Принцип работы волновой передачи аналогичен работе планетарной передачи с внутренним зацеплением и деформируемым сателлитом (рис.99).
Рис. 99. Волновая передача.
1-входной вал; 2- генератор волн; 3- гибкое колесо; 4- жёсткое колесо;
5- выходной вал.
Такая передача была запатентована американским инженером Массером в 1959 г. Волновой называют механическую передачу, в которой вращение передают за счет перемещения зоны деформации упругого гибкого звена.
Основными элементами передачи являются (рис. 100, а - в):
1 - гибкое колесо, представляющее собой тонкостенную оболочку в виде цилиндра с дном, соединенное с валом;
2 - жесткое колесо, соединенное с корпусом;
h - генератор волн в виде двух роликов большого диаметра, расположенных на водиле, соединенный с быстроходным валом.
На практике встречаются и другие конструктивные исполнения основных элементов.
Рис. 100.
Устанавливая генератор А, деформируют гибкое колесо 7, придавая ему форму эллипса (рис. 100, б). Силовое взаимодействие деталей волновой передачи происходит в точках контакта на большой оси эллипса. Генератор прижимает гибкое колесо к жесткому с силой, достаточной для передачи нагрузки силами трения. При неподвижном жестком колесе вращение генератора вызывает обкатывание гибкого колеса по жесткому и вращение его в противоположном вращению генератора направлении. Механические волновые передачи могут быть фрикционными и зубчатыми. Идея волновых передач заключается в наличии нескольких пар зацепления, которые ещё и перемещаются по окружности, за счёт чего достигается огромное передаточное отношение (обычно u = 60 ¸ 300, известны конструкции с u > 1000). И это в одной ступени!
Волновые передачи имеют меньшие массу и габариты, большую кинематическую точность, меньший мёртвый ход, высокую вибропрочность за счёт демпфирования (рассеяния энергии) колебаний, создают меньший шум.
При необходимости такие передачи позволяют передавать движение в герметичное пространство без применения уплотняющих сальников, что особенно ценно для авиационной, космической и подводной техники, а также для машин химической промышленности.
К недостаткам волновых передач относятся:
` ограниченные обороты ведущего вала (во избежание больших центробежных сил инерции некруглого генератора волн);
` мелкие модули зубьев (1,5 – 2 мм);
` практически индивидуальное, дорогостоящее, весьма трудоёмкое изготовление гибкого колеса и генератора.
Основные виды поломок волновых передач:
· разрушение подшипника генератора волн от нагрузки в зацеплении;
· проскакивание генератора волн при больших вращающих моментах, когда зубья на входе в зацепление упираются друг в друга вершинами;
· поломка гибкого колеса от трещин усталости (особенно при U < 80);
· износ зубьев на концах;
· пластические деформации боковых поверхностей зубьев при перегрузках.
Расчёт волновых зубчатых передач отличается от расчёта обычных зубчатых передач тем, что учитывается деформация гибкого венца и генератора.
За критерий работоспособности обычно принимают допускаемые напряжения смятия
;
,
где Yd – коэффициент ширины гибкого венца; d – делительный диаметр гибкого венца.
Передаточное отношение в волновой передаче равно отношению радиуса ведомого колеса к разности радиусов жесткого и гибкого колес или к размеру деформирования W0.
Отсюда следует, что большие значения передаточного отношения и могут быть достигнуты при малых значениях Wq, т.е. при мелких модулях т. Меньшим значениям и соответствуют большие размеры деформирования W0, при которых значительно возрастает кривизна гибкого колеса в зоне зацепления и, следовательно, напряжения изгиба.
Допускаемый диапазон передаточных отношений волновой передачи:
70 < u<320.
Меньшие значения и ограничены прочностью гибкого колеса по напряжениям изгиба, большие минимальными значениями модуля (m > 0,15 мм).
Достоинства волновых передач.
1. Возможность получения большого передаточного отношения в одной ступени при сравнительно высоком КПД. Для одной ступени и до 320 при КПД: г| = 0,7... 0,9. 2. Способность передавать большие вращающие моменты при малых габаритах и массе, так как в зацеплении одновременно находится большое число зубьев. 3. Плавность работы, малая кинематическая погрешность вследствие двухзонности и многопарности зацепления. 4. Возможность передачи вращения из герметизированного пространства без применения уплотнения вращающихся деталей. 5. Малые нагрузки на валы и опоры вследствие симметричности конструкции. 6. Работа с меньшим шумом.
Недостатки. 1. Сложность изготовления тонкостенного гибкого колеса и генератора волн. 2. При необходимости применения мелких модулей требуется специальное зубодолбежное оборудование. 3. Ограниченные частоты вращения генератора волн, возникновение вибрации.
Применение. Волновые передачи применяют в промышленных роботах и манипуляторах, в механизмах с большим передаточным отношением, а также в устройствах с повышенными требованиями к кинематической точности или к герметичности.
