Волновые редукторы принцип работы

Назначение и области применения.

Волновые передачи основаны на принципе передачи вращательного движения за счет бегущей волновой деформации одного из зубчатых колес.

Такая передача была запатентована американским инженером Массером в 1959 г.

Волновые передачи имеют меньшие массу и габариты, большую кинематическую точность, меньший мёртвый ход, высокую вибропрочность за счёт демпфирования (рассеяния энергии) колебаний, создают меньший шум.

При необходимости такие передачи позволяют передавать движение в герметичное пространство без применения уплотняющих сальников, что особенно ценно для авиационной, космической и подводной техники, а также для машин химической промышленности.

Кинематически эти передачи представляют собой разновидность плане­тарной передачи с одним гибким зубчатым колесом. На рис. 14.1 изображе­ны основные элементы волновой передачи: неподвижное колесо 7 с внут­ренними зубьями, вращающееся упругое колесо 2 с наружными зубьями и водило h . Неподвижное колесо закрепляется в корпусе и выполняется в виде обычного зубчатого колеса с внутренним зацеплением. Гибкое зубча­тое колесо имеет форму стакана с легко деформирующейся тонкой стенкой: в утолщенной части (левой) нарезаются зубья, правая часть имеет форму вала. Водило состоит из овального кулачка и специального подшипника.

Рис. 1 4 .1. Волновая передача

Гибкое колесо деформируется так, что по оси овала I — I зубья зацепля­ются на полную рабочую высоту; по оси II — II зубья не зацепляются.

Передача движения осуществляется за счет деформирования зубчатого венца гибкого колеса. При вращении водила волна деформации бежит по окружности гибкого зубчатого венца; при этом венец обкатывается по не­подвижному жесткому колесу в обратном направлении, вращая стакан и вал. Поэтому передача и называется волновой, а водило — волновым генератором.

Существует большое количество конструкций волновых механизмов. Обычно эти механизмы преобразуют входное вращательное движение в выходное вращательное или поступательное. Волновые механизмы можно рассматривать как одну из разновидностей многопоточных планетарных механизмов, так как они обладают многозонным, а в случае зубчатого механизма, и многопарным контактом выходного звена с гибким колесом. Многозонный контакт обеспечивается за счет формы генератора волн (кулачок чаще с двумя, редко с тремя выступами), многопарный – за счет податливости зубчатого венца гибкого колеса. Такое сочетание позволяет волновым механизмам передавать значительные нагрузки при малых габаритах. Податливость зубчатого венца обеспечивает достаточно равномерное распределение нагрузки по зубьям, находящимся в зоне зацепления. При номинальных нагрузках процент зубьев находящихся в зацеплении составляет 15-25% от общего их числа. Поэтому в волновых передачах применяется мелкомодульное зацепление, а числа зубьев колес лежат в пределах от 100 до 600. Зона зацепления в волновой зубчатой передаче совпадает с вершиной волны деформации. По числу зон или волн передачи делятся на одноволновые , двухволновые и так далее. При вращении водила овальной формы образуются две волны. Такую передачу называют двухволновой . Бывают трехволновые передачи, на рис. 1 4 .2 показана схема такой передачи. Передачи с числом волн более трех применяются редко.

Рис. 1 4 .2. Трехволновая передача

Распределение передаваемых усилий по нескольким зонам уменьшает нагрузку на элементы пар и позволяет существенно уменьшать габаритные размеры и массу механизмов. Многозонный и многопарный контакт звеньев существенно увеличивает жесткость механизма, а за счет осреднения ошибок и зазоров, уменьшает мертвый ход и кинематическую погрешность механизма. Поэтому волновые механизмы обладают высокой кинематической точностью и, несмотря на наличие гибкого элемента, достаточно высокой жесткостью. Образующиеся в структуре волнового механизма внутренние контуры, увеличивают теоретическое число избыточных или пассивных связей в механизме. Однако гибкое колесо за счет податливости компенсирует ряд возникающих перекосов. Поэтому при изготовлении и сборке волновых механизмов число необходимых компенсационных развязок меньше чем в аналогичных механизмах с жесткими звеньями.

Гибкое колесо обеспечивает волновым передачам возможность передачи движения через герметичную стенку, которая разделяет две среды (например, космический аппарат и открытый космос). При этом гибкое колесо выполняется как элемент герметичной стенки, входной вал и генератор волн располагаются по одну сторону стенки (внутри космического аппарата), а выходное звено – по другую (в космическом пространстве). Схема герметичной волновой передачи приведена на рис. 1 4 .3.

Преимущества и недостатки волновых передач.

– Возможность реализации в одной ступени при двухволновом генераторе волн больших передаточных отношений в диапазоне от 40 до 300.

– Высокая нагрузочная способность при относительно малых габаритах и массе.

– Малый мертвый ход и высокая кинематическая точность.

– Возможность передачи движения через герметичную перегородку.

– Малый приведенный к входному валу момент инерции (для механизмов с дисковыми генераторами волн).

– Практически индивидуальное, дорогостоящее, весьма трудоемкое изготовление гибкого колеса и волнового генератора;

– Возможность использования этих передач только при сравнительно невысокой угловой скорости вала генератора;

– Ограниченные обороты ведущего вала (во избежание больших центробежных сил инерции некруглого генератора волн; мелкие модули зубьев 1,5-2 мм)

Передаточное отношение волновых передач определяется методом остановки водила (метод Виллиса).

По рис. 14.1 передаточное отношение: при неподвижном жестком колесе

(1)

где и — угловые скорости волнового генератора и гибкого колеса; , — числа зубьев жесткого и гибкого колес; С — число волн;

при неподвижном упругом колесе

(2)

В формуле (1) знак «минус» указывает на разные направления вра­щения генератора и гибкого колеса.

Причины выхода из строя и критерии работоспособности.

В процес­се работы этой передачи наблюдается

– разрушение подшипника генератора волн от нагрузки в зацеплении;

– проскакивание генератора волн при больших вращающих моментах, когда зубья на входе в зацепление упираются друг в друга вершинами;

– поломка гибкого колеса от трещин усталости (особенно при u критерий работоспособности обычно принимают допускаемые напряжения смятия

;

,

где – коэффициент ширины гибкого венца; d – делительный диаметр гибкого венца.

Волновые передачи можно применять в качестве редукторов, диффе­ренциалов и вариаторов скорости.

Структура волновой зубчатой передачи.

Рассмотрим одноволновую зубчатую передачу с генератором волн, который образует с гибким колесом пару скольжения. Волновая передача не может рассматриваться в рамках ранее принятых нами допущений, так как в ней содержится гибкое звено. Поэтому необходимо определить место гибкого элемента в структуре механизма. Гибкая связь обычно допускает по действием силовых воздействий определенные относительные перемещения соединяемых звеньев. Поэтому ее отнесем к отношениям между элементами или к упругой кинематической паре. Зубчатое колесо представляет собой замкнутую систему зубьев. В каждый рассматриваемый момент в контакте в высшей паре могут находится один или несколько зубьев. Так как зубчатые колеса – звенья, то зубья – элементы высшей кинематической пары. Поэтому многопарный контакт между зубчатыми колесами является контактом между элементами одной кинематической пары. Пассивные или избыточные связи, возникающие в этом контакте, относятся к внутренним связям кинематической пары и в структурном анализе на уровне звеньев не учитываются. Поэтому считаем, что в зацеплении находится один зуб. Структурная схема механизма с остановленным жестким колесом при гибком соединении зуба с валом гибкого колеса может быть представлена следующем образом.

Рис. 1 4 .4. Волновая зубчатая передача с упругой муфтой – стаканом.

Рис. 1 4 .5. Волновая зубчатая передача с волновой зубчатой муфтой.

Рассмотрим звенья и кинематические пары механизмов:

0 – корпус с закрепленным на нем жестким колесом.

1 – быстроходный вал с генератором волн.

2 – зуб гибкого колеса.

3 – вал гибкого колеса.

и – одноподвижные вращательные пары.

– двухподвижная низшая пара (рис.1 4 .6). Эта пара образована зубом гибкого колеса и кулачком генератора волн. Пара допускает два независимых движения зуба относительно кулачка: по касательной к профилю кулачка (по оси х ) и в осевом направлении (по оси у). Вращение зуба вокруг оси у и перемещения его по оси z не являются независимыми и определяются формой профиля кулачка.

– двухподвижный упругий шарнир (рис.14.7). Данная кинематическая пара должна обеспечивать зубу гибкого колеса 2 возможность выполнять движения деформации относительно вала 3, но относительные движения в тангенциальном направлении (по оси х ) запрещены. Аналогичные движения обеспечивает пара в зубчатом соединении в волновой зубчатой муфте и пара в волновом зубчатом зацеплении (рис.14.7).

Оси координат в зубчатой паре направляются так:

ось z – по касательной к профилям в точке контакта,

ось х – по нормали к профилям,

ось у – по линии контакта зубьев.

Подвижность механизма подсчитывается следующим образом:

, , , .

.

В механизме имеется одна местная подвижность – подвижность зуба гибкого колеса в осевом направлении (по оси у).
Заданная или основная подвижность механизма .

Число избыточных связей в механизме равно:

Эти избыточные или пассивные связи определяют требование параллельности осей пар В ,С ,D и Е оси пары А .

Движение всех звеньев волнового механизма осуществляется в параллельных плоскостях. Поэтому механизм волновой зубчатой передачи можно рассматривать как плоский.

, , .

.

,

Классификация типовых структурных схем ВЗП

В таблице 1 приведены наиболее распространенные структурные схемы типовых волновых зубчатых передач, а также диапазоны рекомендуемых передаточных отношений и ориентировочные значения КПД при этих передаточных отношениях. Основное отличие одной схемы от другой заключается в конструкции муфты соединяющей гибкий зубчатый венец с корпусом или с выходным тихоходным валом. В таблице показаны только три наиболее распространенных разновидности: гибкая оболочка в форме стакана, гибкая труба с шлицевым соединением и волновая зубчатая муфта. Если в передаче с гибким колесом – кольцом (в третьей из рассматриваемых схем), второе волновое зацепление выполнить как волновую зубчатую передачу, то получим двухступенчатую ВЗП.

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.

Важным компонентом современных высокоточных электромеханических систем являются редукторы. Одним из самых распространённых типов высокоточных редукторов являются волновые редукторы, впервые выведенные на рынок компанией Harmonic Drive более 45 лет назад. За прошедшее время ассортимент продукции в каталоге компании многократно увеличился, и разобраться в различиях многочисленных серий редукторов может оказаться непросто. Предлагаемая статья попробует в этом помочь.

Принцип действия

В состав волновой зубчатой передачи классической конструкции входят три основных элемента: генератор волны, гибкое кольцо и жёсткое кольцо. С точки зрения конструкции, генератор волны – это тонкостенный шарикоподшипник, напрессованный на эллиптическую втулку. Гибкое кольцо – это тонкостенное зубчатое колесо с внешним зубом. Когда при сборке генератор волны устанавливается внутрь гибкого кольца, то последнее деформируется и принимает форму генератора волны. Жёсткое кольцо представляет собой зубчатое кольцо с внутренним зубом. Количество зубьев жёсткого кольца обычно на 2 меньше чем у гибкого кольца (несколько реже делают разницу в 4 зуба). При сборке волнового редуктора гибкое кольцо, установленное на генератор волны, помещается внутрь жёсткого кольца. Зубья жёсткого кольца и гибкого кольца входят в зацепление в двух зонах, которые располагаются на большой полуоси генератора волны (который имеет форму эллипса).

Когда генератор волны поворачивается, то по мере его поворота зоны зацепления зубьев смещаются по окружности жёсткого кольца. Благодаря тому, что количество зубьев на гибком и жёстком кольце различно, после того как генератор волны поворачивается на 360°, жёсткое кольцо оказывается смещено относительно жёсткого, при этом величина смещения соответствует разнице в числе зубьев этих колёс. Если при этом жёсткое кольцо неподвижно, то при быстром вращении генератора волны получаем медленное вращение гибкого кольца. Устройство в этом случае является понижающим редуктором: генератор волны является входом, гибкое кольцо – выходом, а жёсткое кольцо является корпусом.

Если изменять элементы волнового редуктора, используемые в качестве входного и выходного элемента, то устройство можно будет использовать в качестве повышающего редуктора, или например, поменять направление вращения выхода относительно входа. Третий элемент волнового редуктора не обязательно должен оставаться неподвижным. Если он также приводится во вращение, то устройство работает в качестве дифференциального редуктора.
Специфика конструкции волнового редуктора обеспечивает отсутствие люфта, что позволяет им находить применение в различных областях техники, требующих точной передачи вращения. Широкое применение волновых редукторов влечёт за собой очень различные требования к конструкции, что воплощается в широкий ассортимент редукторов в каталоге Harmonic Drive.

Конструкция редукторов: варианты

По конструкции все поставляемые волновые редукторы можно разделить на несколько групп. Самые простые по конструкции редукторы – это установочные комплекты. Они представляют собой три основных детали редуктора, пригнанные друг к другу, но не собранные в единое изделие. Подшипники в такой комплектации отсутствуют и при интеграции такого редуктора в конечное изделие можно установить именно те подшипники, которые наиболее подходят для конкретного применения. Такая возможность может дать преимущество в случае, когда подшипники стандартных готовых редукторов не устраивают по тем или иным параметрам. Вал в такой комплектации также отсутствует (ни полого, ни сплошного вала просто нет). Некоторые серии установочных комплектов снабжаются кулачково-дисковой муфтой на генераторе волны для компенсации несоосности вала. Легко видеть, что такая конструкция даёт большую гибкость в проектировании конечной системы и позволяет оптимально состыковать волновой редуктор с остальной частью системы.

Вторая группа по конструктивному исполнению – редукторы в исполнении модуль. Эти редукторы представляют собой полностью собранные изделия с установленными подшипниками, дополнительными корпусными деталями и часто с установленным валом – полым или сплошным. Несмотря на то, что полностью собранные изделия не дают такой же гибкости в построении системы, как и установочные комплекты, использование их упрощает конструирование за счёт отсутствия необходимости установки подшипников и вала. Ещё одна особенность этого конструктивного исполнения – отсутствие сплошного наружного корпуса у редуктора.

Третья группа по конструктивному исполнению – корпусированные редукторы. Они, так же как и модули, представляют собой полностью собранные изделия, однако в отличие от них имеют наружный корпус. Корпусные редукторы всегда снабжаются подшипниками, входным и часто входным валом. Полый вал в таких редукторах в настоящее время отсутствует.

Вопрос о полом вале

Ещё один важный конструктивная особенность, важная во многих практических применениях, по которой можно провести различие между различными сериями редукторов – это наличие полого вала. Самый простой случай – полый вал уже есть (см. например чертёж редуктора из серии HFUS-2UH на рис. 1, полый вал выделен цветом). Полый вал здесь уже реализован как отдельный конструктивный элемент в стандартном каталожном исполнении редуктора. Второй случай относится к тем редукторам где полого вала нет – не предусмотрен в конструкции. Пример такой конструкции – редуктор серии CSD-2UH (см. рис. 2, выделено цветом).

Рис. 1 Пример волнового редуктора
с полым валом

Рис. 2 Пример волнового редуктора
без полого вала

Третий вариант конструкции – полый вал не установлен, но имеется сквозное отверстие, позволяющее это сделать без дополнительных модификаций редуктора. Пример – редуктор SHD-2UH (см. рис. 3). На ряде серий редукторов полый вал отсутствует, и на генератор волны установлена кулачково-дисковая муфта с втулкой со шпоночным пазом для установки на вал двигателя со шпонкой. Примером может служить CobaltLine-2UH (см. рис. 4). В таких редукторах полый вал установить можно только при наличии заказной модификации редуктора без входных элементов на генераторе волны (снимаются муфта и втулка).

Рис. 3 Пример волнового редуктора
с возможностью установить полый вал

Рис. 4 Пример волнового редуктора,
где требуется доработка для установки полого вала

Основные серии установочных комплектов

В каталоге Harmonic Drive в настоящее время представлено шесть серий редукторов в исполнении установочный комплект. Все эти серии отличаются по параметрам и в частности по производительности. Можно выделить группу серий с базовой производительностью: HFUC-2A, HFUS-2A и CPL-2A. Серия HFUC представлена в самом широком диапазоне габаритов (типоразмеров): от 8 до 100, в части прочих параметров она занимает среднее положение. Гибкое кольцо выполнено в классической форме «кастрюля». Серия HFUS имеет несколько иную конструкцию: гибкое кольцо выполнено в форме «шляпа», что даёт больше пространства внутри редуктора. С другой стороны, по этой причине наружный диаметр и масса редукторов HFUS-2A несколько увеличились по сравнению с аналогичными редукторами HFUC-2A. Серия установочных комплектов CPL-2A была разработана для применения в авиационных и космических системах, где требуется минимальные размеры и масса. При разработке была проведена оптимизация конструкции, благодаря чему масса и длина редуктора были уменьшены, и при этом удалось сохранить на прежнем уровне номинальный момент.

Ещё одна группа серий характеризуется увеличенной производительностью: номинальный момент у них выше, чем у серий с базовой производительностью. К таким сериям относятся CSG-2A и CobaltLine-2A. Обе серии кроме увеличенного номинального момента (примерно на 30%) имеют также значительно (на 40%) увеличенный срок службы по сравнению с сериями базовой производительности. По остальным параметрам и по конструкции эти две серии одинаковы, различие состоит в месте производства: CSG-2A на заводе в Японии, CobaltLine-2A – на заводе в Германии.

Рис. 6 CobaltLine Double

Кроме двух перечисленных выше, есть ещё одна группа редукторов, отличающихся пониженной производительностью для тех же типоразмеров. В настоящее время к этой группе относится только одна серия: CSD-2A. Эта серия имеет пониженную массу (на 40% по сравнению с HFUC) и значительно сниженную осевую длину (на 50%). Легко видеть, что по длине эта серия даже более компактна, чем CPL-2A (у последней длина короче, чем у HFUC, всего на 10%), однако за это приходится расплачиваться более низкой производительностью.

Поскольку установочные комплекты содержат в себе необходимый минимум компонентов с тем, чтобы все остальные детали добавлялись при интеграции редуктора в конструкцию конечного изделия, то полый вал как элемент конструкции также отсутствует. Он может быть установлен непосредственно в конечном изделии, если это необходимо. Кроме того, необходимо отметить что установочные комплекты поставляются.

Основные серии модулей

Ассортимент волновых редукторов в исполнении модуль, выпускаемых компанией Harmonic Drive существенно более широк, чем установочных комплектов. Они также как и установочные комплекты могут быть разделены на несколько групп по производительности, а также по наличию или отсутствию полого вала.

Среди волновых редукторов в исполнении модуль полый вал отсутствует в 10 сериях (2 серии со входным валом, 1 серия без отверстия в центре редуктора и остальные со входным элементом под вал со шпонкой). Из них четыре серии относятся к группе базовой производительности. Серия HFUC-2UH здесь тоже выступает в роли базовой серии со средним уровнем параметров и самым широким диапазоном габаритов. Серия HFUS-2SO отличается формой генератора волны («шляпа») и уменьшенной осевой длиной. Серии CPU-S и CPU-M отличаются входным элементом – входной вал и втулка со шпоночным пазом для установки на двигатель соответственно. Кроме того они имеют расширенный диапазон температур и массу увеличенную по сравнению с HFUC-2UH.

К редукторам увеличенной производительности среди серий в исполнении модуль без полого вала можно отнести пять серий: SHG-2SO, CSG-2UH, CobaltLine-2UH, CobaltLine-CPS и CobaltLine-CPM. Все представители этой группы серий имеют увеличенный на 30% номинальный момент и срок службы увеличенный на 40% по сравнению с сериями базовой производительности. Серия SHG-2SO при этом является развитием серии редукторов HFUS-2SO: размеры редукторов одинаковы, отличаются только момент и срок службы. Аналогичная ситуация и с редукторами CSG-2UH и HFUC-2UH: разница в конструкции и размерах минимальна. Серия CobaltLine-2UH имеет по сравнению с CSG-2UH расширенный диапазон рабочих температур. CobaltLine-CPM и CobaltLine-CPS представляют собой варианты для непосредственной установки на двигатель и с входным валом.

К группе серий с пониженной производительностью среди модулей без полого вала относится только одна серия – CSD-2UH. Эта серия наряду с меньшим на 30% номинальным моментом, имеет меньший диаметр, меньшую осевую длину и массу, чем HFUC-2UH.

Рис. 7 CSD-2UH

Среди волновых редукторов в исполнении модуль есть группа серий с полым валом (или с возможностью его легко установить). Из имеющихся в каталоге десяти серий подобных редукторов, полый вал физически установлен в 6 сериях и ещё в двух есть возможность его установки без дополнительных модификаций. Из этих серий три – HFUS-2UH, HFUS-2SH и CPU-H можно отнести к группе изделий со средней производительностью. Обе упомянутые серии редукторов HFUS имеют низкую входную скорость (на 70% ниже) и высокую массу (до 60%), чем например у HFUC-2UH. При этом HFUS-2SH имеет более короткую конструкцию. Серия редукторов CPU-H имеет усиленные подшипники и расширенный диапазон рабочих температур, и также пониженную входную скорость.

Три серии редукторов в исполнении модуль с полым валом можно отнести к группе серий повышенной производительности: SHG-2SH, SHG-2UH и CobaltLine-CPH. Первые две серии являются развитием HFUS-2SH и HFUS-2UH соответственно с увеличенным на 30% номинальным моментом и сроком службы, увеличенным на 40%. Аналогичным образом, CobaltLine-CPH является улучшенной версией редуктора CPU-H с увеличенным номинальным моментом и сроком службы.

Две серии редукторов в исполнении модуль с полым валом имеют пониженную производительность. Это серии SHD-2SH и CSD-2UF. По сравнению с сериями стандартной производительности, они имеют укороченную конструкцию и номинальный момент, сниженный на 30%. Редукторы серии SHD-2SH кроме того имеет массу меньше чем CSD-2UF.

Рис. 8 SHD-2SH

Корпусные малогабаритные редукторы

В отдельную группу изделий можно выделить волновые редукторы, заключённые в сплошной наружный корпус. Сейчас в каталоге представлено две серии редукторов в таком исполнении: PMG и CSF-mini.Обе серии выпускаются в виде малогабаритных редукторов: габарит не превосходит 14, в то время как установочные комплекты и модули в подавляющем большинстве выпускаются в более крупных габаритах (14 и выше).

Рис. 9 CSF-1U Single

Рис. 10 CSF-2XH-F Single

Серия PMG выпускается в двух вариантах: PMG-M для установки на двигатель и PMG-S со входным валом. На выходе в обоих случаях установлен вал. Серия CSF-mini имеет 6 различных вариантов, отличающихся видом входного и выходного элемента, а также крепёжного фланца: выходной вал или фланец, входной вал или втулка под вал со шпонкой, а также широкий или узкий крепёжный фланец.

Основные параметры волновых редукторов

Разбираясь в различиях между разными сериями редукторов, мы неминуемо сталкиваемся с их параметрами. С одной стороны эти параметры могут показаться очевидными, с другой стороны, различные производители имеют несколько различный подход к назначению параметров своих изделий, поэтому далее приводится обзор основных параметров волновых редукторов.

Габарит (типоразмер) – число, позволяющее отличить большие редукторы от маленьких в рамках одной серии. Для волновых редукторов Harmonic Drive это число соответствует диаметру гибкого кольца выраженному в десятых долях дюйма. По этой причине число характеризующее габарит редуктора тесно связано с моментом, который может развить редуктор (гораздо теснее чем в случаях, когда число, характеризующее габарит привязано к какому-нибудь из наружных размеров редуктора или к габаритному размеру). Неудивительно, что многие серии редукторов имеют не просто похожую производительность, а точно совпадающие величины моментов для одинаковых габаритов.

Передаточное число (редукция) – определяет соотношение входной и выходной скорости. Значение в каталоге приводится для следующего варианта установки редуктора: генератор волны – вход, гибкое кольцо – выход, жёсткое кольцо – неподвижно. Практически доступный диапазон передаточных чисел ограничен значениями от 30 до 160.

Производительность редуктора определяется моментом и скоростью, с которыми он может работать. Для волновых редукторов Harmonic Drive в каталоге указывает четыре различных момента. Максимальный повторяющийся пиковый момент – указывает на предельные значения динамических нагрузок, максимально допустимые в рабочем цикле. Средний допустимый момент – определяет предельные значения момента нагрузки допустимые в продолжительном режиме работы. Номинальный момент – используется при расчётах срока службы редуктора, и не применяется как характеристика производительности редуктора. Кратковременный импульсный момент – момент который может прикладываться к редуктору при аварийном торможении на протяжении очень короткого времени. Приложение к редуктору такого момента допустимо всего несколько раз за весь срок службы. (Легко видеть, что средний допустимый момент наиболее близок к номинальному моменту в нашем традиционном понимании).

Скорость, которую может развивать редуктор характеризуется двумя параметрами: для работы при различной смазке: при жидкой и при консистентной. Значения скорости приводятся на входе редуктора. Максимальная скорость указывает на предельно допустимое значение скорости в кратковременных режимах работы. Средняя входная скорость – есть предельно допустимое значение скорости в продолжительном режиме работы. Оба параметра имеют разные значения для работы при различной смазке: более высокие при жидкой смазке и более низкие при консистентной смазке. Необходимо отметить что редуктор с консистентной смазкой – это стандартное каталожное решение, которое не требует принятия дополнительных конструкторских мер, в то время как редуктор с жидкой смазкой – это дополнительная возможность, лежащая за пределами стандартных решений и здесь потребуется создание резервуара для смазки (как минимум).

Диапазон рабочих температур – определяется главным образом смазкой и по этой причине не указывается для редукторов в исполнении установочный комплект – они поставляются без рабочей смазки.

Вместо заключения

Волновые редукторы Harmonic Drive представлены очень широким ассортиментом различных версий и вариантов исполнений, которые могут применяться в самых различных системах и технических устройствах, требующих компактные и точные решения.