Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с Harmonic drive )
Перейти к навигации Перейти к поиску
  • 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 известная как гармоническая зубчатая передача ) - это тип механической зубчатой ​​передачи , которая может улучшить определенные характеристики по сравнению с традиционными зубчатыми передачами, такими как косозубые зубчатые колеса или планетарные зубчатые колеса .

К преимуществам относятся: отсутствие люфта , высокая компактность и легкий вес, высокие передаточные числа, настраиваемые передаточные числа в стандартном корпусе, хорошее разрешение и отличная повторяемость (линейное представление) при изменении положения инерционных нагрузок [1], высокий крутящий момент и коаксиальный вход и выход. 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 создают только передаточное число 10: 1).

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

Он был изобретен в 1957 году CW Массер в то время как он был научным консультантом в США обуви Machinery (USM) и обычно реализуется в робототехнике , [3] и используется в аэрокосмической промышленности , а также, [4] для сокращения передач , но также могут быть использованы для увеличить скорость вращения, или для дифференциальной передачи .

История [ править ]

Базовая концепция зубчатой ​​передачи с волновой деформацией (SWG) была представлена Ч. Массером в его патенте 1957 года [5], когда он был консультантом в United Shoe Machinery Corp (USM). Впервые он был успешно использован в 1960 году компанией USM Co., а затем Hasegawa Gear Works по лицензии USM. [ необходима цитата ] Позже Hasegawa Gear Work стала Harmonic Drive Systems, расположенной в Японии, а подразделение USM Co. Harmonic Drive стало Harmonic Drive Technologies. [6] [7]

Механика [ править ]

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: генератор волн (2 / зеленый), гибкий шлиц (3 / красный) и круговой шлиц (4 / синий). В более сложных версиях есть четвертый компонент, который обычно используется 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 вилкой генератора волн, и внешнего шарикоподшипника. 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 нижняя часть относительно жесткая. 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, когда заглушка волнового генератора вращается, гибкий шлиц деформируется в форму вращающегося эллипса и не скользит по внешнему эллиптическому кольцу шарикоподшипника. Шарикоподшипник позволяет гибкому шлицу вращаться независимо от вала генератора волн.

Круговой шлиц представляет собой жесткое круговое кольцо с зубьями 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 зубцами 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 вала вращается вместе с волновым генератором, поэтому точки, в которых зубья зацепляются, 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 число зубчатого колеса можно рассчитать по количеству зубьев на каждой шестерне:

Например, если на круговом 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. Этого можно добиться 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 [ править ]

Колеса лунного вездехода Apollo [8] с электрическим приводом включали зубчатые передачи деформационной волны. Кроме того, лебедки, используемые на Skylab для развертывания солнечных панелей, приводились в действие с помощью механизмов деформационной волны.

См. Также [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

  • Объяснение принципов, лежащих в основе зубчатых передач с волновой деформацией (Youtube)
  • Демонстрация функции гармонического возбуждения (Youtube)

Ссылки [ править ]

  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 продуктах 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. DOI : 10.1017 / S0263574708004712 .
  4. ^ Ueura, K; Kiyosawa, Y; Куроги, Дж; Канаи, S; Мияба, H; Maniwa, K; Сузуки, М; Обара, S (2008). «Трибологические аспекты зубчатой ​​передачи с волновой деформацией с учетом ее применения в космосе». Труды Института инженеров-механиков, Часть J: Журнал инженерной трибологии . 222 (8): 1051–1061. DOI : 10.1243 / 13506501JET415 . ISSN 1350-6501 . S2CID 108896120 .  
  5. ^ Патент США 2906143
  6. ^ «Слияние компаний с гармоническим приводом» , Motion System Design , 2006.
  7. ^ Информация о компании Harmonic Drive Systems
  8. ^ "Квалификационные объемные металлические стеклянные шестерни материалов для приложений космических аппаратов" (PDF) . НАСА . 20 мая 2019 г. Архивировано из оригинального (PDF) 20 мая 2019 г.
  • «Гармонический драйв» . Британская энциклопедия . Проверено 26 ноября 2020 .