Волновой редуктор своими руками

Волновой редуктор: принцип работы, устройство, назначение

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:

1. Недеформируемое колесо с внутренними зубьями крепится в корпусе.
2. Гибкое зубчатое колесо с тонкими стенками устанавливается на генератор волн.
3. 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:

• размеры;
• мощность;
• КПД;
• максимальная нагрузка.

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.

Волновые редукторы

Волновые зубчатые передачи позволяют осуществлять большие передаточные отношения в одной ступени. При этом КПД их такой же, как и в планетарных передачах при тех же передаточных отношениях.

Редуктор волновой с кулачковым генератором волн

Редуктор одноступенчатый с двумя зубчатыми колесами: жестким с внутренними зубьями и гибким в виде цилиндра с зубчатым венцом. Гибкий зубчатый венец деформируется генератором волн. Генератор состоит из кулачка, насаженного на быстроходный вал, и шарикового подшипника с тонкими кольцами. Недеформируемыи генератором конец цилиндра шлицевый. Шлицы нарезаны тем же зуборезным инструментом, что и колеса. От осевого смещения цилиндр удерживается проволочным кольцом, расположенным на шлицах. Тихоходный вал вращается в противоположном направлении относительно быстроходного вала. Сборку жесткого колеса с гибким осуществляют после деформации гибкого зубчатого венца генератором. Зацепление и подшипники смазываются маслом, разбрызгиваемым генератором. Охлаждается редуктор вентилятором, установленным на быстроходном валу. Редуктор предназначен для непрерывной длительной работы, его КПД равен 0,85…0,9. Возможна переача вращения от тихоходного вала к быстроходному, КПД мультипликатора на 15…30 % ниже КПД редуктора.

Мотор-редуктор волновой с дисковым генератором волн

Дисковый генератор волн состоит из двух дисков большого диаметра, расположенных на эксцентриковой втулке. Радиальная нагрузка в дисковом генераторе волн воспринимается только одним подшипником, установленным вблизи средней плоскости генератора. Второй подшипник необходим для предотвращения опрокидывания диска моментом пары сил, действующих со стороны зон зацепления. Гибкое колесо выполнено в виде трубы с двумя зубчатыми венцами — рабочим и шлицевым (для соединения с муфтой). От осевого смещения гибкое колесо удерживают два полукольца, привернутые винтами к торцу шлицевой муфты. Жесткое колесо неподвижно соединено с корпусом.

Редуктор волновой фланцевый с пневмо-двигателем

Редуктор работает без смазывания, отработавший сжатый воздух охлаждает поверхности трения. Генератор волн дисковый. Гибкое колесо неподвижно соединено с корпусом с помощью шлицев, роль которых выполняет второй зубчатый венец. Зубчатый венец и внутренняя поверхность гибкого колеса азотированы, что уменьшает износ зубьев и раскатку колеса генератором волн. Жесткое колесо вращается вместе с тихоходным валом.

Привод лебедки космического корабля

Редуктор волновой двухступенчатый, предназначен для передачи вращения в герметизированное пространство. Первая ступень планетарная, вторая — волновая передача. Гибкое колесо выполнено методом выдавливания. Генератор волн кулачковый с гибким подшипником. Тихоходное звено (жесткое колесо) соединено с барабаном. Для смазывания зубчатого зацепления волновой передачи применяют твердые смазочные покрытия на основе дисульфида молибдена, для остальных узлов -консистентный смазочный материал ЦИАТИМ-202. Герметизация подшипникового узла барабана выполнена лабиринтным уплотнением в виде дисков.

Мотор-редуктор волновой с дисковым генератором волн и коротким гибким колесом

В редукторе неподвижным является жесткое колесо, соединенное с корпусом. Гибкое колесо выполнено в форме стакана с дном, его длина L= 0,55D (где D — диаметр стакана), что меньше принятой для редукторов общемашиностроительного применения. Для снижения уровня вибраций, возникающих во время работы редуктора, к дну гибкого колеса присоединено резиновое кольцо. Диски генератора волн, а таже тихоходный вал редуктора установлены на радиально-упорных четырехточечных шариковых подшипниках, у которых наружные кольца являются разъемными. Использование таких подшипников позволяет сократить осевой размер редуктора.

Зубчатые колеса волновых редукторов

Колеса с гибким зубчатым венцом изготовляют с дном (рисунок 14.6.1, а), с внешними (рисунок 14.6.1, 6) и внутренними (рисунок 14.6.1, в) шлицами и с фланцем (рисунок 14.6.1, г) для закрепления на тихоходном валу или в корпусе. Шлицевое соединение уменьшает крутильную жесткость редуктора, однако при этом снижаются напряжения в гибком колесе и давление на генератор волн. Внешние шлицы предпочтительнее. Внутренние шлицы в некоторых случаях позволяют выполнить конструкцию более компактно.

На рисунок 14.6.2 показано гибкое колесо для герметичных передач, выполненное методом выдавливания. Следует обратить внимание на возможность увеличения диаметра D1 мембраны по отношению к диаметру D оболочки, так ка при этом увеличивается радиальная податливость оболочки.

На рисунок 14.6.3 показаны жесткие колеса. Необходима определенная толщина обода зубчатого венца, что-бы избежать больших деформаций колеса от сил в зацеплении. Предпочтение следует отдавать конструкции, приведенной на рисунок 14.6.3, а.

Волновой мотор редуктор

Волновой редуктор представляет собой механическую передачу, которая преобразует энергию деформации гибкого элемента в движение. Редуктор данного типа впервые был построен в 1959 году американским изобретателем Массером. Открытие стало новым этапом в развитии инженерной техники. Волновая передача позволила обеспечивать недостижимый до того момента уровень кинематической точности и невероятную плавность движения.

Также с ней можно было добиваться высокого передаточного отношения при небольшом количестве составных деталей. Сейчас подобные механизмы используются в ракетной и авиационной отраслях, в робототехнике, в точном машиностроении, а также при производстве манипуляторов, от которых требуется высокая точность перемещения.

Принцип работы устройства

Принцип работы волнового редуктора основывается на деформации гибкого элемента, которая обеспечивает движение зубчатого колеса внутри втулки. Деформация происходит под действием специального эксцентричного механизма, который растягивает гибкую деталь до образования двух точек соприкосновения внутренней шестеренки с зубцами внешней втулки.

Благодаря зацеплению зубьев между собой появляется возможность продолжить вращение внутренней части. При этом количество зубьев у гибкого элемента меньше, чем это число у неподвижного элемента. Благодаря этому факту и получается обеспечивать требуемую плавность и точность движений. В любой момент времени линейная скорость волн соответствует скорости вращения генератора, поэтому не возникают дополнительные колебания, которые могли бы вывести всю систему из равновесия.

Волновой мотор редуктор представляет собой волновую передачу, объединенную с электрическим двигателем. Они имеют очень широкую сферу применения во многих отраслях промышленности. Этим обусловлено большое количество различных вариантов исполнения. Двигатели отличаются размерами, максимально возможной нагрузкой, мощностью и коэффициентом полезного действия.

Из преимуществ силовых агрегатов данного типа можно отметить более компактные габариты, чем у других моторов при одинаковой мощности. Также они способны длительное время работать на предельных нагрузках без видимого износа основных механизмов. Волновые моторы характеризуются низким уровнем шума при работе и практически отсутствующей вибрацией.

Где купить?

Купить редуктор сегодня не составит труда. Предложений на рынке огромное множество, так что выбирать будет из чего. Что касается качества изделий, то ему необходимо уделять повышенное внимание еще на этапе поиска подходящей модели. Многие ленятся прочитать полный перечень технических характеристик, ограничиваясь лишь информацией о мощности и количестве оборотов.

Вместе с тем недостаток данных может привести к неправильному выбору, что в конечном итоге скажется на дальнейшей эксплуатации. Поэтому все-таки стоит уделить больше времени и ознакомиться со всеми рабочими параметрами, чтобы после покупки вдруг не выяснилось, что двигатель не может справляться с возложенными на него обязанностями. Производители волновых редукторов предлагают продукцию примерно сопоставимого качества.

Уровень конкуренции в современном мире чрезвычайно высок, поэтому одна партия бракованных товаров может привести к банкротству компании. Поэтому контроль качества и тщательный подбор комплектующих практикуются на всех заводах на протяжении всего производственного цикла. Поэтому при выборе лучше сделать акцент именно на технически характеристиках, а не на фирме-изготовителе.

Также можно заранее узнать о наличии сервисных центров в конкретном городе, чтобы в случае поломки не пришлось долго искать контору, которая занимается ремонтом подобных устройств. Цена волнового редуктора напрямую зависит от его размеров и функциональных возможностей. Это значение колеблется от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч рублей.

Применение редукторов волнового типа

Волновой редуктор РВП 240-21 используется в качестве привода для шнекового конвейера КШ25/12,5. Механизм изготовлен с применением самых передовых конструкторских решений отечественных и мировых инженеров. Он обладает высоким запасом прочности и рассчитан на длительный период эксплуатации. Все электронное оборудование изготовлено в полностью взрывобезопасном варианте, так что механизм может быть использован и на опасных производствах.

Конвейеры были разработаны отечественным «Опытно-механическим заводом» и введены в эксплуатацию на некоторых предприятиях лишь в 2014 году. Их использование позволило повысить безопасность производства. Волновые редукторы для ЧПУ пользуются достаточно высоким спросом. Причем многие заводы предлагают изготовление механизмов по индивидуальным запросам клиента. Для станков с числовым управлением очень важна точность и плавность движений, которую могут обеспечить волновые передачи. Подобные элементы используются в медицине, ювелирном деле, точном машиностроении и робототехнике.

Стоимость индивидуально изготовленного прибора будет не маленькой, зато он идеально подойдет для выполнения отведенных функций. Кроме того изготовитель выедет на место и поможет осуществить правильную настройку механизма по желанию клиента. Также заказчик может рассчитывать и на гарантийное обслуживание в случае возникновения каких-либо проблем.

Волновые редукторы

Волновые редукторы применяются в системах электропривода с высокими требованиями к параметрам. Отсутствие люфта, высокая точность передачи движения, компактность, наличие полого вала и высокая надёжность позволяют применять волновые редукторы в самых разных областях техники: приводы высокоточных станков и обрабатывающих центров, промышленные роботы, телекоммуникационное и оптическое оборудование, авиационная и космическая промышленность. Волновой редуктор состоит из жесткого неподвижного элемента — зубчатого колеса с внутренними зубьями, неподвижного относительно корпуса передачи; гибкого элемента — тонкостенного упругого зубчатого колеса с наружными зубьями, соединенного 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.

• Редуктор волновой(гармонический) безлюфтовый. Коэффициент редукции от 20:1 до 100:1 (выбирается заказчиком), максимальный передаваемый момент 70 Н*м.

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.

Принцип работы волновой зубчатой передачи
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.