Библиотека

Как работает волновая передача?

Волновая зубчатая передача состоит из трёх основных деталей: генератора волны, гибкого кольца и жёсткого кольца. Генератор волны представляет собой тонкостенный шарикоподшипник напрессованный на эллиптическую втулку. Гибкое кольцо  - это тонкостенное зубчатое колесо с внешним зубом. При сборке редуктора генератор волны устанавливается внутрь гибкого кольца. Диаметр гибкого кольца несколько меньше чем диаметр генератора волны, и при сборке гибкое кольцо принимает форму генератора волны. Жёсткое кольцо представляет собой прочное жёсткое зубчатое кольцо с внутренним зубом. Количество зубьев жёсткого кольца обычно на 2 зуба (реже – на 4) меньше чем у гибкого кольца. Гибкое кольцо, установленное на генератор волны, помещается внутрь жёсткого кольца и входит в зацепление с ним в двух зонах, расположенных по большой полуоси эллипса генератора волны. Вне этих зон зацепления зубья жёсткого и гибкого кольца не находятся в контакте.

Strain Wave Gear Principle - Harmonic Drive AG

При повороте генератора волны, зоны зацепления зубьев смещаются по окружности жёсткого кольца и, благодаря различному количеству зубьев на жёстком и гибком кольце, после поворота генератора волны на 360°, зубья гибкого кольца оказываются смещены относительно жёсткого кольца. Величина смещения равна разнице в количестве зубьев гибкого и жёсткого кольца. Таким образом, при постоянном вращении генератора волны и при неподвижном жёстком кольце получаем медленное вращение гибкого кольца.


А можно ли по-другому?

Описанный способ использования – неподвижное жёсткое кольцо, вход на генератор волны и выход с гибкого кольца - не единственный способ использования волнового редуктора. В качестве входа и выхода можно использовать любые из трёх указанных деталей волнового редуктора в любых сочетаниях. При этом редуктор может становиться понижающим или повышающим, изменяться передаточное число и направление вращение выхода относительно входа.

Описанная выше классическая схема волнового редуктора, в которой подшипник генератора волны принимает свою форму благодаря эллиптической  втулке, не является единственной. Вместо втулки может применяться коромысло с роликами (Harmonic Drive Polimer) или планетарная ступень (Micromotion). В последнем случае речь, строго говоря, идёт уже о двухступенчатом планетарно-волновом редукторе.  Также возможны варианты конструкции волнового редуктора с тремя зонами зацепления вместо двух и генератором волны более сложной формы, но они применяются редко.

Чем отличается волновая передача?
  • Высокое передаточное отношение на одну ступень (для большинства серийных изделий Harmonic Drive от 50:1 до 160:1, для отдельных серий и специальных разработок – от 30:1 до 320:1)

  • Передаточное отношение ограничено снизу: не менее 30:1

  • Высокий удельный момент в расчёте на единицу объёма и массы

  • Короткая осевая длина

  • Возможность легко реализовать передачу вращения в другую среду

  • Возможность легко реализовать большой полый вал

  • Высокая точность (HDAG)

  • Отсутствие люфта (HDAG)

  • Стабильность точностных характеристик в течение срока службы

  • Ограниченная жёсткость на скручивание

  • Несамостопорящяяся (подвержена обратному прокручиванию)

  • Высокая надёжность вследствие простоты конструкции

Основные отличительные свойства волновой передачи  - высокая точность, низкая масса и малая осевая длина – однозначно указывают на те случаи, когда применение волновой передачи является наиболее  оправданным. По этой причине волновая передача часто применяется в применениях, требующих высокой точности, таких как высокоточные станки, роботы и промышленные манипуляторы самого разного назначения, приводы ориентации антенн связи и радаров, или требующих хороших массо-габаритных показателей: авиационная и космическая техника, оборудование для мобильных платформ. Кроме того, возможность реализации редукторов с полым валом позволяет создавать компактные конструкции многоосевых систем за счёт расположения внутри полого вала вращающихся контактных устройств (токосъёмников) для передачи электрических, оптических или гидравлических цепей на следующую ступень подвижности. Похожим образом можно размещать внутри полого вала другой вал, передающий вращение на следующую ступень подвижности, получая определённый выигрыш за счёт размещения двигателей в неподвижной части системы.