Волновые зубчатые передачи - Лекция, раздел Образование, Классификация механизмов, узлов и деталей машин Волновыми Называются Передачи, У Которых Передача Вращательного Движен...
Волновыми называются передачи, у которых передача вращательного движения осуществляется путем бегущей волны деформации одного из зубчатых колес.
Рисунок 3.23 – Схема волновой передачи
Волновая передача состоит из жесткого неподвижного колеса 1 с внутренними зубьями; гибкого неподвижного 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 3. 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:
,
(3.114)
где ωh 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.
,
(3.115)
где Ккр = 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.
Вопросы к главе 3
1. Каковы основные достоинства и недостатки зубчатых передач по сравнению с другими передачами?
2. По каким признакам классифицируются зубчатые передачи?
3. Почему эвольвентное зацепление имеет преимущественное применение?
4. Что называется шагом и модулем зубчатого зацепления?
5. Какие факторы влияют на степень точности изготовления зубчатых колес?
6. В чем сущность усталостного выкрашивания и усталостной поломки зубьев?
7. Почему в закрытых передачах усталостное выкрашивание является основным видом разрушения зубьев?
8. Почему заедание характерно для высокоскоросных, тяжелонагруженных передач?
9. Какие материалы и почему применяют для изготовления колес?
10. Как влияет расположение колес относительно опор, их ширина и свойства материала на работоспособность зубчатых передач?
11. Почему твердость поверхности зубьев оказывает основное влияние на контактную прочность?
12. Почему цилиндрические зубчатые передачи рассчитываются по формуле Герца?
13. Какие параметры, входящие в формулу Герца, оказывают основное влияние на размеры зубчатых колес?
14. Какие допущения используются при расчете зубьев на изгибную прочность?
15. Что учитывает коэффициент формы зуба и почему он уменьшается с ростом их числа?
16. Почему ширину венца шестерни делают больше ширины венца колеса?
17. Какими преимуществами косозубая цилиндрическая передача обладает по сравнению с прямозубой и чем это обусловлено?
18. Как влияет на работу косозубой передачи изменение угла наклона зубьев, и какие существуют ограничения на его значение,
19. Какие усилия возникают в зацепление косозубых колес,
20. Какими достоинствами и недостатками обладают конические зубчатые передачи,
21. Является ли модуль зацепления постоянной величиной для конических передач?
22. С учетом значений какого модуля производится расчет на прочность, и определяются усилия в зацеплении конических колес?
23. Что такое эквивалентные колеса и как вычисляется их параметры для косозубых цилиндрических и конических колес?
24. Как распределяется нагрузка по длине зуба конических колес и как это влияет на его нагрузочную способность?
25. Какими достоинствами и недостатками обладают червячные передачи по сравнению с цилиндрическими?
26. Почему червячные передачи не рекомендуется применять при больших мощностях?
27. Из каких соображений выбирают число заходов витков червяка?
28. Назовите основные факторы, влияющие на к.п.д. червячной передачи?
29. За счет чего в червячной передаче реализуется эффект самоторможения?
30. Какие силы действуют в зацеплении червяка и колеса и куда они направлены?
31. Какие основные виды разрушения зубьев червячного колеса?
32. Из какого материала и почему изготавливают червяк и венец червячного колеса?
33. Почему для червячных передач опасен перегрев?
34. Какие резьбы и почему применяют для передачи винт-гайка?
35. Почему передачи винт-гайка выполняют самотормозящими?
36. Чем объясняется большой выигрыш в силе в передаче винт-гайка?
37. Почему число витков резьбы в гайке имеет ограничения?
38. По какому критерию работоспособности рассчитывается передача винт-гайка?
39. Какие основные достоинства планетарных передач?
40. Каков принцип действия планетарных передач?
41. От чего зависит передаточное число планетарных передачи?
42. Какие основные достоинства волновых передач?
43. Каков принцип действия волновых передач?
44. От чего зависит передаточное число волновой передачи?
Введение к главе 4
Ременную передачу применяют обычно в качестве быстроходной ступени привода, устанавливая ведущий шкив на вал двигателя. В этом случае ее габариты и масса оказываются сравнительно небольшими.
Ременные передачи применяют для передачи мощностей до 50 кВт, окружных скоростях до 50 м/с, максимальном передаточном отношении до 6 и допускаемой кратковременной перегрузке до 300 %. В настоящее время в основном используют клиноременные передачи.
Введение к курсу лекций... Глава Основные положения... Введение...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Волновые зубчатые передачи
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Основные критерии работоспособности деталей машин
Работоспособность – это состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями техдокументации.
Детали машин выходят из строя по
Объемная прочность
Основы расчета на объемную прочность подробно рассматриваются в курсе сопротивления материалов.
Рисун
Поверхностная прочность
Поверхностная прочность представляет особый класс задач, связанных с первоначальным контактом деталей в точке или по линии (подшипники качения, зубчатые, фрикционные передачи и т. д.). В этом случа
Жесткость
Жесткость – это способность деталей сопротивляться изменению формы и размеров под действием приложенной нагрузки.
Жесткость оценивают по величине силы, вызывающей единичное перемещение (ли
Износостойкость
Износостойкость – способность материала детали сопротивляться изнашиванию детали в определенных условиях трения (сухое, граничное, жидкостное) или иного воздействия (например, удар).
В про
Теплостойкость
Теплостойкость – это способность конструкции работать в пределах заданных температур в течение заданного срока службы.
Перегрев деталей машин может вызвать следующие вредные последствия:
Вибростойкость
Вибростойкостью называется способность конструкции работать в нужном диапазоне режимов, достаточно далеких от области резонанса.
Вибрация вызывает дополнительные переменные напряжения и, к
Кинематические и силовые соотношения в передачах
Каждая механическая передача состоит из двух звеньев – ведущего 1 и ведомого 2 (рисунок 2.3). Поэтому параметры, относящиеся к каждому звену, обозначаются соответственно индексами «1» и «2».
Основы теории зубчатого зацепления
В современном машиностроении в основном применяют эвольвентное зацепление, предложенное Эйлером в 1760 году. В 1954 г. М. Л. Новиковым было предложено принципиально новое зацепление, в котором проф
Выбор степени точности изготовления колес
Погрешности изготовления зубчатых колес приводит к повышению динамических нагрузок, вибрации, шуму передач. Основными погрешностями изготовления и монтажа зубчатых колес является погрешность окружн
Усилия в зацеплении зубчатых колес
В процессе работы передачи каждый зуб кратковременно входит в зацепление и выходит из него. При этом он находится в сложном напряженном состоянии, а также подвергается циклическому воздействию. Реш
Выбор материала для изготовления колес
При выборе материалов для зубчатых колес необходимо обеспечить прочность зубьев на изгиб, контактную прочность поверхностных слоев зубьев и сопротивление заеданию.
Основным материалом для
Виды разрушения зубьев
При передаче вращающего момента возникают упругие деформации профилей зубьев, вызывающие на поверхности зуба контактные напряжения σH, а у основания зуба напряжения изгиба σ
Расчет на контактную прочность
В прямозубых колесах зубья входят в зацепление сразу по всей длине. Это явление сопровождается ударами и шумом, особенно при высоких скоростях.
Расчет на контактную прочность выполняют, по
Расчет на изгибную выносливость
Наклонное расположение зубьев увеличивает их прочность на изгиб и уменьшает динамические нагрузки. Это учитывается введением поправочных коэффициентов в расчетную формулу для прямозубых передач (3.
Расчет на контактную прочность
Расчет зубьев прямозубых конических передач по контактным напряжениям проводим по той же методике, что и цилиндрических зубчатых передач. В основе расчета лежит формула Герца
Расчет на изгибную выносливость
Расчет на изгибную прочность конических прямозубых колес выполняют по зависимости, аналогичной прямозубой цилиндрической передаче (выражение 3.26):
Расчет червячных передач на контактную прочность
Червяки изготавливают из сталей типа 20Х, 18ХГТ с твердостью после цементации 57 ÷ 64 HRC, а также сталей типа 45, 40Х, 40ХН с поверхностной закалкой до твердости 45 ÷ 55 HRC. Во всех
Расчет червячных передач на изгибную выносливость
Расчет зубьев червячного колеса на изгиб проводим аналогично расчету косозубого зацепления. Только зубья червячного колеса из-за дугообразной (серповидной) формы примерно на 40 % прочнее цилиндриче
Тепловой расчет
Червячная передача работает с большим тепловыделением, что приводит к нагреву смазочного материала. Повышение температуры свыше 110 ˚С приводит к потере защитных свойств масляной плёнки и увел
А) передачи с трением скольжения
В грузовых механизмах применяют трапецеидальную и упорную резьбу. В ходовых механизмах чаще используют многозаходную трапецеидальную резьбу. В механизмах точных перемещений и установочных винтах пр
Б) передачи с трением качения
В передаче качения винтовые канавки служат дорожками качения для шариков. При вращении винта шарики увлекаются в направлении его поступательного движения, попадают в перепускной канал в гайке и воз
Планетарные зубчатые передачи
Планетарными называются передачи, имеющие зубчатые колеса с перемещающимися осями. Эти колеса называются сателлитами. Зубчатые колеса с общей центральной осью, с которыми взаимодейств
Приводные ремни
Приводные ремни должны обладать достаточной прочностью, гибкостью, долговечностью, износостойкостью, высоким коэффициентом трения, низкой стоимостью. Наиболее распространены резинотканевые ремни и
Сравнительная оценка плоскоременной и клиноременной передачи
В современных приводах преимущественно используются клиноременные передачи, так как клиновидная форма поперечного сечения ремня позволяет существенно увеличить тяговую способность передачи.
Усилия и напряжения в ремне
Для создания силы трения необходимо предварительное натяжение ремня силой F0 (рисунок 4.4, а). При этом ветви ремня удлинятся на величину λ.
Напряжения в ремне
При работе ременной передачи в поперечных сечениях ремня возникают следующие виды напряжений:
- напряжение от предварительного натяжения ремня
Критерии работоспособности и расчет ременной передачи
Основным критерием работоспособности ременных передач является тяговая способность – надежность сцепления ремня со шкивом и долговечность ремня, которая зависит в основном от сопротив
Расчет плоскоременных передач
Целью расчета по тяговой способности является определение площади поперечного сечения ремня по формуле
Расчет клиноременных передач
Так как клиновые ремни по площади поперечного сечения, а значит и по тяговой способности стандартизированы, то целью расчета является определение необходимого количества ремней
Критерии работоспособности и расчет ременной передачи
Основным критерием работоспособности ременных передач является тяговая способность – надежность сцепления ремня со шкивом и долговечность ремня, которая зависит в основном от сопротив
Расчет плоскоременных передач
Целью расчета по тяговой способности является определение площади поперечного сечения ремня по формуле
Расчет клиноременных передач
Так как клиновые ремни по площади поперечного сечения, а значит и по тяговой способности стандартизированы, то целью расчета является определение необходимого количества ремней
Приводные цепи
Основными типами приводных цепей являются роликовые, втулочные и зубчатые, параметры которых стандартизированы. Наиболее распространенными являются роликовые цепи (рисунок 5.2)
Критерий работоспособности и расчет цепных передач
Цепные передачи выходят из строя чаще всего, по следующим причинам:
- износ шарниров, приводящий к удлинению цепи за счет увеличения шага и, как следствие, к нарушению зацепления цепи с зу
Расчетные нагрузки и методы расчета валов и осей
Основным критерием работоспособности валов и осей является прочность и жесткость.
На валы и оси при эксплуатации действуют нагрузки в виде сосредоточенных и распределенных си
Расчет валов и осей на жесткость.
Упругие деформации валов и осей, как правило, оказывают неблагоприятное влияние на работу подшипников, зубчатых зацеплений, шпоночных и шлицевых соединений и т. д. Поэтому при проектировании валов
Режимы работы подшипников
При конструировании подшипников скольжения всегда добиваются минимальных потерь на трение. Это приводит к экономии энергии, уменьшению тепловыделения и снижению износа сопряженных поверхност
Скольжения
На практике в подшипниках скольжения чаще всего реализуется смешанное трение. Однако для работы подшипников самым благоприятным является режим жидкостного трения.
Известны два способа созд
Нагрузочная способность и условный расчет подшипников скольжения.
Условный расчет позволяет предварительно оценить пригодность выбранного материала и размеров подшипника для конкретных условий работы на основании накопленного опыта конструирования и эксплуатации
Условные обозначения подшипников
Условное обозначение подшипников состоит из ряда цифр и букв, нанесенных на торце одного из колец:
- последние две цифры, умноженные на пять, обозначают внутренний диаметр d подшипника. Эт
Виды разрушений и критерий работоспособности подшипника
Основной причиной выхода из строя подшипников качения при нормальной эксплуатации и скоростях n ≥ 10 мин-1 является выкрашивание рабочих поверхностей колец и тел качения. Это связа
Сварные соединения
Это наиболее рациональный и распространенный вид неразъемных соединений, приближающий по прочности составные детали к целым. Очень широко применяются в машиностроении.
Применяют следующие
Шпоночные соединения
Передача вращающего момента между деталями соединения осуществляется с помощью специальной детали – шпонки.
Шпонка – деталь в форме бруса (рисунок 9.4), устанавливаемая в пазах двух сопряг
Шлицевые (зубчатые) соединения
Шлицевое соединение условно можно рассматривать как многошпоночные, у которого шпонки (зубья) выполнены за одно целое с валом и входят в соответствующие пазы (шлицы), выполненные в ступице детали (
Резьбовые соединения
Резьбовыми называют соединения, выполненные при помощи резьбы. К ним относят соединения при помощи болтов (винт с гайкой), винтов, шпилек и т. д. Это одно из старейших и наиболее распространенных в
Момент завинчивания
Резьбовые соединения собирают путем завинчивания винтов или гаек. Затяжку резьбовых соединений осуществляют при помощи гаечных ключей.
Момент завинчивания Тзав, который с
Самоторможение винтовой пары
Опусканию ползуна по наклонной плоскости соответствует случай отвинчивания гайки (рисунок 9.9, б). В этом случае окружная сила Ft и сила трения меняют направление. Из указанной сх
К.п.д. винтовой пары
Этот показатель можно определить как отношение полезной работы к затраченной. Согласно схеме, показанной на рисунке 9.9, а, полезная работа заключается в вертикальном перемещении груза
Расчет резьбы на прочность
Практика показывает, что основными причинами разрушения резьбовых соединений являются:
1. Усталостное разрушение в виде обрыва стержня винта (более 65 % случаев).
2. Срез резьбы (
Б) расчет затянутого винтового соединения.
Этот случай характерен для крепления крышек сосудов, находящихся под давлением, что требует обеспечения герметизации соединения.
В этом случае кроме растяжения тела винта усилием затяжки F
А) винт поставлен с зазором.
Рисунок 9.15 – Болтовое соединение, работающее на сдвиг (болт поставлен с зазором)
В этом случае внеш
Б) винт поставлен без зазора.
В этом случае затяжка отсутствует, винт поставлен в отверстие детали без зазора (легкой запрессовкой), поэтому отверстие обрабатывают под развертку.
Фрикционно-винтовые (клеммовые) соединения
Принцип действия клеммовых соединений основан на использовании сил трения, развивающихся между цилиндрическими поверхностями за счет затяжки винта.
Преимущества:
Соединения деталей с натягом
Это условно неразъемное соединение, т. к. его можно разбирать без разрушения, но повторная сборка-разборка снижает надежность.
Натяг образуется за счет положительной разности диамет
Проектирования
В настоящее время успешно развивается система автоматизированного проектирования (САПР).
Необходимо учитывать, что любое изделие, отвечающее своему назначению, может быть выполнено во мног
Способах изготовления
При конструировании новых изделий, необходимо учитывать не только факторы, обеспечивающие работоспособность (прочность, жесткость, износостойкость и т. д.) при минимальной материалоемкости и
Механически обрабатываемые детали
Сокращение объема механической обработки, может быть достигнуто путем максимального приближения размеров заготовки к окончательной форме детали. Например, при изготовлении шестигранных гаек,
Особенности конструирования литых изделий
В механизмах малой мощности (до 100 кВт) литые корпуса желательно изготовлять из алюминиевых и магниевых сплавов. Это позволяет снизить массу деталей почти в три раза по сравнению с чугунными издел
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
,
,
Новости и инфо для студентов