CC BY
13
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ
Вип.№15
2005 р.
МАШИНОБУДУВАННЯ
УДК 621.833
Маргулис М.В.*
СОЗДАНИЕ ВЫСОКОЭКОНОМИЧНЫХ СИЛОВЫХ ВОЛНОВЫХ ПЕРЕДАЧ С НОВЫМИ ВИДАМИ ЗАЦЕПЛЕНИЙ ДЛЯ ПЕРЕДАТОЧНЫХ МЕХАНИЗМОВ С МАЛЫМИ ПЕРЕДАТОЧНЫМИ ОТНОШЕНИЯМИ
Обоснована технико-экономическая эффективность разработки волновых передач с новыми видами зацеплений, позволяющих создать работоспособные высокоэкономичные передаточные механизмы с малыми передаточными отношениями, которые ранее не создавались, так как зубчатое зацепление не обеспечивает достаточную долговечность. Приведены конструктивные схемы впервые созданных силовых передач с роликовым и шариковым зацеплением, прошедшие стендовые испытания на долговечность и в настоящее время испытываемые в эксплуатации.
Известно, что волновые зубчатые передачи (ВЗП) имеют существенные преимущества перед неволновыми передачами аналогичного назначения [1,2,3]. Основным из них является многопарность зацепления, обеспечивающая равномерное распределение нагрузки по взаимодействующим зубчатым парам, что позволяет минимизировать модуль зубьев, контактные и изгибные напряжения в зубчатом зацеплении, динамические нагрузки и уровень шума, а также повысить кинематическую точность и даёт возможность создания больших передаточных отношений в одной ступени ( / ~ 150... 450), что в совокупности обеспечивает уменьшение массы и габаритных размеров приводов в 1,5...2,5 и более раз при достаточно высоком КПД (77 ~ 0,85...0,9). Созданные ВЗП с большими передаточными отношениями
многих машин [3] хорошо себя зарекомендовали в эксплуатации и дали значительный технико-экономический эффект. Однако, для передаточных механизмов со сравнительно малыми передаточными отношениями (/ ~20...60), которые наиболее широко используются в промышленности, силовые волновые передачи не создавались из-за недостаточной их долговечности. Это связано со следующими обстоятельствами. С уменьшением передаточных чисел соответственно уменьшается число взаимодействующих зубьев в волновом зацеплении, увеличивается модуль и геометрические размеры (в частотности высота) зубьев. В связи с этим (для обеспечения входа-выхода зубьев) значительно увеличиваются радиальная деформация и изгибные напряжения гибкой оболочки во впадинах волнового зубчатого венца. Учитывая циклическое знакопеременное нагружение гибкого зубчатого венца (ГЗК) во впадинах зубьев и наличие в них концентраторов напряжений, могут возникнуть усталостные трещины (при изготовлении ГЗК из традиционных высоколегированных сталей типа 40ХНМЗА, 35ХТСА и др.), что приводит к разрушению гибкого колеса и передачи в целом.
В связи с этим нами была поставлена задача разработать новые виды зацеплений, исключающие зубья и обеспечивающие минимально возможные размеры конструктивных элементов зацепления и концентраторов в них. Это, в свою очередь, значительно уменьшает радиальную деформацию гибкого колеса, уровень напряженного состояния, повышает его долговечность и надежность, а так же передачи в целом.
*ПГТУ, д-р техн. наук, проф.
ЮШ
Рис.1 - Конструктивная схема волновой шариковой передачи (ВШП).
/ - корпус; 2 - подшипники; 3 - эксцентриковый вал; 4 - подшипники; 5 - диски; б - гибкое колесо: 7 - сферические углубления; 8 - шлицевое соединение; 9 - выходной вал; 10 -подшипники; 11 - жесткое колесо; 12 - пальцы с шарообразными головками.
ПШГ су
С учетом последнего нами впервые были разработаны конструктивные схемы следующих волновых передач с роликовыми и шариковыми волновыми зацеплениями [4]. Анализ каталогов передаточных механизмов [5], выпускаемых в настоящее время в СНГ, показал, что наиболее востребованными являются механизмы с передаточными числами и« «18.. 100 (около 70 % общей потребности в механизмах) с вращающими моментами на выходе Твых~ 300... 150000 Нм. Среди этих механизмов наиболее применяемыми являются механизмы с параметрами и«20...60 и Т|;|,|;~ 15()(),,.2000 Нм. На основе теоретических исследований нами были разработаны методики расчета и проектирования основных силовых и геометрических параметров и, в частности, две конструкции приводов с силовыми волновыми зубчатыми передачами с шариковым и роликовым зацеплением с и = 30 и Твых = 2000 и 3000 Нм [6,7]. Их конструкции приведены на рисунках 1 и 2.
На рис. 1 приведена конструкция впервые созданной силовой волновой шариковой передачи, она включает: корпус 1, в котором на подшипниках 2 установлен эксцентриковый вал 3, на котором на подшипниках 4 установлены два диска 5, гибкое колесо (ГК) 6, по периметру, которого выполнены сферические углубления (СУ) 7, связано с помощью шлицевого соединения 8 с выходным валом 9, установленным на подшипниках 10, жесткое колесо 11 с закрепленным в нем пальцами с шариковой сферической головкой (ПШГ) 12. неподвижно установленное в корпусе. ВТТТП работает следующим образом. Электродвигатель через муфту (на рисунке не показаны) вращает эксцентриковый вал 3 вместе с диском 5, которые обкатывают и деформируют ГК 6 посредством взаимодействия СУ 7 и ПШГ 12, образуя волновое зацепление.
Рис.2 - Конструктивная схема волновой роликовой передачи (ВРП).
1 - гибкое колесо; 2 - жесткое колесо; 3 - деформирующий диск; 4 - опорный диск; 5 -эксцентриковый вал; 6 - шлицевое колесо; 7 - выходной вал; 8 -корпус; 9, 10 -крышки; 11 -ролики.
На рис. 2 приведена конструкция впервые созданной силовой волновой роликовой передачи, состоящей из гибкого роликового колеса (ГРК) 1, жесткого колеса 2, генератора волн, включающего деформирующий диск 3 и опорный (дополнительный) диск 4, и
эксцентрикового вала 5, являющегося ведущим звеном шлицевого колеса 6, узла выходного (ведомого) вала 7, корпуса 8, крышек 9 и 10 и роликов 11. В ВРП радиальные деформации ГРК существенно меньше, так как наибольшую деформацию получают ролики, воспринимающие нагрузку непосредственно от котящегося 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 11= 20... 30 при достаточной его долговечности.
Оба привода прошли стендовые экспериментальные испытания в цехе №17 ОАО «Азовмаш», которые подтвердили их надежную работу при рабочих нагрузках.
Число циклов нагружения гибких колес составило N=8*107, что обеспечивает требуемую усталостную прочность и долговечность. Они были рекомендованы к внедрению в приводы мостовых кранов. Масса ВРП составляет 70,5 кг, а ВШП - 55,0 кг, что в 2,0...2,5 раза меньше массы серийных неволновых редукторов аналогичного назначения. Таким образом, положительные результаты испытаний данных передаточных механизмов подтверждают правомерность использования наших методических разработок по расчету и проектированию их.
Целесообразно продолжать исследования передач с новым видом зацепления, контактирующие элементы которого представляют собой полусферы вогнутой и выпуклой формы обеспечивающие большую площадь контакта в процессе передачи рабочей нагрузки [8].
Выводы
1. Разработаны рекомендации по расчету и проектированию новых волновых передаточных механизмов с шариковым и роликовым зацеплением для приводов с малыми передаточными отношениями.
2. Проведены стендовые испытания впервые созданных приводов с волновыми передачами с передаточными отношениями 11=20...30, которые подтвердили достаточную работоспособность и долговечность их при рабочих нагрузках и правомерность использования методических разработок по созданию этих механизмов.
Перечень ссылок
1. Волков Д.П. Волновые зубчатые передачи / Д.П.Волков, А.Ф. Крайнев, М.В. Маргулис.-К.: Техника, 1976.-222с.
2. Волков ДП. Волновые зубчатые передачи / Д.П. Волков, А.Ф. Крайнев, М.В. Маргулис.-Будапешт: МИС-ЦАКИ, 1984.-317с.
3. МаргулисМ.В. Снижение материалоёмкости машин/М.В .Маргулис. - К: Знание, 1985,-64с.
4. Пат. 20701 Украина, МКИ 5Б 16Н 1/00. Волновая передача.
5. Редукторы и мотор-редукторы общемашиностроительного применения, выпускаемые промышленностью СНГ с 1992 / ВНИИредуктор,- М.: ВНИИ , 1992.-16с.
6. Маргулис М.В. Разработка силового передаточного механизма с волновой роликовой передачей / М.В. Маргулис, И.В. Сойбелъман // Вестник Приазов. гос. техн. ун-та: Сб. науч. тр.- Мариуполь,1995.-Вып. №1,- С.115-118.
7. Просянок В.В. Создание силового передаточного механизма с волновой шариковой передачей / В.В .Просянок, М.В. Маргулис //Вестник Приазов. гос. техн. ун-та: Сб. науч. тр.- Мариуполь, 1997,- Вып.№3,- С.88-90.
8. Пат. 28717А Украина, МКИ 5Б 16Н 1/00. Волновая передача.
Статья поступила 07.04.2005
