CC BY
10
МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 621.855.25
М.В.Маргулис, И.В.Сойбельман
РАЗРАБОТКА СИЛОВОГО ПЕРЕДАТОЧНОГО МЕХАНИЗМА С ВОЛНОВОЙ РОЛИКОВОЙ
ПЕРЕДАЧЕЙ
Известно [1], что волновые зубчатые передачи (ВЗП) обладают рядом преимуществ перед неволновыми. Главные из них. уменьшенные в 1,5. .2,5 раза массогабаритные характеристики и на 30...40 % динамические нагрузки при аналогичных эксплуатационных параметрах (выходном крутящем моменте и передаточном отношении ВЗП и неволновых передач). Как показало создание ряда ВЗП для механизмов конвертеров, миксеров, рудомольных мельниц, экскаваторов и других машин их технико-экономическая эффективность наибольшая при передаточных отношениях заменяемых передач свыше 150 [1,2]. При передаточных отношениях менее 60 их использование менее эффективно как с точки зрения массогабаритных характеристик, так и долговечности, что связано со значительными радиальными деформациями гибких звеньев таких ВЗП при передаче рабочих нагрузок и высоким уровнем напряженно-деформированного состояния [1]. Однако, стандартные передаточные механизмы (редукторы и мультипликаторы) общего назначения в основном выполняются с передаточными числами ориентировочно - и я 15...60, которые соответствуют большинству (свыше 60 %) используемых механизмов [3]. Учитывая изложенное, нами предложена новая конструктивная схема волновой передачи (см. рис.1). В ней гибкое зубчатое колесо (ГКВЗП) заменено гибким роликовым колесом (ГРК), см.рис.2,а. В ГРК функции зубчатого венца выполняет ряд роликов, неподвижно установленных по периметру оболочки ГРК, а диск генератора опирается непосредственно на ролики, обкатывая их и деформируя вводит во впадины жесткого колеса (ЖК) в процессе работы передачи. Такая передача нами названа волновой роликовой передачей (ВРП), конструкция которой представлена на рис. 1.
Рнс,[. Конструктивная схема волновой роликовой передачи.
ВРП состоит из гибкого роликового колеса 1, жесткого колеса 2, генератора волн, включающего деформирующий диск 3, опорный диск 4 и эксцентриковый вал 5, являющийся ведущим звеном; шлицевого колеса 6, узла выходного (ведомого) вала 7, корпуса 8, крышек 9 и 10. В ВРП радиальная деформация ГРК существенно меньше, так как наибольшую деформацию получают ролики, воспринимающие нагрузку непосредственно от катящегося по ним диска генератора. Уменьшенная радиальная деформация оболочки в процессе работы ВРП под нагрузкой обеспечивает существенное снижение напряженно-деформированного состояния, что позволяет снизить передаточное число механизма до 25...30 при достаточной его долговечности. Следует отметить конструктивную особенность жесткого колеса, заключающуюся в том, что зубчатый венец его выполнен в виде впадин цилиндрической формы, профиль которых очерчен участками окружностей (см.рис.2,б).
ВРП работает следующим образом. Электродвигатель через муфту (на рис.1 не показаны) вращает генератор волн, деформирующий диск которого вводит ролики ГРК в зацепление с зубьями ЖК, осуществляя таким образом волновое роликовое зацепление этих звеньев, которое обеспечивает передачу крутящего момента и вращательного движения от ведущего звена к ведомому и связанному с ним исполнительному устройству.
Основные параметры ВРП предложено определять следующим образом. Основной параметр с1п - нейтральный диаметр ГРК, выполняющего те же функции, что и ГЗК ВЗП, определяем по формуле:
а=С1
Уф
М :
0)
где
С - коэффициент, учшъшающий режим работы ВРП; - расчетный
момент нагрузки;
Ф - отношение толщины стенки ГРК к нейтральному диаметру: [т] - допустимое напряжение кручения.
Параметры С, [х], ср принимаются по рекомендациям [1]. Спеилфика
конструкции ГРК заключается в том, что роль зубьев выполняют ролики, закрепленные на гибкой оболочке, что позволяет с некоторыми допущениями считать часть ГРК, контактирующую с ЖК, аналогичной роликовой цепи, но функционирующей посредством внутреннего зацепления со впадинами ЖК. Отсюда следует, что профиль зубьев ЖК может проектироваться аналогично зубьям приводной звездочки роликовой цепи [6]. /Тля исключения интерференции головок зубьев ЖК делительный диаметр ее выполняют меньше, чем внутренний на 0,2 модуля.
Для изготовления ГРК и ЖК ВРП материалами могут приниматься стали 45, 40Х, 40ХН, 35ХГС с учетом режима их нагружения.
Количество роликов ГРК принимается на один или два меньше, чем число впадин ЖК в зависимости от требуемого передаточного отношения ВРП, которое определяется как
(2)
где 2 - число роликов ГРК; 7.жк - число впадин ЖК.
При разработке ВРП рационально принять структурную схему без избыточных связей и выполнить размерно функциональный анализ, позволяющий увеличить КПД и минимизировать себестоимость ее изготовлении [1, 3].
Определение расчетных параметров ВРП начинается с расчета нейтрального диаметра ГРК по зависимости [I]. Число роликов ¿р и впадин
жесткого колеса Zжк выбирается в соответствии с требуемым передаточным числом механизма (см. форм.2) и определяется как
¿р = г- ! и™
Диаметр ролика (1? и ег о длина !р определяются как <1р=(0.75*-<д/2р;
/ ==0,418'
(3)
(4)
<5)
где Р,, - наибольшее усилие, действующее на ролик при работе передачи под нагрузкой, Н;
Е - модуль упругости материала ролика, МПа;
ггЛ - допусти-мьш предел прочности материала ролик а, МПа;
- диаметр деформирующего диска генератора, мм. Диаметр деформирующего диска выбирается с учетом обеспечения одновременного ввода в зацепление максимально возможного количества роликов и свободного перемещения их по впадинам ЖК и определяется как
^ = - й - 0,2, мм ,
(6)
Ширина опорной части периферии диска, контактирующей с роликами, определяется как
=(0,7...0,8)/, ,
(7)
После определения основных геометрических параметров ВРП выполняется расчет ее элементов на прочность, жесткость и точность известными методами.
Технология изготовления и сборки ВРП в отличие от ВЗП не требует использования специальных станочных приспособлений и все детали ее могут быть обработаны на стандартном оборудовании. Зубчатый венец ЖК рационально выполнять на зубодолбежном станке с применением специально заточенного долбяка. ГРК выполняется в виде цельной сборочной единицы, состоящей из оболочки и установленных неподвижно по ее торцу цилиндрических роликов. Механическая обработка выполняется окончательно до их сборки. При этом рационально выполнять соединение роликов с оболочкой по посадке с натягом, охлаждая ролики жидким азотом.
С использованием изложенных рекомендаций нами была разработана силовая волновая роликовая передача с выходным моментом Тр = 3000 Н-м, передаточным числом V = 30, которая была запатентована и изготовлена в металле. Впервые созданная ВРП успешно прошла предварительные испытания на работоспособность. В настоящее время проводятся стендовые исследования ее основных эксплуатационных характеристик (КПД, напряженно-деформированного состояния, виброактивности, уровня шума, температурного режима работы), которые позволят уточнить предложенные нами рекомендации по ее созданию.
Биолаографыческии список
1. Волков Д.И., Крайнеи А.Ф., Маргудис М.И. Волновые зубчатые передачи. - К. Техника, 1976 - 222 с.
2. Маргулис М.В. Снижение материалоемкости машин. - К., Знание, ¡985 - 64 с.
3. Маргулис- М Б. Размерно-функциональный анмю тяжадонагруженных высокомо-менгных волновых зубчатых передач/Вестник машиностроения, 1986, №>8, с.11-15.
4. Планетарные передачи: Справочник / Под ред. ВЛ.Кубржцека и Ю.Н.Кироншива. М„ Маш-ние, 1977 - 623 с.
5. Ьиргер И.А., Шорр Ь Ф.. Иосилемич Г.П. Расчет на прочность деталей машин - М. Маш-ние. 1979 - 493 с.
6. Нелкен А.К. Механические передачи с роликовыми телами. Расчет геометрии. ■ Томск, ИЗД. ¡ омского ГУ. 1982- 68 с.
