WikiDer > Зубчатая передача с деформационной волной

Strain wave gearing
  • Внешний круг: круговой шлиц (фиксированный)
  • Средний круг: гибкий шлиц (прикреплен к выходному валу, не показан)
  • Внутренний овал: генератор волн (прикреплен к входному валу; внутренний шарикоподшипник и вал не показаны)
Комплект зубчатых передач для деформационных волн Harmonic Drive SE, состоящий из подшипника волнового генератора (вверху слева), чашки с гибким шлицем (вверху справа) и круглого шлицевого кольца (внизу).

Зубчатая передача с деформационной волной (также известный как гармоническая передача и гармонический привод) - это тип механической механизм система, которая может улучшить определенные характеристики по сравнению с традиционными зубчатыми передачами, такими как косозубые шестерни или же планетарные передачи.

К достоинствам можно отнести: нет люфт, высокая компактность и легкий вес, высокие передаточные числа, изменяемые передаточные числа в стандартном корпусе, хорошее разрешение и отличная повторяемость (линейное представление) при изменении положения инерционных нагрузок,[1] высокий крутящий момент и соосные входной и выходной валы.[2] Высокие передаточные числа возможны в небольшом объеме (передаточное число от 30: 1 до 320: 1 возможно в том же пространстве, в котором планетарные передачи обычно дают только соотношение 10: 1).

К недостаткам можно отнести тенденцию к «намотке» (жесткость пружины кручения) в области низкого крутящего момента.

Он был изобретен в 1957 году. C.W. Musser в то время как он был научным консультантом в United Shoe Machinery (USM) и обычно реализуется в робототехника,[3] и используется в аэрокосмический также,[4] для редуктора, но также может использоваться для увеличения скорости вращения или для дифференциальная передача.

История

Основное понятие зубчатой ​​передачи с волновой деформацией (SWG) было введено C.W. Musser в его патенте 1957 г.[5] в то время как он был советником в United Shoe Machinery Corp (УСМ). Впервые он был успешно использован в 1960 году компанией USM Co., а затем Hasegawa Gear Works по лицензии USM.[нужна цитата] Позже Hasegawa Gear Work стала Harmonic Drive Systems, расположенная в Японии, а подразделение USM Co. Harmonic Drive стало Harmonic Drive Technologies.[6][7]

Механика

Поперечное сечение гармонической шестерни.
  1. Входной вал
  2. генератор волн
  3. Flexspline
  4. круговой шлиц
  5. выходной вал
  6. Корпус

Теория зубчатых зацеплений с волновой деформацией основана на динамике упругости и использует гибкость металла. Механизм состоит из трех основных компонентов: генератора волн (2 / зеленый), гибкого шлица (3 / красный) и круглого шлица (4 / синий). В более сложных версиях есть четвертый компонент, обычно используемый для уменьшения общей длины или увеличения редуктора в пределах меньшего диаметра, но все же следуют тем же основным принципам.

Генератор волн состоит из двух отдельных частей: эллиптического диска, называемого вилка генератора волн и внешний шарикоподшипник. Эллиптическая заглушка вставляется в подшипник, заставляя подшипник принимать эллиптическую форму, но все же позволяя вращать заглушку внутри внешнего подшипника.

Гибкий шлиц имеет форму неглубокой чашки. Стороны шлица очень тонкие, но основание относительно жесткое. Это приводит к значительной гибкости стенок на открытом конце из-за тонкой стенки, а закрытая сторона является довольно жесткой и может быть надежно прикреплена (например, к валу). Зубья расположены радиально вокруг гибкого шлица. Гибкий шлиц плотно прилегает к волноводному генератору, так что при повороте вилки волнового генератора гибкий шлиц деформируется, принимая форму вращающегося эллипс и не скользит по внешнему эллиптическому кольцу шарикового подшипника. Шариковый подшипник позволяет гибкому шлицу вращаться независимо от вала генератора волн.

Круговой шлиц представляет собой жесткое круговое кольцо с зубцами на внутренней стороне. Гибкий шлиц и генератор волн размещены внутри кругового шлица, зацепляя зубцы гибкого шлица и кругового шлица. Поскольку гибкий шлиц деформируется в эллиптическую форму, его зубцы фактически входят в зацепление с зубьями кругового шлицевого соединения только в двух областях на противоположных сторонах гибкого шлицевого соединения (расположенных на главной оси эллипса).

Предположим, что генератор волн является входным вращением. Когда вилка генератора волн вращается, зубья гибкого шлицевого соединения, входящие в зацепление с зубцами круглого шлицевого соединения, медленно меняют положение. Большая ось эллипса гибкого шлицевого соединения вращается вместе с волновым генератором, поэтому точки, в которых зубья сцепляются, вращаются вокруг центральной точки с той же скоростью, что и вал волнового генератора. Ключом к конструкции зубчатого колеса деформационной волны является то, что на гибком шлице меньше зубьев (часто, например, на два меньше), чем на круглом шлице. Это означает, что для каждого полного поворота генератора волн гибкая шлицевая линия должна будет повернуться на небольшую величину (два зубца в этом примере) назад относительно круговой шлицы. Таким образом, вращательное действие генератора волн приводит к гораздо более медленному вращению гибкого шлица. в обратном направлении.

Для зубчатого механизма с волновой деформацией передаточное отношение зубчатого колеса можно рассчитать по количеству зубьев на каждой шестерне:

Например, если на круглом шлице 202 зуба, а на гибком шлице 200, передаточное число будет (200 - 202) / 200 = -0,01.

Таким образом, гибкий шлиц вращается со скоростью, равной 1/100 скорости вилки генератора волн, и в противоположном направлении. За счет изменения количества зубьев устанавливаются различные передаточные числа. Это может быть достигнуто либо изменением диаметра механизма, либо изменением размера отдельных зубцов и тем самым сохранением его размера и веса. Диапазон возможных передаточных чисел ограничен пределами размера зуба для данной конфигурации.

Примеры использования

Колеса с электроприводом Аполлон Лунный вездеход[8] включены зубчатые передачи деформационной волны. Также лебедки, используемые на Скайлаб для развертывания солнечных панелей приводились в действие шестерни с деформационной волной.

Смотрите также

внешняя ссылка

Рекомендации

  1. ^ Хиронис, Николай; Склейтер, Нил (2007). Справочник по механизмам и механическим устройствам. ISBN 978-0-07-146761-2.
  2. ^ Лаулетта, Энтони (апрель 2006 г.). «Основы передачи гармонического привода» (PDF). Новости о продукции Gear. С. 32–36.
  3. ^ Ли, Z; Мелек, WW; Кларк, К. (2009). «Децентрализованное надежное управление роботами-манипуляторами с передачей гармонического привода и применение в модульных и реконфигурируемых последовательных манипуляторах». Роботика. 27 (2): 291–302. Дои:10.1017 / S0263574708004712.
  4. ^ Ueura, K; Kiyosawa, Y; Куроги, Дж; Канаи, S; Мияба, H; Maniwa, K; Сузуки, М; Обара, S (2008). «Трибологические аспекты системы зубчатой ​​передачи с волновой деформацией с учетом ее космического применения». Труды Института инженеров-механиков, Часть J: Журнал инженерной трибологии. 222 (8): 1051–1061. Дои:10.1243 / 13506501JET415. ISSN 1350-6501. S2CID 108896120.
  5. ^ Патент США 2906143
  6. ^ «Объединение компаний с гармоническим приводом», Дизайн систем движения, 2006.
  7. ^ Информация о компании Harmonic Drive Systems
  8. ^ "Пригодные для использования в космических аппаратах объемные металлические стеклянные шестерни материалов" (PDF). НАСА. 20 мая 2019 г. Архивировано с оригинал (PDF) 20 мая 2019 г.