OBSAH 1. POPIS HARMONICKEJ PREVODOVKY TYPU HPDD... 5 2. VPLYV APLIKÁCIE KOMPONENTOV NA PREVODOVÝ POMER... 7 3. OZNAČOVANIE PREVODOVIEK TYPU HPDD... 8 4. NÁVRH HARMONICKEJ PREVODOVKY TYPU HPDD A HPD... 9 5. ZÁKLADNÉ TECHNICKÉ PARAMETRE... 10 5.1 ZAŤAŽITELNOSŤ PREVODOV... 12 5.2 ÚČINNOSŤ... 13 5.3 MŔTVY CHOD,TUHOSŤ PREVODU, KINEMATICKÁ PRESNOSŤ CHODU 14 5.4 MOMENT ZOTRVAČNOSTI, HMOTNOSŤ... 15 6. ZÁKLADNÉ ROZMERY... 15 7. VZÁJOMNÁ POLOHA PRVKOV HARMONICKÉHO PREVODU... 16 8. UPEVNENIE PRVKOV HARMONICKÉHO PREVODU... 18 8.1 GENERÁTOR VĹN A VSTUP... 18 8.2 TUHÉ OZUBENÉ KOLESÁ... 18 8.3 PRUŽNÝ OZUBENÝ PRSTENEC... 18 9. MAZANIE... 19 9.1 MAZANIE OLEJOM... 19 9.2 MAZANIE PLASTICKÝM MAZIVOM... 20 10. VŠEOBECNÉ POKYNY PRE MONTÁŽ... 20 11. ÚDRŽBA... 21 11.1 MAZANIE OLEJOM... 21 11.2 MAZANIE PLASTICKÝM MAZIVOM... 21 12. POPIS HARMONICKEJ PREVODOVKY TYPU HPD... 21 1
13. OZNAČOVANIE HARMONICKÝCH PREVODOVIEK TYPU HPD... 22 14. ZÁKLADNÉ TECHNICKÉ PARAMETRE HPD... 23 14.1 ZAŤAŽITELNOSŤ PREVODOV HPD... 24 14.2 ÚČINOSŤ HPD... 24 14.3 MŔTVY CHOD,TUHOSŤ PREVODU, KINEMATICKÁ PRESNOSŤ CHODU HPD... 25 14.4 MOMENT ZOTRVAČNOSTI, HMOTNOSŤ HPD... 25 15. ZÁKLADNÉ ROZMERY HPD... 25 16. VZÁJOMNÁ POLOHA PRVKOV HARMONICKÉHO PREVODU HPD... 26 17. UPEVNENIE PRVKOV HARMONICKÉHO PREVODU HPD... 27 17.1 TUHÉ OZUBENÉ KOLESÁ HPD... 27 18. MAZANIE HPD... 28 18.1 MAZANIE OLEJOM HPD... 28 19. PRÍKLAD OZNAČOVANIA HPDD A HPD... 29 2
Všeobecné informácie : Priemyselný typ HPDD a HPD Pri zachovaní všetkých výhod harmonických prevodoviek, pri zachovaní vysokej kinematickej presnosti a reverzácie, pre použitie v priemyselných aplikáciách. Model s vysokou presnosťou - presné HPDD a HPD Harmonické prevodovky majú polohovaciu presnosť menšiu než jedna uhlová minúta a opakovateľnú presnosť niekoľko uhlových sekúnd. Použitie pre servomechanizmy robotov, obrábacích strojov, meraciu techniku a automatizáciu. Vysoký krútiaci moment Krútiaci moment od pohonu je prenášaný cez komponenty harmonickej prevodovky. Jeho hodnota na výstupe je rovná trojnásobku váhy prevodovky. Vysoká opakovateľná presnosť Harmonické prevodovky dosahujú kinematickú presnosť pod jednu uhlovú minútu a opakovateľná presnosť sa pohybuje v niekoľkých uhlových sekundách. Mŕtvy chod Harmonická prevodovka je schopná pracovať s nulovým mŕtvym chodom medzi spoluzaberajúcimi zubami aj pri bežnom preťažení ozubenia. Vysoký prevodový pomer Harmonické prevodovky pri rovnakom priemere a len s tromi základnými prvkami je schopná vytvoriť prevodový pomer v rozsahu od 51:1 do 276:1. Vysoká účinnosť Pri prevádzke je možné dosiahnuť účinnosť viac ako 85%. Parameter účinnosti vychádza zo skutočných skúšok typu z hriadeľa na hriadeľ. Reverzácia Harmonické prevodovky nie sú samosvorné. Môžu byť použité v oboch smeroch zmyslu prenosu krútiaceho momentu. Harmonické prevodovky sa vyznačujú malým opotrebením, dlhodobou životnosťou, vysokou torznou tuhosťou. 3
ÚVOD Harmonické (vlnové) prevody sú jedným z novších druhov prevodov. Harmonická prevodovka bola predstavená vynálezcom pánom Musserom na začiatku roka 1955 a patent k tomuto vynálezu bol pridelený v roku 1959. Úlohou harmonickej prevodovky je vytvorenie vysokého prevodového pomeru prostredníctvom jedného stupňa. V dôsledku toho, že u harmonických prevodov je jeden člen poddajným, majú tieto prevody v porovnaní s planétovými prevodmi tri zvláštnosti. Prvá zvláštnosť spočíva v tom, že v zábere a tým i prenosu sa súčasne zúčastňuje väčší počet zubov. Čím väčšie zaťaženie sa bude prenášať poddajným členom, tým sa bude zväčšovať i jeho deformácia a teda i väčší počet zubov sa bude nachádzať v ozubenom zábere. Druhá zvláštnosť harmonických prevodov spočíva v tom, že v dôsledku zmeneného tvaru poddajného kolesa od zaťaženia alebo v dôsledku zvoleného tvaru vačky generátora dochádza k veľmi malému relatívnemu pohybu medzi zubami, nachádzajúcimi sa v ozubenom zábere. Tretia zvláštnosť je taktiež podmienená tvarom poddajného kolesa, spočíva v zmenšení uhlov tlaku v kinematickej dvojici generátor vĺn - poddajné koleso, čo sa prejaví na zmenšení trecích strát tejto dvojice v porovnaní unášač - satelit u planétového prevodu. Z uvedených zvláštností harmonických prevodov vyplýva, že tieto prevody v porovnaní s planétovými prevodmi majú menšie rozmery, vyššiu účinnosť, rovnaké rozmery ako pre prevod 51 tak i pre prevod 276. Medzi ďalšie výhody harmonického prevodu možno spomenúť malé množstvo súčiastok, súosové uloženie vstupného a výstupného hriadeľa, vysokú kinematickú presnosť, malú hodnotu mŕtveho chodu a v neposlednom rade i vysokú životnosť. Harmonické prevodovky vo svojich počiatkoch nachádzali uplatnenie hlavne v leteckom a raketovom priemysle. V poslednom období nachádzajú uplatnenie i v iných odvetviach priemyslu a to hlavne v textilnom, potravinárskom v oblasti robotiky pri stavbe rôznych manipulátorov, robotov, obrábacích strojoch, zváracej a páliacej technike, zdravotníctve a všade tam kde sa vyžaduje vysoká presnosť, nízka hmotnosť a malé zástavbové priestory pri veľkom prevodovom pomere. 4
1. POPIS HARMONICKEJ PREVODOVKY TYPU HPDD Na obr.1 je uvedená kompletná zostava harmonickej prevodovky. obr.č. 1 1 - generátor vĺn 2 - pružný ozubený prstenec 3 - tuhé ozubené koleso I 4 - tuhé ozubené koleso II 1 2 4 3 Harmonický prevod typu HPDD je riešený ako zubový s plávajúcim dvojvlnovým vačkovým generátorom vĺn. Pružný ozubený prstenec na ktorom je zhotovené ozubenie rovnobežne s osou. Tuhé ozubené koleso I má o dva zuby viac než pružný ozubený prstenec. Umožňuje montáž do skrine prevodovky alebo na štít elektromotora. Tuhé ozubené koleso II má počet zubov rovnaký ako ozubený prstenec. Toto tuhé koleso vlastne funguje ako zubová spojka s prevodom 1:1. Pripája sa k nemu zvyčajne výstupný hriadeľ prevodovky. Generátor vĺn sa montuje na samostatný vstupný hriadeľ prevodovky alebo na hriadeľ elektromotora. Na obr. 2 je nakreslená zostava generátora vĺn harmonickej prevodovky typu HPDD. 1 - pružné guličkové ložisk 2 - trecia podložka 3 - vačka obr.č. 2 3 1 2 1 Pružné guličkové ložiská 1 sú nalisované na eliptickú vačku 3. Trecia podložka 2 slúži na vymedzenie vzdialenosti medzi ložiskami a zároveň bráni vysunutiu sa ložiskovým klietkam v axiálnom smere. 5
PRINCÍP PRÁCE 1.Pružné ozubené koleso s vonkajším ozubením s počtom zubov o dva menším než tuhé ozubené koleso, je deformované cez eliptický generátor vĺn a jeho zuby zapadajú do zubových medzier v mieste hlavnej eliptickej osi 2.Pri otáčaní generátora vĺn v smere hodinových ručičiek sa posúva záberová zóna s hlavnou eliptickou osou. 3.Pri otočení generátora vĺn o 180 o v smere hodinových ručičiek sa relatívne posunie pružné koleso voči tuhému kolesu v opačnom smere o jeden zub. 4.Pri úplnom otočení generátora vĺn sa posunie pružné koleso o dva zuby voči tuhému kolesu v opačnom smere obr.č.3 Harmonické prevodovky HPDD a HPD nie sú samosvorné. 6
2. VPLYV APLIKÁCIE KOMPONENTOV NA PREVODOVÝ POMER a) Reduktor otáčok Tuhé ozubené koleso I je fixované, vstup ide cez generátor vĺn, výstup je z Tuhého kolesa II. Prevodový pomer = i. Vstup a výstup sa otáčajú protibežne. obr.č.4 b) Multiplikátor otáčok Tuhé ozubené koleso I je fixované, vstup ide cez Tuhé ozubené koleso II, výstup je z generátora vĺn. Prevodový pomer = 1 / i. Vstup a výstup sa otáčajú protibežne obr.č.5 c) Tuhé ozubené koleso II je fixované, vstup ide cez generátor vĺn, výstup je z Tuhého ozubeného kolesa I. Prevodový pomer = i +1. Vstup a výstup sa otáčajú rovnakým smerom. obr.č.6 d) Tuhé ozubené koleso II je fixované, vstup ide cez Tuhé ozubené koleso I, výstup je cez generátor vĺn. Prevodový pomer = 1/(i+1). Vstup a výstup sa otáčajú rovnakým smerom. obr.č.7 7
e) Generátor vĺn je fixovaný, vstup ide cez Tuhé ozubené koleso II, výstup je cez Tuhé ozubené koleso I. Prevodový pomer = (i+1)/i. Vstup a výstup sa otáčajú rovnakým smerom. obr.č.8 f) Generátor vĺn je fixovaný, vstup ide cez Tuhé ozubené koleso I, výstup je cez Tuhé ozubené koleso II. Prevodový pomer = i/(i+1). Vstup a výstup sa otáčajú rovnakým smerom. o obr.č.9 obr. č.10 g) Iný prevod: GV regulovaný vstup, TK I hlavný pohon - vstup, TK II hlavný pohon - výstup. Množstvo iných prevodov sa dá dosiahnúť kombináciou otáčok a smeru otáčania týchto troch základných prvkov prevodovky. 3. OZNAČOVANIE PREVODOVIEK TYPU HPDD TYP Rozmer Prevod Presnosť Prevedenie 50 51 83 104 132 Vaše 60 51 78 100 104 124 160 Štandard - II technické HPDD 80 51 80 83 104 132 166 212 alebo údaje 100 51 80 86 104 166 207 Presné - I alebo 120 51 78 104 120 125 158 207 248 štandard- 1 160 83 104 159 207 276 HPDD 50-104 - II - 1 8
4. NÁVRH HARMONICKEJ PREVODOVKY TYPU HPDD A HPD Pri aplikácii harmonických prevodov v servopohonoch sú prevádzkové podmienky málokedy konštantné. Krútiaci moment a otáčky sa menia a najväčším Mk sú prevodovky namáhané pri zrýchľovaní a spomaľovaní. Prvým krokom pri výbere prevodovky je prepočítať zaťaženie na konštantný priemerný Mk a na konštantné priemerné otáčky. Krok 1: Uvažujeme o prevádzkovom cykle ako je zobrazený na obr.č.11. M 1 je najvyšší krútiaci moment vyvinutý pri zrýchlení za čas t 1, M 2 je prevádzkový krútiaci moment pri konštantných otáčkach n 2 s časom trvania t 2 a M 3 je najvyšší krútiaci moment vyvinutý pri spomalení za čas t 3. Otáčky n 1 a n 3 sú priemerné otáčky pri zrýchlení a spomalení. Priemerný krútiaci moment M s pre tento cyklus sa vypočíta: M s = 3 3 3 n1. t1. M1 + n2. t2. M2 + n. t. M n. t + n. t + n. t 1 1 2 2 3 3 3 3 3 3 Priemerné otáčky n s pre tento cyklus sú: n t n t n t n =. +. +. s t + t + t 1 1 2 2 3 3 1 2 3 obr.č.11 Krok 2: Druhým krokom je výpočet ekvivalentného krútiaceho momentu M ekv, pri vstupných otáčkach prevodu 1 500 min -1. M ekv = M. s 3 n. i s 1500 9
Krok 3: Tretím krokom je výber vhodnej harmonickej prevodovky podľa výkonovej tabuľky č.2 na str. 11. M ekv M Krok 4: Štvrtý krokom je výpočet predpokladanej životnosti prevodu pri jeho zaťažovaní daným prevádzkovým cyklom. Stredný technický život do vyradenia sa vypočíta podľa vzťahu: L 50 M n = 10000. M 1500 ekv 3 Hodnota 10000 je konštanta a je závislá na životnosti ložiska generátora vĺn. Príklad: M 1 = 220 Nm, t 1 = 0.2 s, n 1 = 7.5 ot.min -1 = 0.125 ot.s -1 M 2 = 150 Nm, t 2 = 10 s, n 2 = 15 ot.min -1 = 0.25 ot.s -1 M 3 = 110Nm, t 3 = 0.5 s, n 3 = 7.5 ot.min -1 = 0.125 ot.s -1 i = 104 3 3 3 x x x x x x M = 0125. 0. 2 220 + 0. 25 10 150 + 0125. 05. 110 3 s = 150.31 Nm 0125. x0. 2 + 0. 25x10 + 0125. x05. x x x n = 0125. 0. 2 + 0. 25 10 + 0125. 0. 5 = 0.242 ot.s -1 = 14.51 ot.min -1 s 02. + 10+ 05. Mekv = 150. 31x 3 14. 51x104 = 150.6 Nm 1500 M ekv M pri otáčkach 1500 min -1, 150.6 Nm 153 Nm HPDD 80-104 260 Nm HPD 120-104 životnosť L 50 3 153 = 10000. = 10 486 h pre HPDD 80-104 150. 6 L 50 3 260 = 10000. = 51 457 h pre HPD 120-104 150. 6 5. ZÁKLADNÉ TECHNICKÉ PARAMETRE V tejto časti uvedené technické parametre harmonických prevodoviek platia za predpokladu fixovaného tuhého ozubeného kolesa I, vstup do generátora vĺn a výstup z tuhého ozubeného kolesa II. i - prevodový pomer P - vstupný výkon [kw] M - výstupný krútiaci moment [Nm] + Max. vstupné otáčky pre mazanie olejom 2 000 min -1 10
tab.č.2 vstupné otáčky n [min -1 ] max. vstupné HPDD i 500 1500 2000 3000 otáčky [min -1 ] P M P M P M P M olej tuk 51 0.05 24 0.15 24 0.19 22 0.24 19 50 83 0.04 31 0.12 31 0.15 28 0.2 25 5 000 3 600 104 0.04 37 0.12 37 0.15 36 0.2 32 132 0.04 43 0.12 43 0.13 39 0.17 34 51 0.08 39 0.25 39 0.3 35 0.4 31 78 0.07 58 0.25 58 0.3 53 0.4 46 60 100 0.07 68 0.22 68 0.27 62 0.35 54 4 000 3 600 104 0.07 68 0.22 68 0.27 62 0.35 54 124 0.06 71 0.18 71 0.23 65 0.3 56 160 0.05 74 0.15 74 0.18 67 0.24 59 51 0.16 76 0.5 76 0.6 69 0.77 60 80 0..15 112 0.46 112 0.56 102 0.73 89 83 0.15 112 0.46 112 0.56 102 0.73 89 80 104 0.16 153 0.5 153 0.58 139 0.76 121 3 600 3 600 132 0.13 158 0.4 158 0.48 144 0.62 125 166 0.11 160 0.32 160 0.38 145 0.5 127 212 0.08 160 0.25 160 0.33 145 0.39 127 51 0.3 135 0.9 135 1 123 1.4 107 80 0.27 196 0.8 196 0.97 178 1.3 156 100 86 0.27 196 0.8 196 0.97 178 1.3 156 3 600 3 300 104 0.28 270 0.85 290 1.1 280 1.6 254 166 0.29 320 0.63 320 0.75 291 1 254 207 0.17 320 0.51 320 0.61 291 0.8 254 51 0.68 250 1.6 250 1.94 227 2.54 198 78 0.45 316 1.33 316 1.6 287 2.1 251 104 0.5 500 1.6 500 1.9 455 2.5 395 120 120 0.5 550 1.5 550 1.82 500 2.4 437 3 500 3 000 125 0.5 550 1.5 550 1.82 500 2.4 437 158 0.4 600 1.24 600 1.5 545 1.9 476 207 0.33 600 1 600 1.2 545 1.56 476 248 0.27 600 0.8 600 0.96 545 1.3 476 11
pokračovanie tab. č. 2 vstupné otáčky n [min -1 ] max.vstupné HPDD i 500 1500 2000 3000 otáčky [min -1 ] P M P M P M P M olej tuk 83 1 780 3 780 2.05 709 5.2 * 658 104 1.17 1120 3.52 1120 4.3 1018 5.5 * 889 160 159 0.77 1120 2.3 1120 2.8 1018 3.7 * 889 2 500 1 800 207 0.6 1120 1.8 1120 2.2 1018 2.8 * 889 276 0.5 1120 1.4 1120 1.6 1018 2.1 * 889 okrem týchto prevodových pomerov uvedené v tab. č. 2 vyrábaných štandardne, je možné dodať prevodovky HPDD i s prevodovým pomerom uvedeným v tab. č. 3 poprípade s iným prevodovým pomerom. Tieto harmonické prevodovky vyrábané neštandardne sú vyrábané len po dohovore s výrobcom a sú limitované počtom kusov. tab.č.3 TYP HPDD 50 HPDD 60 HPDD 80 HPDD 100 HPDD 120 HPDD 160 80 120 78 100 132 i 128 200 100 128 242 158 160 131 160 208 200 200 260 260 258 5.1 ZAŤAŽITELNOSŤ PREVODOV Zaťaženie prevodu pri nulových otáčkach vstupu (statická preťažiteľnosť), nesmie prevýšiť hodnotu dvojnásobku nominálneho krútiaceho momentu uvádzaného v tab. č. 2 pri 1500 min -1. Krátkodobá dynamická preťažiteľnosť prevodu až o 100% tabelovanej hodnoty ( tab. č.2 pri 1 500 min -1 ) v sekundovom rozsahu pri počte preťažení 4 až 5 za hodinu nemá podstatný vplyv na zníženie životnosti prevodu. Nedovoľuje sa trvale zaťažovať prevody väčšími krútiacimi momentmi než sú tabelované. Pri prevádzke prevodov v intervale 3 000 až 3 600 min -1 je dovolené prevody zaťažovať na max. 50% hodnoty krútiaceho momentu uvádzaného pri 1 500 min -1 v tab. č.2. 12
5.2 ÚČINNOSŤ Pracovná účinnosť harmonických prevodoviek je funkciou mnohých pracovných podmienok. Medzi hlavné činitele, ovplyvňujúce účinnosť patrí: zaťaženie prevodu, prevodový pomer, vstupné otáčky, množstvo a teplota mazacieho prostriedku. Vyššie účinnosti sa dosahujú pri menšom množstve oleja, pri nižších vstupných otáčkach, pri menšom prevodovom pomere a pri vyššej teplote oleja. Existujú isté optimálne stavy týchto pracovných podmienok zabezpečujúce správnu funkciu harmonického prevodu pri vysokej účinnosti. Tieto podmienky sú uvádzané v tejto príručke a je nutné ich rešpektovať pri realizácii. Na obr. 12 až 15 sú uvedené hodnoty účinností, získané meraním na skúšobnom zariadení v skutočných prevádzkových podmienkach a možno ich považovať za všeobecne platné pre prevodovky HPDD, mazané olejom. Je zrejmé, že harmonický prevod má najlepšiu účinnosť pri nominálnej veľkosti krútiaceho momentu. Obr. 12 Obr. 13 Obr. 14 Obr. 15 13
5.3 MŔTVY CHOD,TUHOSŤ PREVODU, KINEMATICKÁ PRESNOSŤ CHODU Mŕtvy chod je pohyb pomalobežného hriadeľa vyjadrený v uhlových jednotkách pri zafixovanom rýchlobežnom hriadeli a pri stanovenom momentovom zaťažení. Mŕtvy chod sa skladá zo skutočnej vôle v ozubení a deformácie kolesa. Jeho hodnoty uvedené v tab. č.4 sú maximálne hodnoty. V závislosti od veľkosti mŕtveho chodu sú harmonické prevodovky HPDD rozdelené do 2 skupín. tab.č.4 Mŕtvy chod [ rad ] Typ skupina číslo I skupina číslo II Poznámka HPDD 50 HPDD 160 2.9 x 10 4 8.7 x 10-4 2.9x 10-4 rad = jedna uhlová minúta Výpočet uhlu natočenia od zaťažovaného krútiaceho momentu ϕ - uhol natočenia [rad ] Mk ϕ = = Nm C Nm / rad Mk - zaťažovací krútiaci moment [Nm] C - konštanta torznej tuhosti [Nm/rad] ϕ ČENIE - M1500 ZAŤAŽENIE M [ Nm ] M1500-4%M1500 + %M1500 obr.č.16 Obr.č.16. predstavuje záznam torznej tuhosti HPDD pri fixovanom vstupe. Jej hodnota sa mení s veľkosťou zaťaženia prevodu. So zväčšujúcim sa zaťažením sa dostáva vplyvom deformácií do záberu stále väčší počet zubov a torzná tuhosť sa zvyšuje. V tab.č.5 sú uvedené stredné hodnoty Konštánt torznej tuhosti C. Kinematická presnosť HPDD bez záťaže je lepšia než 1 uhlová minúta, pri zaťažení prevodu vzrastá kinematická presnosť na cca 30 uhlových sekúnd. 14
tab.č.5 TYP - ROZMER HPDD 50 HPDD 60 HPDD 80 HPDD 100 HPDD 120 HPDD 160 C [ Nm/rad] 31 000 72 000 150 000 264 000 541 000 911 000 Mk [Nm] 37 68 153 265 500 1 120 5.4 MOMENT ZOTRVAČNOSTI, HMOTNOSŤ J [ kg.m 2 ] - Moment zotrvačnosti generátora vĺn, redukovaný na os vstupného hriadeľa prevodovky, uvádzame v tab. č. 6. m [ kg ] - hmotnosť prevodovky, uvádzame v tabuľke č. 6 tab.č.6 TYP HPDD 50 HPDD60 HPDD 80 HPDD 100 HPDD 120 HPDD 160 J [ kg. m 2 ] 3.1 x 10 5 6.8 x 10-5 2.4 x 10-4 6.5 x 10-4 1.9 x 10-3 7.3 x 10 3 m [ kg ] 0.54 0.92 2 3.6 7 14 6. ZÁKLADNÉ ROZMERY obr.č.17 15
Pripojovacie rozmery prevodoviek HPDD tab.č.7 TYP HPDD 50 HPDD 60 HPDD 80 HPDD 100 HPDD 120 HPDD 160 A h6 70 85 110 135 170 215 B 0.1 12 14 18 21 26 35 C 1 1 1 1 1 1 D 25 29 37 43 53 71 F 17.3 20 25.9 31.5 39.1 50.5 G 3.85 4.5 5.55 5.75 6.95 10.25 H 60 75 100 120 150 195 I H7 9 11 14 14 19 24 J 10.3 +0.1 12.6 +0.1 16.1 +0.1 16.1 +0.1 21.5 +0.1 26.9 +0.1 K P9 3 4 5 5 6 8 L1 7 9 11 13 17 21 M - 6H M3 M4 M5 M6 M8 M10 N x 45 1 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 P x 45 0.2 0.2 0.2 0.4 0.4 0.4 S 42 52 70 88 105 135 U - 22 28 32 38 44 W - 4.8 6.1 5.25 7 9.8 X 0.4 0.75 0.7 0.25 1.05 0.75 7. VZÁJOMNÁ POLOHA PRVKOV HARMONICKÉHO PREVODU Presná vzájomná poloha troch prvkov harmonického prevodu je dôležitým predpokladom pre správnu činnosť a životnosť prevodu. Nedostatky vo vzájomnej polohe môžu byť príčinou vzniku chvenia, hlučnosti a poruchy. Dovolené hodnoty súososti, rovnobežnosti a kolmosti pre pripájacie rozmery k harmonickým prevodovkám sú uvedené v tab. č. 8 (obr.č.18 ) 16
obr.č.18 MONTÁŽNE TOLERANCIE tab.č.8 Typ HPDD 50 HPDD 60 HPDD 80 HPDD 100 HPDD 120 HPDD 160 a 0.02 0.023 0.026 0.028 0.03 0.035 Ø b 0.016 0.017 0.018 0.02 0.022 0.024 Ø c 0.01 0.012 0.014 0.014 0.016 0.018 d 0.01 0.011 0.013 0.014 0.015 0.017 Pružný ozubený prstenec má zaberať s tuhým ozubeným kolesom I a II po celej dĺžke zubov, generátor vĺn musí byť umiestnený presne pod priestorom záberu. Poloha generátora vĺn voči montážnemu čelu tuhého kolesa I a II je daná v stati 6 mierou "G" v tabuľke č.7. Pri montáži vlnového generátora je treba dbať, aby záber zubov bol rovnomerne rozložený na oboch stranách veľkej osi elipsy (obr. č.19 ). Správne obr.č.19 Nesprávne obr.č.20 Chybná montáž sa prejavuje zvýšeným vstupným krútiacim momentom a nerovnomerným hlučným chodom prevodovky ( obr.č. 20 ). Nesprávna montáž sa prejavuje taktiež nezvykle vysokým prúdovým odberom elektromotora, ak je generátor vĺn namontovaný na elektromotor. 17
8. UPEVNENIE PRVKOV HARMONICKÉHO PREVODU 8.1 GENERÁTOR VĹN A VSTUP Vstup musí byť riešený tak, aby bol schopný zachytiť všetky zaťaženia od pohonu, prenášať rotačný pohyb na generátor vĺn a súčasne udržiavať jeho správnu axiálnu polohu. Ak poháňací systém nevnáša na vstupný hriadeľ žiadne axiálne a radiálne zaťaženia, potom ložiská hriadeľa budú zachytávať len osové zaťaženie vytvárané generátorom vĺn. Treba upozorniť na skutočnosť, že ložisko vlnového generátora nesmie byť využité na zachytávanie vonkajších síl. Aby sa vylúčili kmitavé pohyby generátora vĺn, musí byť vstupný hriadeľ uložený v dvoch ložiskách s náležitým vzájomným rozstupom. Tieto zásady platia tak pre harmonické prevodovky typu HPDD tak i pre typ HPD. 8.2 TUHÉ OZUBENÉ KOLESÁ Pri bežnom použití sa tuhé koleso I montuje do skrine prevodovky. Tuhé ozubené koleso II (zubová spojka) sa montuje na výstupný hriadeľ. Tuhé ozubené kolesá majú vonkajší priemer s toleranciou h6, závitové otvory na priskrutkovanie do skrine, alebo na výstupný hriadeľ. U tuhých ozubených kolies sa nerozlišuje pravá a ľavá strana, montáž je možná z ľubovoľnej strany. Pre montáž do skrine prevodovky, alebo na výstupný hriadeľ doporučujeme použiť skrutky s vnútorným šesťhranom (IMBUS) mechanických vlastností 8G podľa normy STN 02 1005. Doporučené hodnoty uťahovacích krútiacich momentov skrutiek sú uvedené v tab. č. 9. tab.č.9 TYP - ROZMER HPDD 50 HPDD 60 HPDD80 HPDD100 HPDD120 HPDD160 POČET SKRUTIEK 6 6 6 6 6 6 UPEVŇOVACIA SKRUTKA M3 M4 M5 M6 M8 M10 MIN. UŤAHOVACÍ MOMENT [Nm] 1.8 3 5.9 9.8 22.6 44 8.3 PRUŽNÝ OZUBENÝ PRSTENEC U harmonických prevodoviek typu HPDD a HPD je pružný ozubený prstenec plávajúci. Pri práci prevodu má snahu axiálne sa posúvať na stranu tuhého ozubeného kolesa I. V správnej axiálnej polohe ho musia zabezpečiť čelné steny skrine prevodu, alebo výstupného hriadeľa. Maximálne hodnoty vnútorného priemeru čelných oporných plôch pružného ozubeného prstenca rozmer S je uvedený v tabuľke č. 7. Aby sa zabránilo nadmernému opotrebeniu pri styku pružného ozubeného prstenca s čelnou opornou plochou, na strane tuhého ozubeného kolesa I, musí byť skriňa prevodu v mieste dotyku zhotovená z materiálu tvrdosti 260-290 HB s maximálnou drsnosťou Ra = 1.6, 18
9. MAZANIE Pre väčšinu priemyselných aplikácií harmonických prevodov je doporučené mazanie olejom. Mazanie plastickým mazivom je možné použiť pri zvláštnych prevádzkových podmienkach. 9.1 MAZANIE OLEJOM Doporučené hladiny oleja v harmonických prevodovkách sú závislé od montážnej polohy. Pri inštalácii osi harmonického prevodu v normálnej vodorovnej polohe je použite hladiny oleja podľa obr. 22 tab. č.10. Vhodná výška olejovej hladiny je udávaná ako vzdialenosť od osi prevodu HPDD. Ak je pracovná poloha osi harmonického prevodu vertikálna použite hladinu podľa obr.č. 21 a tabuľky. č.10. Vhodná výška olejovej hladiny je udávaná ako vzdialenosť od horného čela tuhého kolesa. obr. 21 obr. 22 Príliš vysoká hladina oleja spôsobuje zníženie účinnosti a prehrievanie olejovej náplne. Príliš nízka hladina a množstvo oleja môže spôsobiť jeho usadzovanie a miestne prehrievanie, čo vedie k rýchlemu opotrebovaniu a nakoniec k zadretiu prevodu. tab. č.10 TYP horizontálna montáž Vertikálna montáž A [mm] B [mm] HPDD 50 19 8 HPDD 60 21 9 HPDD 80 27 12 HPDD 100 33 14 HPDD 120 41 17 HPDD 160 56 23 19
Na mazanie harmonických prevodoviek je dovolené použiť nasledovné oleje: tab.č.11 Doporučené oleje Teplota okolia -20 C + 5 C + 5 C + 40 C + 30 C + 65 C + 40 C + 65 C MADIT OA PP 80 OA - PP 90 AXOL MOGUL INDUSTROL 100 INDUSTROL 150 INDUSTROL 220 INDUSTROL 320 AGIP BLASIA 100 BLASIA 150 BLASIA 220 BLASIA 320 CASTROL ALPHA SP 100 ALPHA SP 150 ALPHA SP 220 ALPHA SP 320 ESSO SPARTAN EP 100 SPARTAN EP 150 SPARTAN EP 220 SPARTAN EP 320 MOBIL MOBILGEAR 629 MOBILGEAR 630 MOBILGEAR 632 SHELL OMALA EP 100 OMALA EP 150 OMALA EP 220 OMALA EP 320 ARAL DEGOL BG 100 DEGOL EP 150 DEGOL EP 220 DEGOL EP 320 TOTAL CARTER EP 100 CARTER EP 150 CARTER EP 220 CARTER EP 320 TEXACO MEROPA 100 MEROPA 150 MEROPA 220 MEROPA 320 9.2 MAZANIE PLASTICKÝM MAZIVOM Za určitých zvláštnych podmienok je možné použiť mazanie plastickým mazivom. Mazanie plastickým mazivom je limitované hlavne vstupnými otáčkami (viď tab.č.2 ). Na mazanie harmonických prevodoviek je dovolené použiť nasledovné plastické mazivá tab.č.12 Doporučené plastické mazivá HARMONIC DRIVE LUBCON KLUBER SK - 1A TURMOBREASE SKL 18 HIGHSPEED LT(ISOFLEX LDS 18 SPECIAL A) 10. VŠEOBECNÉ POKYNY PRE MONTÁŽ Montáž komponentov harmonických prevodoviek je potrebné vykonávať v bezprašnom prostredí. Pred montážou je nevyhnutné všetky diely harmonickej prevodovky dokonale vyčistiť, zvlášť špeciálne ozubenie a guľkové ložiská generátora vĺn. U prevodoviek typu HPDD a HPD sa nesmú v žiadnom prípade zameniť jednotlivé diely s dielmi inej prevodovky, ani vtedy, keď sa jedná o prevodovku s menšou vôľou. 20
11. ÚDRŽBA 11.1 MAZANIE OLEJOM Údržba komponentov harmonických prevodov HPDD a HPD spočíva vo výmene prevodového oleja. Prvú výmenu oleja je nutné urobiť po 100 hodinách prevádzky prevodovky. Každú ďalšiu výmenu oleja doporučujeme urobiť vždy po 1 000 prevádzkových hodinách, alebo raz za 12 mesiacoch, podľa toho, ktorá podmienka je skôr splnená. 11.2 MAZANIE PLASTICKÝM MAZIVOM Interval výmeny plastického maziva u prevodoviek typu HPDD a HPD je ovplyvnený spôsobom zaťaženia. Doporučené plastické mazivá sú navrhnuté tak, že prvú výmenu plastického maziva treba previesť po 1000 hodinách prevádzky, alebo po 12 mesiacoch prevádzky. Pri výmene sa musí prevodovka rozmontovať, jednotlivé diely dôkladne očistia až potom nasleduje nové premazanie. Nové plastické mazivo treba naniesť na ložiská generátora vĺn, na zuby pružného a tuhých ozubených kolies. Ďalším typom harmonických prevodoviek sú harmonické prevodovky typu HPD. Ich odlišnosť oproti typu HPDD je v tom, že je použité iba jedno ložisko, dosiahlo sa tým zvýšenie účinnosti ale na druhej strene poklesla torzná tuhosť prevodu. Použitie takéhoto typu prevodu je možné požiť pri stavbe koncových členov robotov a manipulátorov, obrábacích strojov, zdravotnej technike a všade tam kde treba veľký prevodový pomer pri relatívne malých zastavbových rozmeroch. 12. POPIS HARMONICKEJ PREVODOVKY TYPU HPD Na obr.č. 23 je kompletná zostava prevodovky HPD: pružný ozubený prstenec, tuhé ozubené koleso I, tuhé ozubené koleso II, generátor vĺn. 1 - generátor vĺn 2 - ozubený prstenec 3 - tuhé koleso I 4 - tuhé koleso II obr.č.23 1 2 4 3 Harmonický prevod typu HPD je riešený ako zubový s plávajúcim dvojvlnovým vačkovým generátorom vĺn. Pružný ozubený prstenec na ktorom je zhotovené ozubenie rovnobežne s osou. Tuhé ozubené koleso I má o dva 21
zuby viac než pružný ozubený prstenec. Umožňuje montáž do skrine prevodovky alebo na štít elektromotora. Tuhé ozubené koleso II má počet zubov rovnaký jako ozubený prstenec. Toto tuhé koleso vlastne funguje jako zubová spojka s prevodom 1:1. Pripojuje sa k nemu zvyčajne výstupný hriadeľ prevodovky. Generátor vĺn sa montuje na samostatný vstupný hriadeľ prevodovky alebo na hriadeľ elektromotora. Na obr. 24 je nakreslená zostava generátora vĺn harmonickej prevodovky typu HPD. 1 - pružné guličkové ložisko 2 - vačka 3 - krúžok 4 - nit obr. č.24 4 3 2 1 Pružné guličkové ložisko 1 je nalisované na eliptickej vačke 2. Vysunutiu klietky pružného guličkového ložiska 1 v axiálnom smere bráni krúžok 3, prinitovaný nitmi 4 k vačke 2. 13. OZNAČOVANIE HARMONICKÝCH PREVODOVIEK TYPU HPD Tabuľka č.13 TYP Rozmer Prevod Presnosť Prevedenie 50 83 104 132 Vaše 60 78 100 104 124 160 Štandard - II technické HPD 80 80 83 104 132 166 alebo údaje 100 80 86 104 166 173 Presné - I alebo 120 78 104 120 125 158 207 248 štandard- 1 HPD 100-104 - II - 1 22
14. ZÁKLADNÉ TECHNICKÉ PARAMETRE HPD V tejto časti uvedené technické parametre harmonických prevodoviek platia za predpokladu fixovaného tuhého ozubeného kolesa I, vstup do generátora vĺn a výstup z tuhého ozubeného kolesa II. i - prevodový pomer P - vstupný výkon [kw] M - výstupný krútiaci moment [Nm] + Max. vstupné otáčky pre mazanie olejom 2 000 min -1 tab.č.14 vstupné otáčky n [min -1 ] max. vstupné HPD i 500 1500 2000 3000 otáčky [min -1 ] P M P M P M P M olej Tuk 83 0.017 16 0.05 16 0.07 16 0.1 15 50 104 0.017 20 0.05 20 0.07 20 0.1 19 5 000 3 500 132 0.017 25 0.05 25 0.07 25 0.1 24 78 0.035 30 0.1 30 0.14 30 0.18 26 100 0.032 35 0.1 35 0.13 35 0.16 30 60 104 0.032 35 0.1 35 0.13 35 0.16 30 4 000 3 500 124 0.03 40 0.09 40 0.12 40 0.15 35 160 0.03 45 0.09 45 0.12 45 0.15 40 80 0.08 65 0.22 65 0.3 65 0.4 60 83 0.08 65 0.22 65 0.3 65 0.4 60 80 104 0.08 90 0.23 90 0.31 90 0.45 85 3 600 3 000 132 0.07 100 0.21 100 0.27 100 0.4 95 166 0.07 120 0.21 120 0.27 120 0.4 115 80 0.13 120 0.4 120 0.55 120 0.8 115 86 0.13 140 0.4 140 0.55 140 0.8 135 100 104 0.13 140 0.4 140 0.55 140 0.8 135 3 600 3 000 166 0.1 180 0.3 180 0.4 180 0.6 175 173 0.1 180 0.3 180 0.4 180 0.6 175 78 0.23 200 0.7 200 0.95 200 1.32 190 104 0.2 260 0.59 260 0.8 260 1.26 250 120 120 0.23 300 0.7 300 0.9 300 1.3 290 125 0.23 300 0.7 300 0.9 300 1.3 290 3 000 2 500 158 0.2 340 0.6 340 0.8 340 1.2 330 207 0.18 340 0.52 340 0.7 340 1 330 248 0.16 340 0.46 340 0.6 340 0.9 330 23
okrem týchto prevodových pomerov uvedených v tabuľke č. 14 vyrábaných štandardne, je možné dodať prevodovky HPD i s prevodovým pomerom uvedeným v tabuľke č. 15 poprípade s iným prevodovým pomerom. Tieto harmonické prevodovky vyrábané neštandardne sú vyrábané len po dohovore s výrobcom a sú limitované počtom kusov. tab.č.15 TYP HPD 50 HPD 60 HPD 80 HPD 100 HPD 120 80 120 78 100 i 128 200 100 128 242 160 131 160 200 200 260 258 14.1 ZAŤAŽITELNOSŤ PREVODOV HPD Pre zaťaženie prevodoviek typu HPD platia tie isté zásady ako u prevodoviek typu HPDD uvedené v stati 5.1. 14.2 ÚČINOSŤ HPD Na obr. 25 až 28 sú uvedené hodnoty účinností, získané meraním na skúšobnom zariadení v skutočných prevádzkových podmienkach a možno ich považovať za všeobecne platné pre prevodovky HPD, mazané olejom. Je zrejmé, že harmonický prevod má najlepšiu účinnosť pri nominálnej veľkosti krútiaceho momentu. Obr. 25 Obr. 26 Obr. 27 Obr. 28 24
14.3 MŔTVY CHOD,TUHOSŤ PREVODU, KINEMATICKÁ PRESNOSŤ CHODU HPD V závislosti od veľkosti mŕtveho chodu sú harmonické prevodovky HPD rozdelené do 2 skupín a platí tabuľka č. 4 na strane 14. V tab. č. 16 sú uvedené stredné hodnoty Konštánt torznej tuhosti C pri zaťažení Mk. Kinematická presnosť HPD bez záťaže je lepšia než 1 uhlová minúta, pri zaťažení prevodu vzrastá kinematická presnosť na cca 30 uhlových sekúnd. tab.č.16 TYP - ROZMER HPD 50 HPD 60 HPD 80 HPD 100 HPD 120 C [ Nm/rad] 12 000 34 000 73 000 120 000 212 000 Mk [Nm] 20 35 90 145 260 14.4 MOMENT ZOTRVAČNOSTI, HMOTNOSŤ HPD J [ kg.m 2 ] - Moment zotrvačnosti generátora vĺn, redukované na os vstupného hriadeľa prevodovky, uvádzame v tab. č. 17 m [ kg ] - hmotnosť prevodovky, uvádzame v tabuľke č. 17 tab.č.17 TYP HPD 50 HPD60 HPD 80 HPD 100 HPD 120 J [ kg. m 2 ] 1.38 x 10-5 3.8 x 10-5 1.5 x 10-4 4.1 x 10-4 1.1 x 10 3 m [ kg ] 0.3 0.5 1 1.8 3.2 15. ZÁKLADNÉ ROZMERY HPD. obr.č.29 25
Pripojovacie rozmery prevodoviek HPD tab.č.18 TYP HPD 50 HPD 60 HPD 80 HPD 100 HPD 120 A h6 70 85 110 135 170 B 6 8 10 13 16 C 0.5 0.5 0.5 1 1 D 12.5 16.5 20.5 27 33 E 0.1 11.2 12.4 15.3 19.2 22.6 F 0.95 0.35 0.95 1.8 2.9 G 2.25 3.75 4.25 6 7.5 H 60 75 100 120 150 I H7 9 11 14 14 19 J 10.3 +0.1 12.6 +0.1 16.1 +0.1 16.1 +0.1 21.5 +0.1 K P9 3 4 5 5 6 S 42 52 70 88 105 M - 6H M4 M5 M6 M8 M10 N x 45 1 1.5 1.5 2 2 O -0.2 1 1 1 1 1 16. VZÁJOMNÁ POLOHA PRVKOV HARMONICKÉHO PREVODU HPD. Presná vzájomná poloha troch prvkov harmonického prevodu je dôležitým predpokladom pre správnu činnosť a životnosť prevodu. Nedostatky vo vzájomnej polohe môžu byť príčinou vzniku chvenia, hlučnosti a poruchy. Dovolené hodnoty súososti, rovnobežnosti a kolmosti pre pripájacie rozmery k harmonickým prevodovkám sú uvedené v tab. č. 19 (obr. 30) obr.č.30 26
MONTÁŽNE TOLERANCIE tab.č.19 Typ HPD 50 HPD 60 HPD 80 HPD 100 HPD 120 a 0.02 0.023 0.026 0.028 0.03 Ø b 0.016 0.017 0.018 0.02 0.022 Ø c 0.01 0.012 0.014 0.014 0.016 d 0.01 0.011 0.013 0.014 0.015 Pružný ozubený prstenec má zaberať s tuhým ozubeným kolesom I a II po celej dĺžke zubov, generátor vĺn musí byť umiestnený presne pod priestorom záberu. Poloha generátora vĺn voči montážnemu čelu tuhého kolesa I a II je daná v stati 15 mierou G alebo mierou F v tabuľke č.18. Pri montáži vlnového generátora je treba dbať, aby záber zubov bol rovnomerne rozložený na oboch stranách veľkej osi elipsy (obr. 31). Správne obr.č.31 Nesprávne obr.č.32 Chybná montáž sa prejavuje zvýšeným vstupným krútiacim momentom a nerovnomerným hlučným chodom prevodovky (obr. 32). Nesprávna montáž sa prejavuje taktiež nezvyklé vysokým prúdovým odberom elektromotora, ak je generátor vĺn namontovaný na elektromotor. 17. UPEVNENIE PRVKOV HARMONICKÉHO PREVODU HPD 17.1 TUHÉ OZUBENÉ KOLESÁ HPD Platia tie isté zásady ako u prevodovky typu HPDD uvedené v stati 8.2 na strane 18. Doporučené hodnoty uťahovacích krútiacich momentov skrutiek sú uvedené v tab. č. 20. 27
tab.č.20 TYP - ROZMER HPD 50 HPD 60 HPD80 HPD100 HPD120 POČET SKRUTIEK 6 6 6 6 6 UPEVŇOVACIA SKRUTKA M4 M5 M6 M8 M10 MIN. UŤAHOVACÍ MOMENT [Nm] 3.9 5.9 9.8 22.6 44 18. MAZANIE HPD Pre väčšinu priemyselných aplikácií harmonických prevodov je doporučené mazanie olejom. Mazanie plastickým mazivom je možné použiť pri zvláštnych prevádzkových podmienkach. 18.1 MAZANIE OLEJOM HPD Doporučené hladiny oleja v harmonických prevodovkách typu HPD platia pre vodorovnú montážnu polohu osi vstupného a výstupného hriadeľa. Výška hladiny oleja je udávaná ako vzdialenosť od osi prevodu. je potrebné dbať na to, aby bola splnená hodnota A uvádzaná v tabuľke č. 21. obr.č.33 tab. č. 21 HPD 50 60 80 100 120 A 19 21 27 33 41 Na mazanie prevodoviek olejom a plastickým mazivom možno použiť všetky odporúčané mazivá uvádzané v tabuľke č. 11. a v tabuľke č. 12. 28
19. PRÍKLAD OZNAČOVANIA HPDD A HPD V požiadavkách, objednávkach, korešpondencii a technických podkladoch sa komponenty harmonických prevodoviek označujú nasledovne: TYP Rozmer Prevod Presnosť Prevedenie 50 51 83 104 132 Vaše 60 51 78 100 104 124 160 Štandard - II technické HPDD 80 51 80 83 104 132 166 212 alebo údaje 100 51 80 86 104 166 207 Presné - I alebo 120 51 78 104 120 125 158 207 248 štandard- 1 160 83 104 159 207 276 HPDD 50-104 - II - 1 Príklad označenia: HPDD 120-104 - II - 1 HPDD - Označenie typu harmonickej prevodovky 120 - Vonkajší priemer pružného ložiska v mm (veľkosť prevodovky) 104 - Prevodový pomer pri nehybnom tuhom kolese I II - skupina mŕtveho chodu výstupu 1 - sériové prevedenie vačky TYP Rozmer Prevod Presnosť Prevedenie 50 83 104 132 Vaše 60 78 100 104 124 160 Štandard - II technické HPD 80 80 83 104 132 166 alebo údaje 100 80 86 104 166 173 Presné - I alebo 120 78 104 120 125 158 207 248 štandard- 1 HPD 100-104 - II - 1 Príklad označenia: HPD 100-104 - II - 1 HPD - Označenie typu harmonickej prevodovky 100 - Vonkajší priemer pružného ložiska v mm (veľkosť prevodovky) 104 - Prevodový pomer pri nehybnom tuhom kolese I II - skupina mŕtveho chodu výstupu 1 - sériové prevedenie vačky 29