ГЛАВА 2
СОЗДАНИЕ СИЛОВОЙ ВОЛНОВОЙ ШАРОВОЙ ПЕРЕДАЧИ ДЛЯ ПРИВОДОВ НАГРУЖЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ.
2.1. Разработка кинематических схем волновой передачи с новым видом зацепления - шаровым.
Для использования преимуществ волновых передач в диапазоне малых передаточных отношений (u=20...80) с целью усовершенствования волновых зубчатых передач нами разработаны следующие конструктивные схемы передач с волновым шаровым зацеплением.
Рис.2.1 Кинематические схемы волновой шаровой передачи.
На основе проведенного анализа предлагаем в качестве исследуемой принять кинематическую схему с подвижным гибким колесом. На основе данной кинематической схемы была разработана конструкция волновой шаровой передачи (ВШП) на которую получен патент[19].
2.2. Описание конструкции ВШП.
Основными критериями выбора параметров ВШП явились: максимально возможное уменьшение габаритных размеров и массы привода при сравнительно высоком коэффициенте полезного действия. Конструкция ВШП предусматривает возможность стендовых испытаний с целью определения работоспособности и основных качественных характеристик этого механизма. Конструкция технологична для изготовления ее в условиях мелкосерийного производства. Отсутствие информации об аналогичных ВП и опыта создания волновой передачи с шаровым зацеплением создало определенные трудности при разработке конструкции и технологии изготовления ВШП, а также методики ее экспериментальных исследований.
При конструировании этого механизма по предложенной нами схеме, гибкое колесо должно передавать нагрузку порядка
Твых = 1500-2000 Нм при u = 30.
Схема механизма представлена на рис 2.2. 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 головкой (ПШГ), неподвижно установленных на внутренней поверхности жесткого колеса (ЖК) [14,19] (см.рис 2.2, 2.3). При возбуждении волны деформации в ГК генератор волн (ГВ) (эксцентриковый вал с дисками) обкатывает его по внутренней поверхности (см. рис. 2.2), вводя СУ в контакт с ПШП и образуя волновое зацепление.
Конструкция ВШП включает (рис.2.2) 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 закрепленным в нем ПШП 12, неподвижно установленного 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 и за счет взаимодействия СУ 7 и ПШП 12 образуется волновое шаровое зацепление и вращается выходной вал 9, связанный шлицевым соединением с ГК.
Рис.2.2 Конструкция ВШП.
1- корпус;
2- подшипники;
3- эксцентриковый вал;
4- подшипники;
5- диски;
6- гибкое колесо;
7- сферическое углубление;
8- шлицевое соединение;
9- выходной вал;
10- подшипники;
11- жесткое колесо;
12- пальцы с шарообразными головками.
2 1 3
Рис.2.3.Элементы зацепления
1-ПШГ;
2-CУ;
3-ГК.
1 2 3 4
Рис.2.4 Фотография волнового шарового зацепления.
1-гибкое колесо;
2-диски генератора волн;
3-жесткое колесо;
4-ПШГ
2.3. Структурно-кинематический анализ волновой шаровой передачи.
На рисунке 2.5 представлена структурно-кинематическая схема ВШП.
Рисунок 2.5. Структурно- кинематическая схема ВШП.
1-корпус;
2-подшипники генератора волн;
3-подшипники дисков;
4 -диски; 5- подкладное кольцо;
6-гибкое колесо;
7-ПШГ;
8- зубчатая втулка;
9-щлицевая втулка;
10-подшипники выходного вала;
11-выходной вал;
12,13-соединительные муфты;
( ?; ??; ???; V?; V)-классы кинематических пар.
Оценка рациональности схемы передачи в статике может быть произведена подсчетом числа избыточных связей W в соответствии с рекомендациями Л.И.Решетова по приведенной ниже формуле А.П.Малышева [1]:
q = W-6n+5pv+4pIV+3pIII+2pII+pI , ( 2.3.1)
где W - подвижность механизма;
n - число подвижных звеньев;
pV, pIV, pIII, pII, pI - число кинематических пар V, IV, III, II, I классов.
Класс кинематической пары определяется числом связей, накладываемых на относительное движение звеньев, входящих в эту пару.
При определении класса кинематической пары и соединения используем таблицу в [1]. Ниже приведен анализ кинематических пар ВШП.
Кинематическая пара гибкое колесо - жесткое колесо относится к III классу, т.к. зацепление имеет три степени свободы (три вращения). В отличие от зубчатого соединения, элементы шарового волнового зацепления имеют сферические поверхности, контактирующие друг с другом, позволяющие смещение оси гибкого колеса на некоторый угол ?см от оси жесткого колеса (см. рис.2.6). Это свойство зацепления позволяет уменьшить влияние возникающего биения дисков генератора волн, связанное с его конструкцией и несбалансированности генератора волн за счёт возможности поворота СУ относительно ПШГ на некоторый угол.
Кинематическая пара гибкое колесо - диски генератора волн относится к третьему классу, т.к. гибкое колесо имеет подвижность, а генератор волн имеет малую ширину дисков (3 вращения, см. рис. 2.6).
Рис.2.6. Смещение оси гибкого колеса и его возможные перемещения.
1 - ПШГ;
2 - ГК;
3-генератор волн ;
А-А' - ось гибкого колеса ;
Моп- опрокидующий момент ;
?см - угол смещения оси.