XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Мехатронное устройство - устройство, построенное на принципах синергетической интеграции элементов различной физической природы и предназначенное для осуществления управляемых функциональных движений его выходных звеньев.

Примерами современных мехатронных устройств являются модули станков и промышленных роботов, устройства внешней памяти компьютеров, принтеры, бытовая техника и т. п. Мехатронное устройство может быть либо машиной, либо узлом (функциональный элемент, модуль) машины [1].

Волновой редуктор представляет собой механическую передачу, которая преобразует энергию деформации гибкого элемента в движение. Редуктор данного типа впервые был построен в 1959 году американским изобретателем Массером. Открытие стало новым этапом в развитии инженерной техники. Волновая передача позволила обеспечивать недостижимый до того момента уровень кинематической точности и невероятную плавность движения.

Также с ней можно было добиваться высокого передаточного отношения при небольшом количестве составных деталей. Сейчас подобные механизмы используются в ракетной и авиационной отраслях, в робототехнике, в точном машиностроении, а также при производстве манипуляторов, от которых требуется высокая точность перемещения. К недостаткам волновых передач можно отнести высокую напряженность основных элементов гибкого колеса и генератора волн[2].

Ряд положительных качеств передачи, в первую очередь - большое передаточное отношение, привлекли интерес конструкторов многих областей техники, в частности авиационной и космической.

Волновая механическая передача основана на принципе передачи и преобразования движения путем волнового деформирования одного из звеньев механизма.

Обладая рядом положительных качеств, волновая передача получила широкое призвание и распространение.

Одним из главных приоритетов развития отрасли редукторо-строения является повышение допустимой грузоподъемности и передаточного числа. Волновой кинематический редуктор имеет большой спектр применяемости, благодаря таким показателем, как высокая нагрузочная способность, малые габариты, высокие передаточные числа и высокая точность позиционирования выходного звена.

В данной работе рассматривается принципиально новая схема кинематического редуктора с торцевыми зубьями (Рисунок 1).

Рисунок 1- Схема кинематического редуктора с торцевыми зубьями: 1 – входный вал; 2 – входное колесо; 3 – шестерня; 4 – выходное колесо;

5 – выходный вал; 6–зуб колеса в форме багажника конуса

Редуктор имеет свойство зацепления Новикова [3]. Профиль зуба колеса и шестерни в форме багажника конуса, радиус его основной базы (r). Такой профиль обеспечивает большую площадь контакта, по сравнению с эвольвентным зацеплением, что обеспечивает высокую нагрузочную способность. На рисунке 2 показано движение зубьев во время движения шестерни. С помочью программы SolidWorks мы выбираем оптимальные размеры волнового редуктора для того, чтобы получился наименьший возможный углового зазора между колесом и шестерней, следовательно для перемещения колеса нужно будет меньше энергии. Потому что чем меньше этот угловой зазор, тем значит меньшее перемещение будет совершать колесо [4–5].

Рисунок 2 -Зацепление колеса и шестерни

Для проверки нагрузочной способности зубьев сделаем колесо редуктора неподвижным звеном, в свою очередь шестерню поворачиваем на определенный малый угол. Происходит контакт поверхностей зубьев колеса и шестерни. При малых значениях угла поворота отсутствует интерференция. Чем выше значение угла поворота, тем больше интерференция колеса и шестерни (Рисунок. 3 красная зона).

Рисунок 3 - Интерференция колеса и шестерни

Воспользовавшись полученной интерференции можно определить величину удельной деформации зуба ε . Таким образом, напряжение σ определяется формулой:

Примечательным в этой схеме является разность между числом зубьев колеса и шестерни в один зуб. Эта разность позволяет получить высокое значение нагрузочной способности, т.к. нагрузку воспринимает не один зуб, а ряд зубьев.

Список использованных источников

1) Козырев В.В. Планетарные редукторы в составе роботов и мехатронных систем. Учебное пособие, Владимир 2018г

2) Иванов М.Н. Детали машин.-М: Высшая школа 2019. – 400с.

3) Решетов Д.Н. Детали машин-М: Машиностроение2019.-655с.

4) Янгулов В.С. Техническая механика: Волновые и винтовые механизмы и передачи. Учебное пособие для СПО. – Саратов: Проф Образование, 2017г.-183с.

5) Степанов В.С. Методика проектирования привода на основе волновой передачи с телами качения. Автореферат. Москва 2019г.

Код для цитирования: Скопировать