Przekładnia falowa – zasada działania, budowa

W artykule zastał omówiony specjalny rodzaj przekładni silnie redukującej jaką jest przekładnia falowa. Norma PN-79/M-88514 definiuje przekładnie falową następująco: „Reduktor falowy jest to reduktor z jedna przekładnią walcową, w której generator G odkształca elastyczne koło zębate E w kierunku promieniowym, powodując jego zazębienie z kołem zębatym S w obszarach przemieszczających się wraz z generowaną falą odkształceń , wskutek czego ruch jest przekazywany na koło elastyczne E”

Schemat przekładni falowej

Zasadę działania przekładni falowej można przedstawić, korzystając z rysunku po prawej stronie. Pokazano na nim cztery położenia generatora i elastycznego koła zębatego. Koło elastyczne posiada dwa zęby mniej niż koło sztywne. Generator wykonując ruch wywołuje elipsoidalne odkształcenie koła elastycznego i powoduje jego zazębienie z kołem sztywnym w obszarze dwóch punktów leżących na dłuższej osi elipsy (położenie 1). Obrót generatora o 90⁰ w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara powoduje zmianę położenia dłuższej osi elipsy (położenie 2). Po obrocie generatora o 180⁰ (położenie 3) zmienia się o jeden ząb położenie koła elastycznego w stosunku do sztywnego, w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Pełen obrót generatora (położenie 4) powoduje obrócenie koła elastycznego o dwa zęby względem koła sztywnego.

W seryjnych rozwiązaniach przekładni falowej, moduły kół zębatych są identyczne. Różnią się ilością zębów. Obrót wału generatora o 360⁰ powoduje obrót w przeciwnym kierunku wału zdawczego z ogniwem elastycznym o kąt odpowiadający liczbie zębów ogniw elastycznego i sztywnego. Każdy z trzech elementów przekładni falowej może być napędzanym lub napędzającym, a przekładnia reduktorem, multiplikatorem lub przekładnią różnicową. Przekładnie falowe mogą być stosowane w zestawach szeregowych, równoległych, ze sprzężeniem zębatym, śrubowym lub ciernym. W tabeli poniżej zostały przedstawione przypadki wykorzystania trójczłonowej przekładni falowej.

W przekładni falowej znaczna liczba zębów (ok. 30%) znajduje się jednocześnie w zazębieniu. Mimo równości modułów obu kół w stanie nieodkształconym, fala odkształcenia koła elastycznego powoduje rozciągniecie wewnętrznych włókien, a tym samym miejscowe, minimalne zwiększenie jego podziałki w stosunku do podziałki zębów współpracującego z nim koła sztywnego. Zwiększa to znacznie liczbę współpracujących ze sobą zębów. Dzięki powstającej minimalnej różnicy podziałek obu kół, zęby koła elastycznego E wchodzą w zazębienie z zębami koła S, stykając się z nimi powierzchnia jednego boku zęba, a wychodzą z zazębienia, stykając się z nimi wierzchnią drugiego boku. Oznacza to, w odróżnieniu od walcowych kół zębatych, w których przypór zębów jest liniowy, że w przekładniach falowych zazębienie jest powierzchniowe z poślizgiem na powierzchniach zębów. Zęby pracują na zmęczenie i zużycie ścierne. Przekładnia falowa zachowuje współosiowość wału czynnego i biernego. Największe wytężenie materiału stępuje w odkształcanym sprężyście kole zębatym.

Ze względów użytkowych przekładnia falowa powinna być lekka, mieć zwartą budowę, a stosunek L/D powinien być możliwie najmniejszy. Badania wykazały, że przy obecnej technologii i dostępnych materiałach stosunek ten wynosi ok. 0,7. Przyjęcie jednak stosunku L/D >0,7, umożliwia stosowanie na najbardziej wytężony element przekładni takich materiałów, jak stal, brąz. tworzywa sztuczne, twarda guma. Dlatego też możliwości zastosowania przekładni falowej w przemyśle są bardzo duże. W porównaniu ze znanymi, klasycznymi, przekładnia falowa ma o ok. 50% mniejszą masę i objętość, a w odniesieniu do przenoszonego momentu i uzyskiwanych w innych klasycznych przekładniach, bardzo mały luz obwodowy co jest szczególnie ważne w napędach robotów. Produkowane seryjnie przekładnie falowe mają porównywalne z klasycznymi przekładniami: niezawodność, trwałość i sprawność, przy znacznie mniejszej masie i objętości.

Cechy te umożliwiają zastosowanie przekładni falowej w mechanizmach robotów przemysłowych, a także w układach automatyki, mechanizmach sterujących rakiet i pojazdów kosmicznych (jedno z pierwszych zastosowań: amerykański pojazd księżycowy Lunar Rover) i wszędzie tam, gdzie jest wymagana mała masa, duże przełożenie i precyzja regulacji.

Udostępnij