для передачи винт-гайка зацеплением и трением. В зоне, отстоящей от области максимальной деформации на половину угла волны деформации (для двухволновой на 90°, для трехволновой на 60° и т.д.), образуется минимально необходимый радиальный зазор. Таким образом, при вращении генератора волн в этой зоне вершины витков гибкого звена переходят через вершины витков жесткого.

Передаточное отношение вращательного движения для волновой передачи винт-гайка зацеплением равно 0, так как в ней выходное звено (жесткий винт) совершает только поступательное движение. Характеристикой поступательного движения передачи винт-гайка зацеплением и трением является общее линейное перемещение жесткого звена на один оборот ведущего звена (генератора волн)

Для передаточных механизмов манипуляторов роботов важное значение имеет повышение кинематической точности передач: зазоры в зацеплении недопустимы, так как снижают точность позиционирования, плавность работы, чрезмерно повышают динамические нагрузки. В волновых передачах они устраняются созданием внутреннего натяга в зацеплении, регулированием величины радиальной деформации с использованием специальных генераторов волн, зацеплением двух и более нарезок на теле гибкого звена с одной нарезкой жесткого звена и другими способами.

Выбор того или иного метода устранения зазоров обусловлен конструктивным исполнением волнового механизма, формой профиля нарезки, величиной и характером нагрузок. Важную роль в повышении кинематической точности передачи играет обоснованный выбор конструкции волнового генератора деформации и опор его вала. С целью устранения перекоса осей вала и гибкого элемента, появляющегося при сборке волновой передачи, опоры вала генератора волн изготавливают самоустанавливающимися. В такой конструкции генератор волн выполняет функцию второй опоры.

Эффективным приемом повышения кинематической точности является использование специальных регулируемых генераторов волн, в которых регулирование величины радиальной деформации осуществляется за счет радиального, радиально-осевого или радиально- окружного перемещений разрезных кулачков, эксцентричных осей или эксцентричных дисков

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ:  ОСНОВЫ РОБОТОТЕХНИКИ

 

Смотрите также:

 

...к исполнительным механизмам токарного станка. Ременные передачи....

Для этой цели применяются ременные, цепные, зубчатые, червячные, винтовые, реечные и фрикционные передачи.

 

Машины, механизмы и механические передачи

Оба шкива ременной передачи вращаются в одну сторону.
Зубчатые передачи (14.2) используют для изменения частоты и направления вращения при передаче движения от...

 

Ременная передача

Ременная передача (рис. 13), как и шестеренчатая, весьма часто встречается в машинах.
В зависимости от расположения валов и ремня ременная передача бывает разных видов.

 

...электропривода насоса входят ременная или зубчатая передача

Иногда в состав регулируемого электропривода насоса входят ременная или зубчатая передача, гидравлич. или электрич. муфта скольжения и т.п...

 

ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ. Тихоходные зубчатые передачи при окружных...

Хотя ременные передачи наиболее просты, в машиностроении более широко распространены зубчатые передачи.

 

Механизм. Муфты гидравлические фрикционные магнитные

Хотя ременные передачи наиболее просты, в машиностроении более широко распространены зубчатые передачи.

 

Зубчатая передача

Зубчатая передача. В зубчатых передачах вращение от одного колеса к другому передается при помощи зубцов. Зубчатые колеса работают намного легче фрикционных.