Волновая передача (также известная как гармоническая передача ) — это тип механической зубчатой передачи, в которой используется гибкий шлиц с внешними зубьями, который деформируется вращающейся эллиптической вилкой для зацепления с внутренними зубьями шестерни внешнего шлица.
Немецкая компания Harmonic Drive SE выпустила первые серийные зубчатые передачи под торговой маркой Harmonic Drive.
Волновая передача имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными системами передач, такими как косозубые или планетарные передачи , в том числе:
Высокие передаточные числа редуктора возможны в небольшом объеме (передаточное отношение от 30:1 до 320:1 возможно в том же пространстве, в котором планетарные передачи обычно обеспечивают передаточное отношение только 10:1).
К недостаткам можно отнести тенденцию к «скручиванию» (крутильная жесткость пружины) в области низкого крутящего момента.
Волновая передача обычно используется в робототехнике [3] и аэрокосмической промышленности . [4] Она может обеспечивать понижение передачи, но также может использоваться для увеличения скорости вращения [ необходима ссылка ] или для дифференциальной передачи .
Основная концепция передачи волновой деформации (SWG) была представлена CW Musser в патенте 1957 года [5] [6] , когда он был консультантом в United Shoe Machinery Corp (USM). Впервые она была успешно использована в 1960 году компанией USM Co., а затем компанией Hasegawa Gear Works по лицензии USM. [ требуется ссылка ] Позже Hasegawa Gear Work стала компанией Harmonic Drive Systems, расположенной в Японии, а подразделение USM Co. Harmonic Drive стало компанией Harmonic Drive Technologies. [7] [8]
Волновая передача использует упругость металла. Механизм состоит из трех основных компонентов: генератора волн (2 / зеленый), гибкого шлица (3 / красный) и круглого шлица (4 / синий). Более сложные версии имеют четвертый компонент, который обычно используется для сокращения общей длины или для увеличения передаточного числа в пределах меньшего диаметра, но все еще следует тем же основным принципам.
Генератор волн состоит из двух отдельных частей: эллиптического диска, называемого заглушкой генератора волн , и внешнего шарикоподшипника. Эллиптическая заглушка вставляется в подшипник, заставляя подшипник соответствовать эллиптической форме, но при этом позволяя вращению заглушки внутри внешнего подшипника.
Гибкий шлиц имеет форму неглубокой чашки. Боковые стороны шлиц очень тонкие, но дно относительно жесткое. Это приводит к значительной гибкости стенок на открытом конце из-за тонкой стенки, а на закрытой стороне они достаточно жесткие, чтобы быть надежно закрепленными (например, на валу). Зубья расположены радиально вокруг внешней стороны гибкого шлиц. Гибкий шлиц плотно прилегает к генератору волн, так что при вращении заглушки генератора волн гибкий шлиц деформируется в форму вращающегося эллипса и не скользит по внешнему эллиптическому кольцу шарикоподшипника. Шарикоподшипник позволяет гибкому шлицованному профилю вращаться независимо от вала генератора волн.
Круговой шлицевой вал представляет собой жесткое круглое кольцо с зубьями на внутренней стороне. Гибкий шлицевой вал и генератор волн размещаются внутри кругового шлицевого вала, зацепляя зубья гибкого шлицевого вала и кругового шлицевого вала. Поскольку гибкий шлицевой вал деформирован в эллиптическую форму, его зубья фактически зацепляются с зубьями кругового шлицевого вала только в двух областях на противоположных сторонах гибкого шлицевого вала (расположенных на большой оси эллипса).
Предположим, что генератор волн является входным вращением. По мере вращения вилки генератора волн зубья гибкого шлица, которые зацеплены с зубьями круглого шлица, медленно меняют положение. Главная ось эллипса гибкого шлица вращается вместе с генератором волн, поэтому точки, в которых зацепляются зубья, вращаются вокруг центральной точки с той же скоростью, что и вал генератора волн. Ключевым моментом в конструкции зубчатой передачи деформационной волны является то, что на гибком шлицах меньше зубьев (часто, например, на два меньше), чем на круглом шлицах. Это означает, что для каждого полного оборота генератора волн гибкому шлицу потребуется немного повернуть назад (в данном примере на два зуба). Таким образом, вращательное действие генератора волн приводит к гораздо более медленному вращению гибкого шлица в противоположном направлении .
Для зубчатого механизма с волновой передачей передаточное отношение можно рассчитать по числу зубьев на каждой шестерне, аналогично циклоидальному приводу :
Обратите внимание, что обратная величина коэффициента редукции иногда обозначается той же фразой и символом.
Например, если на круглом шлицах 202 зуба, а на гибком шлицах 200, то передаточное отношение составит (200 − 202)/200 = −0,01.
Таким образом, гибкий шлиц вращается со скоростью 1/100 скорости вилки генератора волн и в противоположном направлении. Различные передаточные числа устанавливаются путем изменения количества зубцов. Это может быть достигнуто либо путем изменения диаметра механизма, либо путем изменения размера отдельных зубцов и, таким образом, сохранения его размера и веса. Диапазон возможных передаточных чисел ограничен пределами размера зубцов для данной конфигурации.
Это передаточное отношение применимо к конфигурации, где круговой шлицевой вал фиксирован, генератор волн является входом, а гибкий шлицевой вал — выходом. В случае, если круговой шлицевой вал также вращается, между скоростями вращения трех частей выполняется следующее соотношение: [9]
Ум негативный и мелкий.
Электроприводные колеса лунохода Apollo включали в себя зубчатые передачи. [10] Кроме того, лебедки, используемые на станции Skylab для развертывания солнечных панелей, работали с использованием зубчатых передач. [ необходима цитата ]
