Волновой редуктор своими руками

Волновой редуктор, или, как его еще называют, волновая передача, основывается на том, чтобы передавать вращательное движение, которое возникает за счет бегущей волновой деформации одного из зубчатых колес.

Волновые передачи

Появление и дальнейший процесс развития волновой передачи был осуществлен в далеком 1959 году. Изобретателем, а также человеком, который запатентовал эту технологию, стал американский инженер Массер.

Волновой редуктор состоит из нескольких основных элементов:

Неподвижное колесо, имеющее внутренние зубья.
Вращающееся колесо, имеющее наружные зубья.
Водило.

Среди преимуществ, которые можно выделить у этого способа передачи движения, – меньшая масса и размеры устройства, более высокая точность с кинематической точки зрения, а также меньший мертвый ход. Если есть необходимость, то использовать такой тип передачи движения можно и в герметичном пространстве, не используя при этом уплотняющие сальники. Данный показатель наиболее важен для такой техники, как авиационная, космическая, подводная. Кроме того, волновой редуктор применяется и в некоторых машинах, использующихся в отрасли химической промышленности.

Принцип работы редуктора

С кинематической точки зрения, волновые передачи – это разновидность планетарных передач, которая имеет одно гибкое и зубачатое колесо.

Принцип работы волнового редуктора заключается в следующем. Неподвижное колесо устройства крепится в нужном корпусе, а выполняется оно в виде простого зубчатого колеса, имеющего внутреннее зацепление. Гибкое же зубчатое колесо выполняется в форме стакана, обладающего тонкой стенкой, легко поддающейся деформации. В более толстой части этого же колеса, то есть левой, нарезают зубья, в то время как правая часть выполняется в форме вала. Самый простой элемент – это водило, которое состоит из овального кулачка и подшипника.

Само же движение осуществляется за счет того, что происходит деформация зубчатого венца гибкого колеса.

Конструкции редукторов

В настоящее время науке известно множество разнообразных конструкций для волнового редуктора. Чаще всего предназначение всех этих устройств – это преобразование входного вращательного движения в выходное вращательное или же выходное поступательное. Также стоит отметить, что волновую передачу можно рассматривать, как разновидность многопоточного планетарного механизма. Это вполне возможно, так как эти механизмы обладают многозонным, а если брать в расчет зубчатый механизм, то еще и многопарным контактом между выходным звеном и гибким колесом механизма. Можно отметить, что при номинальной нагрузке на волновой редуктор лишь от 15 до 20% всех зубьев устройства находится в зацеплении. Именно по этой причине во всех волновых передачах используют мелкомодульные механизмы, число зубьев на которых находится в переделах от 100 до 600. Также можно добавить, что в зависимости от числа зон или же волн в устройстве они подразделяются на одноволновые, двухволновые и т.д.

Волновой мотор-редуктор

Описание данного типа волновой передачи можно сделать на основе мотора редуктора модели МВз2-160-5,5. Данная модель обладает сдвоенной волновой зубчатой передачей. Конструкция данного редуктора состоит из гибкого колеса, которое выполнено в виде кольца с тонкими стенками и двумя зубчатыми венцами. Кроме того, в конструкции имеется и общий для этих деталей кулачковый генератор волн, обладающий гибким подшипником.

Также у этой модели есть несколько особенностей, касающихся конструкции редуктора:

Размер вдоль оси вала невелик.
Генератор волн плавающего типа, а соединение с валом электродвигателя шарнирное.
На конце выходного вала этого устройства располагаются прямобочные шлицы.

Этот тип мотора-редуктора может использоваться, как индивидуальный приводной модуль.

Технические параметры мотора-редуктора

Технические параметры для волнового мотора-редуктора – это несколько основных критериев:

Первый параметр, которому должен соответствовать редуктор – это крутящийся момент на выходном валу. Он должен составлять – 250 Н⋅м.
Второй параметр – это частота вращения вала редуктора. Показатель этого параметра должен быть – 5,5 мин -1.
Третий параметр для этого устройства – передаточное отношение. Показатель данного параметра – 264.
Коэффициент полезного действия волнового мотора-редуктора должен быть 0,7.
Параметры электродвигателя для этой модели следующие: 0,31 кВт мощности, Частота вращения 1450 мин -1 , рабочее напряжение для этого механизма 220 В или 380 В.
Полный вес устройства составляет 20 кг.

Это основные параметры, которые предъявляются к волновому мотору-редуктору.

Зубчатая передача

Не так давно инженерами был создан новый вид зубчатой передачи, которая по своим параметрам, а также конструкции схожа с планетарной передачей, однако при этом обладает принципиально новой передачей вращения. Эти новые изобретения – волновые зубчатые редукторы. Для того чтобы передавать вращательное движение в этих устройствах, была достигнута волновая бегущая деформация, которой поддается одно из зубчатых колес редуктора. Данное изобретение отлично зарекомендовало себя в некоторого вида следящих системах, а также в системах автоматического управления с высоким требованием к точности. Такое специфическое предназначение эти редукторы получили из-за своих характеристик: небольшой физический вес, а также малые размеры всего устройства в целом, которое при этом обладает большим показателем передаточного отношения, характеризуется более высоким коэффициентом полезного действия, то есть КПД, небольшими люфтами, а также малым износом деталей редуктора. Именно эти параметры и стали решающими в определении цели работы для волновых зубчатых редукторов.

Лебедка с волновым редуктором

Волновые редукторы могут быть двух типов – зубчатые и червячные. Применение лебедки в данном устройстве нашло себя лишь при использовании редуктора червячного типа. Также в волновых редукторах червячного типа с использованием лебедки существует два способа расположения червяка. Нижняя установка, когда он находится под червячным колесом, а также верхняя, когда червяк располагается над этим же колесом.

Кроме того, привод с лебедкой может использоваться для установки на космическом корабле. Привод с лебедкой для космического корабля представляет собой двухступенчатый волновой редуктор. Предназначение этого устройства на таких кораблях – это передача вращения в полностью герметичное пространство. Так как редуктор является двухступенчатым, то первая ступень – планетарная, а вторая – волновая передача. Также стоит отметить, что есть возможность сделать устройство самотормозящим. Для этого необходимо заменить планетарную передачу в редукторе на червячную.

Расчеты редуктора

Как и для любой другой детали, для создания редуктора необходимо проводить определенные расчеты, которые будут показывать, способно ли устройство выполнять свои функции, а также из какого материала должно выполняться устройство и т.д. Основным критерием для расчета волнового редуктора, его работоспособности, является прочность гибкого колеса. Оценить данный параметр можно при помощи сопротивления усталости зубчатого венца. Основной габаритный размер передачи – это внутренний диаметр гибкого колеса. Определяется он по приближенной зависимости сопротивления усталости с учетом нормальных напряжений.

С момента создания первой зубчатой передачи прошло много лет. Многие известные инженеры приложили немало усилий для усовершенствования этого процесса и изобретения новых механизмов. Одним из таких людей стал американский инженер У. Массер, который в 1959 году изобрел волновой редуктор. Принцип работы был основан на использовании гибкого зубчатого колеса, передающего движение другой шестерне. Это изобретение позволило ускорить развитие многих отраслей промышленности, увеличить передаточное число и точность оборудования.

Особенности конструкции

Устройство волнового редуктора зависит от сферы его применения. Основная цель, для которой используется этот механизм – преобразование входного вращательного движения двигателей в:

выходное поступательное;
выходное вращательное.

По своей конструкции они схожи с планетарными механизмами так как имеется несколько зон соприкосновения с гибким колесом. Обеспечивает одновременное соприкосновение кулачок. Он имеет несколько выступов, которые образуют волны при вращении. При этом нагрузка распределена по всем зацепляемым зубьям равномерно. При производстве волновых редукторов количество зубьев на колесах варьируется в пределах от 100 до 600.

Место, где вершина волны деформируемого элемента соприкасаются с другой шестерней, называется зоной зацепления.

По количеству таких зон редуктор с гибким элементом может быть:

Большее количество волн встречается крайне редко.

Принцип работы

Волновые редукторы имеют следующий принцип работы:

Недеформируемое колесо с внутренними зубьями крепится в корпусе.
Гибкое зубчатое колесо с тонкими стенками устанавливается на генератор волн.
При вращении генератор волн деформирует гибкое колесо, тем самым перемещает точки соприкосновения наружной и внутренней шестерней.

Плавность хода обеспечивается тем, что на гибком колесе меньшее количество зубьев.

Типы волновых редукторов

Среди всего многообразия устройств данного вида. наибольшее распространение получили волновые мотор-редукторы. Конструкция такого механизма состоит из электродвигателя и непосредственно самой волновой передачи. Основные характеристики, на которые стоит обращать внимание перед покупкой:

Преимущества таких устройств перед моторами другого типа:

меньшие размеры;
низкий уровень шума и вибраций;
устойчивость к нагрузкам.

Основной способ смазки таких устройств заключается в стандартном подводе масла к соприкасающимся элементам. Тем не менее, в некоторых ситуациях требуются герметичные механизмы, без использования смазывающе-охлаждающей жидкости. Работа волнового редуктора фланцевого с пневмодвигателем происходит без смазки. В таком аппарате охлаждение элементов происходит при помощи сжатого воздуха.

Червячный волновой редуктор имеет два вида размещения червяка в корпусе – верхнюю и нижнюю. Применение такой механизм нашел в космической отрасли, где требуется герметичность.

Используется в конструкции космической лебедки.

Волновая зубчатая передача появилась относительно недавно, но уже успела зарекомендовать себя с положительной стороны. Она обеспечивает большую волновую деформацию, тем самым увеличивая передаточное отношение. Из достоинств также стоит выделить высокий КПД, небольшие размеры и маленький вес.

Применение волнового редуктора

За ряд особенностей, недоступных другим механизмам такого типа, привод с волновым редуктором получил широкое распространение во многих отраслях промышленности. Такое устройство встречается:

в космонавтике и авиастроении;
в судостроении и на подводных лодках;
в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отрасли;
на химическом производстве;
в атомных электростанциях;
в робототехнике и автоматизированных системах;
при добыче полезных ископаемых.

Герметичность устройства позволяет использовать его в сложных климатических условиях, в вакууме и под водой. Устойчивость к большим нагрузкам и сложным условиям работы нашло применение для этих аппаратов в атомной энергетике и местах с возможностью взрывов и землетрясений. Точность передаваемых движений позволяет использовать их в станках с числовым программным управлением. Высокий запас прочности и длительный срок эксплуатации позволяет использовать редуктор в любом производстве, внедрить его в технологический процесс, задействовать в работе конвейера, автоматизированных систем и другом оборудовании.

Простая конструкция позволяет собрать такой механизм своими руками, но, если цели использования предполагают применение редуктора в сложном технологическом процессе, стоит приобрести профессиональное оборудование. Его стоимость окажется существенно выше, но производитель дает гарантию на оборудование и выполнение им всех поставленных задач.

Волновые редукторы имеют множество преимуществ, за которые нашли повсеместное применение. Они обладают высоким коэффициентом полезного действия, множеством вариантов передаточных чисел, небольшими размерами, высокой точностью и плавной работой движущихся элементов. Высокая стоимость таких устройств в сравнении с другими редукторами, окупается в длительном сроке эксплуатации и недорогом обслуживании.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Тема раздела Триал и Трофи в категории Автомодели; Применение волновой редуктора в качестве колесного или основного редуктора. Речь идёт о типе HDUC-8-50 с передаточным отношением 1:50. Этот редуктор .

Опции темы

Применение волновой редуктора в качестве колесного или основного редуктора.

Речь идёт о типе HDUC-8-50 с передаточным отношением 1:50. Этот редуктор изготовляется в Японии. Все редуктора изготовляются попарно (можно сказать индивидуально). Сначала изготовляется волновой генератор, а затем по нему изготоляют гибкое зубчатое колесо и жесткое зубчатое колесо.
Этот редуктор практически вообще не имеет люфт.

Волновые передачи:
Назначение и области применения:
Волновой передачей называется зубчатый или фрикционный механизм, предназначенный для передачи и преобразования движения (обычно вращательного), в котором движение преобразуется за счет волновой деформации венца гибкого колеса специальным звеном (узлом) – генератором волн. Основными элементами дифференциального волнового механизма являются: входной или быстроходный вал с генератором волн, гибкое колесо с муфтой, соединяющей его с первым тихоходным валом, жесткое колесо, соединенное со вторым тихоходным валом, корпус.
Рис. 18.1

Существует большое количество конструкций волновых механизмов. Обычно эти механизмы преобразуют входное вращательное движение в выходное вращательное или поступательное. Волновые механизмы можно рассматривать как одну из разновидностей многопоточных планетарных механизмов, так как они обладают многозонным, а в случае зубчатого механизма, и многопарным контактом выходного звена с гибким колесом. Многозонный контакт обеспечивается за счет формы генератора волн (кулачок чаще с двумя, редко с тремя выступами), многопарный – за счет податливости зубчатого венца гибкого колеса. Такое сочетание позволяет волновым механизмам передавать значительные нагрузки при малых габаритах. Податливость зубчатого венца обеспечивает достаточно равномерное распределение нагрузки по зубьям, находящимся в зоне зацепления. При номинальных нагрузках процент зубьев находящихся в зацеплении составляет 15-25% от общего их числа. Поэтому в волновых передачах применяется мелкомодульное зацепление, а числа зубьев колес лежат в пределах от 100 до 600. Зона зацепления в волновой зубчатой передаче совпадает с вершиной волны деформации. По числу зон или волн передачи делятся на одноволновые, двухволновые и так далее. Передачи с числом волн более трех применяются редко. Распределение передаваемых усилий по нескольким зонам уменьшает нагрузку на элементы пар и позволяет существенно уменьшать габаритные размеры и массу механизмов. Многозонный и многопарный контакт звеньев существенно увеличивает жесткость механизма, а за счет осреднения ошибок и зазоров, уменьшает мертвый ход и кинематическую погрешность механизма. Поэтому волновые механизмы обладают высокой кинематической точностью и, несмотря на наличие гибкого элемента, достаточно высокой жесткостью. Образующиеся в структуре волнового механизма внутренние контуры, увеличивают теоретическое число избыточных или пассивных связей в механизме. Однако гибкое колесо за счет податливости компенсирует ряд возникающих перекосов. Поэтому при изготовлении и сборке волновых механизмов число необходимых компенсационных развязок меньше чем в аналогичных механизмах с жесткими звеньями.
Гибкое колесо обеспечивает волновым передачам возможность передачи движения через герметичную стенку, которая разделяет две среды (например, космический аппарат и открытый космос). При этом гибкое колесо выполняется как элемент герметичной стенки, входной вал и генератор волн располагаются по одну сторону стенки (внутри космического аппарата), а выходное звено – по другую (в космическом пространстве). Схема герметичной волновой передачи приведена на рис. 18.2.
Рис. 18.2

Волновые передачи кинематически представляют собой планетарные передачи с одним из колес в виде гибкого венца. Гибкий венец деформируется генератором волн и входит в зацепление с центральным колесом в двух зонах.
Принцип волновых передач заключается в многопарности зацепления зубьев, которая определяет все положительные качества этих передач по сравнению с другими.
Волновые передачи в сравнении с обычными зубчатыми имеют меньшую массу и меньшие габариты, обеспечивают более высокую кинематическую точность, имеют меньший мертвый ход, обладают высокой демпфирующей способностью (в 4—5 раз большей, чем у обычных), работают с меньшим шумом.
При необходимости волновые передачи позволяют передавать движение в герметизированное пространство без применения сальников.
Волновые передачи позволяют осуществлять большие передаточные отношения в одной ступени; при зубчатых колесах из стали Umin = 60 (ограничивается прочностью при изгибе гибкого колеса) и Umax = 300 (ограничивается минимально допустимой величиной модуля, равной 0,2. 0,15 мм). При этом КПД равен 80. 90 %, как и в планетарных передачах с тем же передаточным отношением.
К недостаткам волновых передач можно отнести ограниченные частоты вращения ведущего вала генератора волн при больших диаметрах колес (во избежание боль¬ших окружных скоростей генератора), мелкие модули зубчатых колес (0,15. 2 мм). При серийном изготовлении в специализированном производстве вол¬новые передачи дешевле планетарных. Крутильная жесткость волновых передач несколько меньше простых зубчатых, но обычно является достаточной.
На рис. 1 гибкий венец 1 нарезан на деформируемом конце тонкой цилиндрической оболочки 5, другой конец которой через тонкое дно соединяется с выходным валом 4.
Генератор волн 3 состоит из овального кулачка соответствующего профиля и специального шарикоподшипника 6 с гибкими кольцами. Иногда выполняют генератор волн в виде двух дисков (роликов), расположенных на валу или в виде четырех роликов. Сборку зацепления можно осуществить только после деформации гибкого колеса.
На концах большой оси вала зубья зацепляются по всей высоте, на малой оси зубья не зацепляются. Между этими участками зубья гибкого колеса погружены во впадины жесткого колеса на разную глубину. Зацепление напоминает шлицевое соединение.
При вращении генератора волн гибкий зубчатый венец обкатывается по неподвижному колесу, вращая оболочку и вал. Радиальные перемещения w гибкого колеса по окружности имеют два максимума и два минимума, т. е. две волны. Поэтому передачу называют двухволновой. Возможны трехволновые передачи, но их применяют редко, так как в трехволновой передаче выше напряжения изгиба в гибком колесе.
Если оболочка неподвижно соединена с корпусом, то вращение от генератора передается жесткому колесу с внутренними зубьями.

Последний раз редактировалось Atom44; 23.03.2012 в 23:05 .

Источник