ВОЛНОВАЯ ПЕРЕДАЧА

ВОЛНОВАЯ ПЕРЕДАЧА, механическая передача (зубчатая, фрикционная, винтовая), в к-рой вращение передаётся и преобразуется циклическим возбуждением волн деформации в т. н. гибком элементе (отсюда назв. "волновая"). Изобретатель В. п.- амер. инж. У. Массер (1959).

Наиболее распространена зубчатая В. п. (рис. 1), к-рая 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 к-рых неск. 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.

Рис. 1. Зубчатая волновая передача (редуктор): 1 - жёсткое колесо; 2 - гибкое колесо; 3 - генератор воля.

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 к-рых 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, напр., число зубьев гибкого колеса равно Z_r = 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). Т. о., за один полный оборот генератора волн гибкое колесо сместится относительно жёсткого на 2 зуба или на угол Ф = (2/200)*360 = 3,6° (рис. 2,в) в противоположном направлении, т. е. передаточное число i = Zr/2

Рис. 2. Схема работы зубчатой волновой передачи: а - исходное положение генератора; б - генератор повёрнут на 90°; в - генератор повёрнут на 360°; г - зона зацепления; 1 - жёсткое колесо; 2 - гибкое колесо; 3 - генератор волн.

В общем случае передаточное число В. п. с вращающимся гибким колесом равно i = -(Z_r /(Z_ж -Z_r )) Применяются также зубчатые В. п. с закреплённым гибким и вращающимся жёстким колёсами. В этом случае i = Z_ж /(Z_ж-Z_r), 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 неск. раз больший, чем др. зубчатые передачи с теми же габаритами и массой, и значительно компактнее зубчатых передач др. видов с той же нагрузочной способностью. Кпд зубчатых В, п. обычно составляет 80-92%. В. п. отличается мягкостью, безударностью, повышенной кинематич. 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 пневматич. и гидравлич. возбуждение волн (рис. 4), при к-ром роль кулачка выполняют радиально расположенные плунжеры, давление на к-рые подаётся через распределительное устройство. Этот тип В. п. малоинерционный, т. к. 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 к-рых 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 н наружным расположением генератора. Особое место среди зубчатых В. п. занимает т. н. респонсин. Прообразом этого устройства является изобретённый сов. пнж. А. И. Москвитнным тихоходный электродвигатель с гибким ротором для безредукторпого привода (1944).

Рис. 3. Зубчатая волновая передача с наружным расположением генератора: 1 - жёсткое колесо: 2 - гибкое колесо; 3 - генератор.

Рис. 4. Зубчатая волновая передача с гидравлическим генератором: 1 - жёсткое колесо; 2 - гибкое колесо; 3 - генератор.

Рис. 5. Герметичная зубчатая волновая передача: 1 - жёсткое колесо; 2 - гибкое колесо; 3 - генератор волн.

Рис. 6. Фрикционный волноной вариатор: 1 - жёсткий элемент; 2 - эластичный гибкий элемент; 3 - генератор волн; 4 - дополнительные ролики генератора.

В респонсине нет быстровращающнхся 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 i= P_r/(P_ж-P_r)

где Р_r 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 гл. обр. для передачи движения в герметизированное пространство и для очень медленных перемещений.

Рис. 7. Винтовая волновая передача: 1 - гибкий элемент (полый винт): 2 - жёсткий элемент (гайка); 3 - генератор волн.

Иногда к В. п. относят также волновые муфты, передающие вращение через цилиндрич. 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 космич. технике, в точных приборах, исполнительных механизмах систем с дистанционным и автоматич. управлением, в приводах остронаправленных радарных антенн систем наблюдения за космич. объектами и т. п. Гсрмстич. В. п. передают вращение в герметизированные полости с химич. агрессивной и радиоактивной средой, в полости с высоким давлением и глубоким вакуумом, а также являются приводами герметич. вентилей. Напр., в американской космич. ракете "Кентавр" (60-е гг. 20 в.) герметич. 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.