Волновая зубчатая передача. …Использующая волны деформации.

Машиностроители привыкли к тому, что жесткость конструкции зубчатой передачи — необходимый и естественный спутник ее прочности, надежности, долговечности, необходимое условие ее точности. И поэтому гибкость «железной рукой» изгонялась из конструкций передач.

И вдруг…

29 сентября 1959 года американский инженер Массер получил патент (№ 2906143) на механизм под названием «strain wave gearing» — «зубчатая передача, использующая волны деформации», или, короче, «зубчатая волновая передача».

Уже само сочетание слов «зубчатая передача» и «волны деформации» озадачивало.

Альберт Эйнштейн сказал как-то, что открытие делается тогда, когда все знают о iderby.ua, что этого не может быть, а кто-то один этого не знает. Он-то и делает это открытие. «Все» твердо знали: деформация зубчатых колес — враг и с нею нужно бороться! А Массер предлагал именно деформацию зубчатых колес призвать для решения «неподдающихся» проблем! В такое трудно было поверить.

Каждая ступень «классической» цилиндрической зубчатой передачи состоит из двух находящихся в зацеплении друг с другом зубчатых колес. Если одно колесо имеет Zt, а другое Z2 зубьев и если Z2 больше Zi, то при повороте первого колеса на несколько оборотов второе колесо сделает во столько раз меньше оборотов, во сколько Z2 больше, чем Zi; таким образом, передаточное число пары i равно Z2 : Zi — отношению чисел зубьев ее колес. Такая передача может служить для замедления, если вращение передается от колеса с меньшим числом зубьев к большему, или для ускорения вращения, если оно передается с большего колеса на меньшее. Колеса могут быть расположены рядом и оба иметь наружные зубья или могут находиться одно в другом; тогда у колеса, расположенного внутри, будут наружные, а у расположенного снаружи — внутренние зубья.

Так же, как и цилиндрическая зубчатая передача внутреннего зацепления, волновая передача (обычно слово «зубчатая» для краткости опускают) имеет два колеса: внутреннее, с наружными зубьями, и наружное, с внутренними. У волновой передачи вращается только одно колесо, второе же закреплено неподвижно.

Главная особенность, определяющая все необычные свойства этой передачи, в том, что одно из зубчатых колес передачи сделано гибким, непрерывно деформирующимся во время работы.

Идею волновой передачи проще всего понять на примере работы наиболее распространенного ее типа — двухволновой передачи с гибким внутренним колесом, которое сделано в виде тонкого кольца и вставлено в жесткое наружное, соосно с ним. При этом у гибкого колеса всего на два зуба меньше, чем у жесткого колеса. Поэтому и диаметры обоих колес мало отличаются.

Третий, обязательный элемент волновой передачи—генератор волн. Его вставляют внутрь гибкого колеса. Генератор растягивает гибкое колесо по диаметру, и оно в двух диаметрально противоположных зонах входит в зацепление с жестким. Причем в двух других зонах, смещенных по окружности на 90°, зубья полностью выходят пз зацепления. Роль генератора может выполнять устройство в виде двух роликов, соединенных распоркой-водилом, или овальный кулачок с надетым на него гибким подшипником.

При вращении генератора гибкое колеса непрерывно деформируется, и в нем возбуждаются две бегущие волны деформации (от каждого ролика— своя волна), в вершинах которых происходит зацепление зубчатых колес.

Если же на корпусе закрепить не жесткое колесо, а гибкое, то за один оборот генератора жесткое колесо повернется в том же направлении, что и генератор, и опять-таки на два зуба.

Ясно, что передаточное число волновой передачи, то есть отношение скоростей вращения генератора и подвижного зубчатого колеса, равно половине числа зубьев этого колеса. Для нашего примера получается, что если вращается гибкое колесо, то передаточное число равно 200:2=100, а в случае вращения жесткого—202:2=101. У цилиндрической зубчатой передачи при таком соотношении зубьев передаточное число будет 0,99 или 1,01.