Создание силового передаточного механизма с волновой шариковой передачей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МАШИНОСТРОЕНИЕ

УДК 621.83

Просянок В.В., Маргулис М.В.

СОЗДАНИЕ СИЛОВОГО ПЕРЕДАТОЧНОГО МЕХАНИЗМА С ВОЛНОВОЙ ШАРИКОВОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ

В наиболее распространенном для механизмов приводов диапазоне передаточных чисел - {7=60...20 прогрессивные волновые зубчатые передачи (ВЗП) практически не создавались по следующим причинам [1].

При значениях С/<60 в ВЗП существенно растет радиальная деформация гибкого зубчатого колеса (ГЗК), что приводит к опасному уровню напряжений во впадинах зубьев и снижению усталостной прочности и долговечности при использовании для его изготовления традиционных материалов (ст.35ХГСА; ст. 40ХН2МА и др.).

Для роликовых волновых передач характерны значительные концентраторы напряжений и перепады жесткости в местах крепления роликов в гибком роликовом колесе, что также уменьшает его усталостную прочность.

Учитывая изложенное, нами был разработан новый вид волновой передачи - волновая шариковая передача (ВШП) (см. рис. 1,а).

Основной особенностью конструкции ВШП является возможность образования волнового зацепления (ВЗ) посредством сферических углублений (СУ), выполненных по периметру наружной поверхности гибкого колеса (ГК) и пальцев с шаровой сферической головкой (ТТТТТГ) (см. рис. 1,6), неподвижно установленных на внутренней поверхности жесткого колеса (ЖК). При возбуждении волны деформации в ГК генератор волн обкатывает его по внутренней поверхности (см. рис. 1 а), вводя СУ в контакт ПШГ, образуя ВЗ.

Конструкция ВШП включает (рис. 1,а): корпус 1, в котором на подшипниках 2 установлен эксцентриковый вал 3, на котором на подшипниках 4 установлены два диска 5, гибкое колесо 6, по периметру которого выполнены СУ 7 связано с помощью шлицевого соединения 8 с выходным валом 9, установленным на подшипниках 10, жесткое колесо 11, с закрепленными в нём ПШГ 12, неподвижно установленное в корпусе..

ВШП работает следующим образом. Электродвигатель через муфту (на рисунке не показаны) вращает эксцентриковый вал 3 вместе с дисками 5, которые обкатывают и деформируют ГК 6 посредством взаимодействия СУ 7 и ПШГ 12, образуя волновое зацепление.

Замена волнового зубчатого зацепления шариковым позволяет:

уменьшить в 2-2,5 раза радиальную деформацию ГК при малых передаточных числах в волновой передаче;

существенно снизить концентраторы напряжений в местах размещения СУ в сравнении со впадинами зубьев ВЗП;

за счет первых двух преимуществ снизить уровень напряжений в опасных сечениях ГК до допустимого уровня при рабочих нагрузках и использовании традиционных материалов для изготовления ГК.

Расчет основных параметров ВШП аналогичен ВЗП [1].

Специфичным при расчете ВШП является:

определение среднего диаметра шаровой поверхности зацепления Осу (см. рисунок 1 ,б), исходя из контактной прочности по теории Герца-Беляева [2] как

<Ь,= / Р , (1)

\0,783стс«

где Р - величина давления при касании пары "СУ-ПШГ",

Сеж - допустимое напряжение сжатия в месте контакта пары;

- определение напряжений возникающих в зоне контакта пары "СУ-ПШГ" как [3].

а шах

= 0,388 ,

V (К'Кг)

(2)

где Р - величина давления в паре СУ - ПШГ; Ил - радиус СУ; И.2 - радиус ПШГ.

12. 3 1 5 -6

9 10

Рис. 1. Конструктивная схема ВШП.

1 - корпус; 2 - подшипники; 3 - эксцентриковый вал; 4 - подшипники; 5 - диски; 6 - гибкое колесо; 7 - сферические углубления; 8 - шлицевое соединение; 9 -выходной вал; 10 - подшипники; 11 - жесткое колесо; 12 - пальцы с шарообразными головками.

Диаметр СУ после расчета уточняется с целью равномерного распределения СУ по поверхности ГК. Его значение принимается по аналогии с шириной впадины в передаче Новикова с одной линией зацепления как [4]:

Dcy-1.6 DJZcy, (3)

где D„ - наружный диаметр ГК, Zcy - число СУ.

Шаг СУ на поверхности ГК определяем как

(4)

Глубину СУ принимаем как

tv=tm 1(2.3), (5)

где ter -толщина стенки,нейтрального диаметра ГК, определяемого по [1].

Технология изготовления ВШП в отличие от ВЗП имеет следующую

специфику:

-отсутствует необходимость трудоемкого нарезания большого числа зубьев волнового зацепления;

-сферические углубления в ГК достаточно просто выполняются на ко-ординатно-расточном станке;

-пальцы с шарообразными головками рационально изготавливать на токарном станке с ЧПУ;

-остальные детали ВШП изготавливаются на стандартном оборудовании по типовой технологии.

Удельная массоёмкость и габаритные размеры ВШП меньше в 2-2.5 раза, чем у аналогичных неволновых механизмов.

С использованием приведенных зависимостей была разработана и изготовлена волновая шариковая передача с основными параметрами: U=30; Гвых=1.5кН; Р=5 кВт; «=1000 об/мин. На конструкцию ВШП подана заявка на выдачу патента. В настоящее время ВШП проходит стендовые испытания, которые позволят уточнить предложенные нами рекомендации по ее созданию.

Перечень ссылок

1. ВолковД.П., КрайнееА.Ф., МаргулисМ.В. Волновые зубчатые передачи. - К.: Техника, 1976. - 222 с.

2. Орлов П.И. Основы конструирования. - М.: Машиностроение, 1988. - 560 с.

3. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. - М.: Машиностроение, 1965. -

856 с.

4. РешетовД.Н. Детали машин. - М.: Машиностроение, 1975 - 655 с.