Волновой редуктор — принцип работы, устройство, применение, типы

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.

Классификация редукторов

Редукторы бывают конические, цилиндрические, волновые, планетарные – это зубчатые типы передач, а также червячного типа. Кроме того они могут быть одноступенчатыми, двухступенчатыми и трехступенчатыми системами. При этом в двухступенчатых и трехступенчатых редукторах могут применяться разные типы передач. Помимо подразделения по типам передач, редукторы делятся и по своему конструктивному исполнению.

Типы редукторов по такому принципу делятся на механические и мотор-редукторы.

Механические редукторы представляют собой просто механические передачи, а мотор-редукторы — это совмещенные в одном корпусе редуктор и электродвигатель. По типу расположения в пространстве редукторы делятся на горизонтальные и вертикальные.

Характеристики

Волновые передачи применяются при больших передаточных отношениях, когда требуется повышенная кинематическая точность и низкий уровень шума. Оптимальное передаточное отношение, которое зависит от материала гибкого элемента, составляет 75…320. Коэффициент полезного действия (при передаточном отношении 100) составляет 0,9.

Волновые зубчатые передачи, преимущества

• большие передаточные числа (диапазон от 40 до 320);
• высокий КПД (0.8 – 0.9);
• высокий крутящий момент на выходе;
• передача движения сквозь герметичную перегородку не требующая дополнительных уплотнений;
• компактность и малогабаритность (в несколько раз меньше зубчатых передач);
• высокая нагрузочная способность при небольших габаритах и массе;
• плавность хода и низкий уровень шума во время работы;
• много парность и многозонность зацепления обеспечивают малую кинематическую погрешность и высокую жесткость механизма;
• малая вибрация и погрешности при изготовлении и монтаже;
• высокая надежность и продолжительность срока службы (до 15 лет) из-за простоты, прочности и симметричности конструкции;
• высокая износостойкость благодаря отсутствию трения скольжения;
• минимальные затраты на техническое обслуживание (благодаря применению пластичной смазки контроль за уровнем смазки не требуется);
• быстрый запуски торможение механизмов благодаря малой инерции и высокой динамичности.

Волновая зубчатая передача

Принцип действия

Состоит из жёсткого неподвижного элемента — зубчатого колеса с внутренними зубьями, неподвижного относительно корпуса передачи; гибкого элемента — тонкостенного упругого зубчатого колеса с наружными зубьями, соединённого с выходным валом; генератора волн — кулачка, эксцентрика или другого механизма, растягивающего гибкий элемент до образования в двух (или более) точках пар зацепления с неподвижным элементом. Число зубьев гибкого колеса несколько меньше числа зубьев неподвижного элемента. Число волн деформации равно числу выступов на генераторе. В вершинах волн зубья гибкого колеса полностью входят в зацепление с зубьями жёсткого, а во впадинах волн — полностью выходят из зацепления. Линейная скорость волн деформации соответствует скорости вершин выступов на генераторе, то есть в гибком элементе существуют бегущие волны с известной линейной скоростью. Разница чисел зубьев жёсткого и гибкого колёс обычно равна (реже кратна) числу волн деформации.

Например, при числе зубьев гибкого колеса 200, неподвижного элемента — 202 и двухволновой передаче (два выступа на генераторе волн) при вращении генератора по часовой стрелке первый зуб гибкого колеса будет входить в первую впадину жёсткого, второй — во вторую и т.д. до двухсотого зуба и двухсотой впадины. На следующем обороте первый зуб гибкого колеса войдёт в двести первую впадину, второй — в двести вторую, а третий — в первую впадину жёсткого колеса. Таким образом, за один полный оборот генератора волн гибкое колесо сместится относительно жёсткого на 2 зуба.

Достоинства и недостатки

Достоинства

• большое передаточное отношение, при малом количестве деталей (i = 80-320)
• улучшенные массо-габаритные характеристики по сравнению с обычными зубчатыми передачами
• высокая кинематическая точность и плавность хода
• высокая нагрузочная способность
• передача момента через герметичные стенки

Недостатки

• высокая напряжённость основных элементов гибкого колеса и генератора волн
• пониженная крутильная жесткость.

Волновые зубчатые передачи, область применения

Механизмы волновой передачи преобразуют входное вращательное движение в выходное вращательное или поступательное движение. Благодаря вышеописанным достоинствам волновые передачи очень широко применяются в сложных условиях различных областей науки и техники.

А именно:

• тяжело нагруженные, грузоподъемные и высокоэффективные силовые механизмы приводов редукторов и мультипликаторов (теплоэнергетическая, строительная, пищевая, медицинская промышленность);
• запорная арматура магистральных нефтепроводов, нефтегазодобывающая и нефтеперерабатывающая промышленность;
• тяжелые климатические условия (низкие температуры, высокая влажность воздуха, песчаные бури);
• герметизированные полости глубокого вакуума или химически агрессивных или радиоактивных сред;
• химическая и атомная промышленность;
• авиационная, космическая и подводная техника;
• следящие системы и системы автоматического управления высокой точности, робототехника.

Заказать волновые зубчатые передачи всех типоразмеров можно в НТЦ «Редуктор».

Показать все контакты

Цилиндрические редукторы

Такие редукторы обязаны названию не цилиндрической формой, а типом передачи, которая в них используется. Зубчатый цилиндр является основным валом такого редуктора. Благодаря своему устройству, редуктор этого типа используется чаще всего в горизонтальном положении, в котором производительность передачи наиболее высока. КПД редуктора такого типа достигает 98%, что зависит от его передаточного числа. Благодаря высокому КПД нет эффекта рассеивания передаваемой редуктором энергии, и это позволяет избежать нагревания всех элементов механизма. Цилиндрический редуктор бывает одно-, двух-, трех- и четырехступенчатой модификации. Но чаще используются редукторы с несколькими ступенями, или редукторы, в которых совмещены цилиндрическая и коническая передача. Применяется цилиндрический редуктор в первую очередь в машиностроении и тяжелой промышленности.

Кроме червячных и цилиндрических редукторов, есть типы зубчатой передачи, конические, планетарные и волновые. Такие типы редукторов тоже бывают одноступенчатыми и двухступенчатыми и используются как с моно-передачей, так и с совмещением передач нескольких типов.

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:

1. Размер вдоль оси вала невелик.
2. Генератор волн плавающего типа, а соединение с валом электродвигателя шарнирное.
3. 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.

Устройство и назначение редуктора

Редуктор — это механизм, который состоит из зубчатых и червячных передач, и выполнен в виде отдельного устройства. Он служит для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочего механизма. Основное назначение редуктора это понижение угловой скорости и, вследствие этого увеличение крутящего момента ведомого вала по отношению к ведущему. Есть несколько типов редукторов, можно купить редуктор червячный, цилиндрический редуктор, волновой редуктор, конический угловой редуктор. Все эти виды обусловлены типом передач, на которых построена работа редуктора, или по типу зубчатых колес, это относится к цилиндрическим и коническим редукторам. Кроме того редукторы подразделяются по числу ступеней передачи, существует одноступенчатый редуктор, двухступенчатый редуктор и редукторы с большим ступенчатым числом.

Редуктор представляет собой корпус, в который помещены все элементы передачи – валы, зубчатые колеса, подшипники и остальное. Иногда в корпусе редуктора расположены устройства, которые служат для смазки зацепления и подшипников (к примеру, в корпус редуктора может быть размещен шестеренный масляный насос) или охлаждающие устройства (к примеру, змеевик с водой в корпусе червячного двухступенчатого редуктора).

Редукторы проектируются либо для привода конкретного механизма, либо можно купить редуктор, ориентируясь по заданной нагрузке и его передаточному числу без указания конкретного назначения. Так же редукторы подразделяются на горизонтальные и вертикальные, в соответствии с положением вала в пространстве.

Ресурс передач, валов и подшипников редукторов

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.

Конструктивные особенности редуктора

Конструктивное исполнение – это корпус, внутри которого находятся все элементы передачи – валы, шестерни и подшипники, зубчатые колеса и другие. За счет разницы передаточных чисел сопряженных шестерен, редуктор может снижать скорость вращения выходного вала, относительно скорости входного. Благодаря этому свойству, редуктор активно используется как привод для разных двигателей и механизмов. Универсальность применения, которой обладает редуктор, предопределяет его широкое применение в промышленности.

Для работы, например, конвейера, нужны подшипники и приводные цепи, способные обеспечить движение различных транспортеров и грузовых площадок. Все конвейерные механизмы приводит в движение мотор-редуктор, представляющий собой электродвигатель, конструктивно совмещенный с центральной шестерней редуктора любого типа передачи.

Благодаря тому, что мотор-редуктор имеет простую конструкцию, он не требует постоянного технического обслуживания, а его компактные размеры позволяют закрепить на раму подъемного механизма, не занимая лишнего пространства. В редукторах высокоточного позиционирования, используются радиально-аксиальные подшипники, установленные в композитные положения, обеспечивающие плавное и бесшумное вращение вала. Редукторы разного типа устроены по своему, их валы могут находиться как в одной плоскости, так и под углом друг к другу. От этого зависит производительность редуктора и его передаточное число.

Конструктивные исполнения по способу монтажа

Примеры условных обозначений и изображений:

121 — соосный редуктор, конструктивное исполнение корпуса на лапах, крепление к потолку, валы горизонтальные, выходной вал слева (рис. 1, а);

2231 — редуктор с параллельными осями, исполнение корпуса с фланцем, поверхность крепления перпендикулярна осям валов, креп­ление к левой стене, валы горизонтальные в вертикальной плоскости (рис. 1, б);

3120 — редуктор с пересекающимися ося­ми, исполнение корпуса навесное, поверхность крепления параллельна осям валов, крепление к потолку, валы горизонтальные (рис. 1, в);

4323 — редуктор со скрещивающимися осями, исполнение корпуса насадное, поверх­ность крепления перпендикулярна оси колеса, выходной вал вертикальный, червяк слева от колеса (рис. 1, г).

Символом ///// обозначена точка фиксации изделия от проворота реактивным моментом и крепление полого выходного вала на валу рабо­чей машины.

Как выбрать редуктор?

От выбора редуктора зависит не только его надежность и производительность, но и долговечность. Ошибки при расчете в выборе редуктора могут привести к преждевременному выходу его из строя. Поэтому работу по расчету и выбору редуктора нужно по возможности доверить опытным специалистам-конструкторам, которые учтут все факторы, такие как: расположение редуктора в пространстве, условия его работы, рабочей температуры и предельного в процессе эксплуатации.

Подтвердив все это расчетами, специалист сможет подобрать оптимальный редуктор под конкретный привод. Как показывает практика, правильно подобранный тип редуктора и его передаточное число обеспечивает срок службы механизма не менее 7 лет для червячных редукторов и не меньше 15 лет для цилиндрических редукторов. Иногда нет возможности проконсультироваться у специалиста. Как посчитать передаточное число редуктора самому? Любой расчет редуктора необходимо начать с составления кинематической схемы всего привода — это позволит определить тип редуктора, который необходим для данной системы.

Как определить передаточное число редуктора?

Передаточное число редуктора определяется по общей формуле:

U=nвх/nвых,

где nвх — это количество оборотов входного вала редуктора, то есть обороты электродвигателя, по числу оборотов в минуту, а nвых— это необходимое количество оборотов выходного вала редуктора, оборотов в минуту.

Полученное передаточное число округляется до передаточного числа из типового ряда для данных типов редукторов. Необходимо помнить, что расчет передаточного числа редуктора, таким образом, является довольно приблизительным. А при выборе электродвигателя частота вращения вала всего двигателя, а, значит, и входного вала редуктора не может превышать 1500 оборотов в минуту для редукторов любого типа. Обороты электродвигателя необходимо выбирать исходя из технических характеристик самих электродвигателей и механизмов, для которых они предназначены.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...

Читайте также:

Цековка — ГОСТ, чертежи, конструкция, пр... Резец проходной отогнутый — геометрия, в... Заклепочник для резьбовых заклепок — кла... Люнеты токарные — ГОСТ, фото, видео...