Лекция № 16 (2 часа)

ВОЛНОВЫЕ И ПЛАНЕТАРНЫЕ ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ

План лекции

1. Волновые передачи.
2. Планетарные зубчатые передачи.

1. Волновые передачи

Волновыми называются передачи, у которых передача вращательного движения осуществляется путем бегущей волны деформации одного из зубчатых колес.

Рисунок 4.19 – Схема волновой передачи

Волновая передача состоит из жесткого неподвижного колеса 1 с внутренними зубьями; гибкого подвижного колеса 2 с наружными зубьями и водила h, которое выполнено за одно целое с ведущим валом 5. Водило состоит из овального кулачка и гибкого радиального шарикового подшипника качения 4. Гибкое колесо выполнено в виде стакана из тонкой цилиндрической оболочки, на одном конце которой располагается зубчатый венец, а другой конец соединен с ведомым валом 3.

Делительный диаметр d₂ зубчатого венца гибкого колеса меньше делительного диаметра d₁ жесткого колеса на размер необходимой деформации δ = d₂ – d₁ (обычно δ равна высоте зуба).

При сборке редуктора водило h вставляется внутрь гибкого колеса. Так как наружный диаметр водила больше внутреннего диаметра обода гибкого колеса на величину δ, то зубчатый венец деформируется, принимая форму овала. При этом зубья гибкого колеса z₂ входят в зацепление с зубьями неподвижного колеса z₁ в двух противоположных зонах. При вращении водила деформация венца гибкого колеса перемещается по окружности в виде двух бегущих волны. Поэтому передача называется волновой, а водило - генератором волн. Вращение генератора волн вызывает вращение гибкого колеса, которое вращает ведомый вал.

Преимущества:

- большое передаточное число (63 ÷ 400);

- малая масса и высокая нагрузочная способность при малых габаритах;

- низкие нагрузки на валы и опоры.

- высокий к.п.д. (до 0,9);

- малый шум при работе;

- возможность передачи движения в герметизированное пространство.

Недостатки:

- сложность изготовления гибкого колеса и генератора волн;

- сравнительно низкий срок службы редуктора (до 10 тыс. часов).

Область применения:

Серийно выпускается в США, России (ГОСТ 23108 – 78), Японии и в других странах. В России волновые редукторы используются в космической технике, ядерной энергетике, химической промышленности и в общем машиностроении.

Передаточное число волновой передачи определяется также как для планетарной передачи, по уравнению Виллиса:

,

(4.101)

где ω_h и ω₂ – угловые скорости водила и гибкого колеса.

Из этого выражения следует, что передаточное число зависит не от числа зубьев, а от величины δ, или разности диаметров колес. Знак минус в этом выражении свидетельствует о противоположном вращении ведущего и ведомого звена.

Разность чисел зубьев колес должна быть равна или кратна числу волн, т. е.

,

(4.102)

где К_кр = 1, 2, ...- коэффициент кратности; U – число волн.

Для изготовления гибких колес используют стали марок 30ХГСА, 40ХН2МА и другие конструкционные стали повышенной вязкости. Заготовками могут быть бесшовные горячедеформированные трубы. Жесткие колеса изготавливаются из сталей марок 50, 60, 40Х и др.

Основные критерии работоспособности: прочность гибкого колеса; прочность гибкого подшипника и генератора волн; жесткость генератора и жесткого колеса; износ зубьев. Наиболее уязвимым является гибкое колесо, поэтому при расчете на прочность определяют главный параметр волновой передачи – внутренний посадочный диаметр гибкого колеса.

1. Планетарные зубчатые передачи

Планетарными называются передачи, имеющие зубчатые колеса с перемещающимися осями. Эти колеса называются сателлитами. Зубчатые колеса с общей центральной осью, с которыми взаимодействуют сателлиты, называются центральными.

Рис 4.20 – Схема планетарной передачи

Планетарная передача (рисунок 4.20) состоит из подвижного центрального колеса 1 с наружными зубьями, сателлитов 2, неподвижного центрального колеса 3 с внутренними зубьями и водила h, на котором укреплены оси сателлитов.

Сателлиты совершают сложное движение – вращаются вокруг собственной оси и вместе с водилом вращаются вокруг центрального колеса, т. е. совершают движение подобное движению планет солнечной системы.

Имеется большое количество различных типов планетарных передач, которые широко применяются в машиностроении, станкостроении и т. д. К.п.д. передачи достигает 0,96 ÷ 0,98, число сателлитов – от 3 до 6.

Преимущества:

- большое передаточное число в одной ступени;

- малые габариты и масса за счет распределения нагрузки (в 2 ÷ 4 раза);

- малая нагрузка на опоры;

- повышенная плавность хода и меньше шум.

Недостатки:

- повышенные требования к точности изготовления и монтажа;

- резкое снижение к.п.д. с увеличением передаточного числа.

Основные параметры передачи регламентированы ГОСТ 22919 – 78.

При неподвижном центральном колесе 3 (ω₃ = 0) колесо 1 является ведущим, а водило h – ведомым, поэтому передаточное число

,

(4.103)

Интервал передаточных чисел составляет 1,3 ÷ 12,5.

При проектировании передачи необходимо проверить выполнение условие соосности

,

(4.104)

где z₁, z₂, z₃ – число зубьев колес;

условие сборки

,

(4.105)

где С – число сателлитов; N – целое число;

условие соседства

.

(4.106)

В зацеплении зубчатых колес развивается окружное усилие

,

(4.107)

где K_h = 1,2 ÷ 2 – коэффициент неравномерности распределения нагрузки между сателлитами.

Сила, действующая на ось сателлита, F_th = 2F_t1.

Расчет на прочность зубьев планетарной передачи ведут по методике, аналогичной расчету простых зубчатых передач. При одинаковом материале колес достаточно рассчитать только внешнее зацепление, так как модули и силы в зацеплении одинаковы.

Лекция № 17 (2 часа)

РЕДУКТОРЫ

План лекции

1. Общие сведения.

2. Редукторы общемашиностроительного применения.

3. Одноступенчатые цилиндрические редукторы.

Общие сведения

Редуктором называют агрегат, содержащий передачи зацеплением и предназначенный для повышения вращающего момента и уменьшения угловой скорости двигателя. Редукторы широко применяют в различных отраслях машиностроения благодаря высоким экономическим, потребительским и другим характеристикам. В корпусе редуктора размещены зубчатые или червячные передачи, неподвижно закрепленные на валы. Валы опираются на подшипники, размещенные в гнездах корпуса. Установка передачи в отдельном корпусе гарантирует точность сборки, лучшую смазку, более высокий КПД, меньший износ, а также защиту от попадания в нее пыли и грязи. Во всех ответственных установках вместо передач назначают редукторы. Редукторы имеют исключительно широкое применение.

Назначение редуктора – понижение угловой скорости и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим. Механизмы для повышения угловой скорости, выполненные в виде отдельных агрегатов, называют мультипликаторами.

Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или сварного стального), в котором помещают элементы передачи – зубчатые колеса, валы, подшипники и т. д. В отдельных случаях в корпусе редуктора размещают также устройства для смазывания зацеплений и подшипников (например, внутри корпуса редуктора может быть помещен шестеренный масляный насос) или устройства для охлаждения (например, змеевик с охлаждающей водой в корпусе червячного редуктора).

Редуктор проектируют либо для привода определенной машины, либо по заданной нагрузке (моменту на выходном валу) и передаточному числу без указания конкретного назначения. Второй случай характерен для специализированных заводов, на которых организовано серийное производство редукторов.