Большая советсткая энциклопедия Волновая передача

Волновая передача

Волновая передача, механическая передача (зубчатая, фрикционная, винтовая), в которой вращение передаётся и преобразуется циклическим возбуждением волн деформации в так называемом гибком элементе (отсюда название "волновая"). Изобретатель В. п. — американский инженер У. Массер (1959).

  Наиболее распространена зубчатая В. п. (рис. 1), которая обычно состоит из жёсткого элемента — зубчатого колеса с внутренними зубьями, неподвижно закреплённого в корпусе передачи; гибкого элемента — цилиндрической тонкостенной шестерни, выполненной в виде стакана с наружными зубьями, число которых несколько меньше числа зубьев жёсткого колеса (стакан закреплён на выходном валу и расположен внутри жёсткого колеса); генератора волн деформации (волнообразователя) — овального кулачка с надетым на него шарикоподшипником. Генератор вставлен соосно в гибкое колесо и при вращении растягивает его. Число волн деформации равно числу выступов кулачка. В вершинах волн зубья гибкого колеса полностью входят в зацепление с зубьями жёсткого, а во впадинах волн полностью из него выходят. При вращении генератора с той же угловой скоростью движутся волны деформации, т. е. в гибком колесе возбуждаются бегущие волны, в вершинах которых происходит зацепление. Разница чисел зубьев жёсткого и гибкого колёс обычно равна (реже кратна) числу волн деформации. В зависимости от числа волн В. п. называются одно-, двух- или трёхволновыми. Если, например, число зубьев гибкого колеса равно Z_г = 200, жёсткого колеса — Z_ж = 202, передача двухволновая (рис. 2), генератор волн выполнен в виде водила с двумя роликами, то 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. При дальнейшем вращении генератора первый зуб гибкого колеса войдёт в двести первую впадину, второй — в двести вторую, а третий — в первую впадину жёсткого колеса (рис. 2, г). Таким образом, за один полный оборот генератора волн гибкое колесо сместится относительно жёсткого на 2 зуба или на угол

(рис. 2, в) в противоположном направлении, т. е. передаточное число

  В общем случае передаточное число В. п. с вращающимся гибким колесом равно

  Применяются также зубчатые В. п. с закреплённым гибким и вращающимся жёстким колёсами. В этом случае

направления вращения генератора и выходного вала совпадают. Одна из главных особенностей В. п. — возможность получения высокого передаточного числа в одной ступени. Серийно выпускаемые (1970) в США волновые редукторы имеют передаточные числа от 60 до 320. Вследствие малой разности диаметров гибкого и жёсткого колёс и гибкости одного из элементов в зацеплении участвует одновременно от 10 до 50% всех зубьев, т. е. имеет место многопарность зацепления, что позволяет применять колёса с мелким модулем зацепления. В. п. могут передавать крутящий момент в несколько раз больший, чем другие зубчатые передачи с теми же габаритами и массой, и значительно компактнее зубчатых передач других видов с той же нагрузочной способностью. Кпд зубчатых В. п. обычно составляет 80—92%. В. п. отличается мягкостью, безударностью, повышенной кинематической точностью, позволяет создавать безлюфтовые зацепления. В. п. может работать как замедляющая (редуктор) и как ускоряющая (мультипликатор) передача. Гибкие колёса В. п. обычно изготовляют из металла с высоким пределом выносливости или из различных пластмасс, получаемых литьём под давлением. Существуют конструкции зубчатых В. п. с наружным расположением генератора волн; жёсткое колесо в этом случае расположено внутри гибкого колеса (рис. 3). Гибкие колёса В. п. выполняются в виде мембраны, конуса, сферы, колокола, узкого кольца или трубы, соединённых с выходным валом шлицами. В. п. могут иметь также пневматическое и гидравлическое возбуждение волн (рис. 4), при котором роль кулачка выполняют радиально расположенные плунжеры, давление на которые подаётся через распределительное устройство. Этот тип В. п. малоинерционный, так как отсутствует быстровращающийся генератор. С помощью В. п. можно передавать вращение через глухую металлическую стенку в замкнутое, герметично изолированное пространство или из него. Гибкое колесо герметичной В. п. (рис. 5) имеет обычно форму колокола с двумя донышками, одно из которых закрепляется на корпусе передачи. Внутри колокола располагается генератор волн, а снаружи — жёсткое колесо, закреплённое на выходном валу. Возможна также конструкция герметичной В. п. с внутренним расположением жёсткого колеса и наружным расположением генератора. Особое место среди зубчатых В. п. занимает так называемый респонсин. Прообразом этого устройства является изобретённый советским инженером А. И. Москвитиным тихоходный электродвигатель с гибким ротором для безредукторного привода (1944). В респонсине нет быстровращающихся деталей, поэтому он не имеет себе равных по быстродействию среди всех известных силовых приводов, применяется в следящих системах и т.п. механизмах.

  Фрикционная В. п. имеет гладкие контактирующие поверхности гибкого и жёсткого элементов. Передаточное число фрикционных В. п. Равно

где Р_г и Р_ж — периметры контактирующих поверхностей гибкого и жёсткого элементов. Фрикционные В. п. используются в качестве вариаторов (рис. 6).

  В винтовой В. п. гибким элементом может служить полый винт (рис. 7) или тонкостенная гайка. Генератор волн располагается соответственно внутри или снаружи гибкого элемента. В зависимости от соотношения параметров резьб винта и гайки вращение генератора в винтовых В. п. преобразуется в поступательное или в винтовое движение выходного органа передачи. Винтовые В. п. применяются главным образом для передачи движения в герметизированное пространство и для очень медленных перемещении.

  Иногда к В. п. относят также волновые муфты, передающие вращение через цилиндрическую оболочку в герметизированное пространство, имеющие передаточное отношение 1.

  В. п. применяются в различных отраслях техники: в приводах грузоподъёмных машин, конвейеров, различных станков, в авиационной и космической технике, в точных приборах, исполнительных механизмах систем с дистанционным и автоматическим управлением, в приводах остронаправленных радарных антенн систем наблюдения за космическими объектами и т.п. Герметические В. п. передают вращение в герметизированные полости с химической агрессивной и радиоактивной средой, в полости с высоким давлением и глубоким вакуумом, а также являются приводами герметических вентилей. Например, в американской космической ракете "Кентавр" (60-е гг. 20 в.) герметическая В. п. использована в механизме вентиля системы жидкого кислорода, что исключило утечку кислорода и повысило взрыво- и пожаробезопасность.

  Лит.: Цейтлин Н. И., Цукерман Э. М., Волновые передачи, "Вопросы ракетной техники", 1965, № 8; "Экспресс — информация. Серия детали машин", 1968, №11; Гинзбург Е. Г., Волновые зубчатые передачи, М., 1969.

  Ю. Б. Синкевич.