OBSAH 1. POPIS HARMONICKEJ PREVODOVKY... 4 2. VPLYV APLIKÁCIE KOMPONENTOV NA PREVODOVÝ POMER... 6 3. PREVODOVÁ TABUĽKA MEDZI PREVODOVKAMI RR SLOVAKIA A HARMONIC DRIVE TAB. Č. 1... 7 4. NÁVRH HARMONICKEJ PREVODOVKY.... 8 5. ZÁKLADNÉ TECHNICKÉ PARAMETRE... 10 5.1 ZAŤAŽITELNOSŤ PREVODOV... 12 5.2 ÚČINNOSŤ... 12 5.3 MŔTVY CHOD,TUHOSŤ PREVODU, KINEMATICKÁ PRESNOSŤ CHODU.... 13 5.4 KRÚTIACI MOMENT PRI BEHU NAPRÁZDNO, ROZBEHOVÝ MOMENT... 15 6. ZÁKLADNÉ ROZMERY... 16 7. VZÁJOMNÁ POLOHA PRVKOV HARMONICKÉHO PREVODU... 18 8 UPEVNENIE PRVKOV HARMONICKÉHO PREVODU... 20 8.1 GENERÁTOR VĹN A VSTUP... 20 8.2 TUHÉ OZUBENÉ KOLESO... 21 8.3 PRUŽNÉ OZUBENÉ KOLESO A VÝSTUP... 21 9. MAZANIE... 23 9.1 MAZANIE OLEJOM... 23 9.2 MAZANIE PLASTICKÝM MAZIVOM... 28 10. VŠEOBECNÉ POKYNY PRE MONTÁŽ... 28 11. ÚDRŽBA... 29 11.1 VÝMENA OLEJA... 29 11.2 VÝMENA PLASTICKÉHO MAZIVA... 30 12. OZNAČOVANIE... 30
Všeobecné informácie : Priemyselný typ HP Spája všetky výhody harmonických prevodoviek, pri zachovaní vysokej kinematickej presnosti a reverzácie. Používa sa v priemyselných aplikáciách. Model s vysokou presnosťou - presné Harmonické prevodovky majú polohovaciu presnosť menšiu než jedna uhlová minúta a opakovateľnú presnosť niekoľko uhlových sekúnd. Použitie pre servomechanizmy robotov, obrábacích strojov, meracia technika a automatizácia. 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. 2
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. 3
1. POPIS HARMONICKEJ PREVODOVKY Na obr.1 je uvedená kompletná zostava harmonickej prevodovky, t.j. pružné ozubené koleso, tuhé ozubené koleso a generátor vĺn. 1 - generátor vĺn 1 2 3 2 - tuhé ozubené koleso 3 - pružné ozubené koleso obr. 1 Harmonický prevod je riešený ako zubový s plávajúcim dvojvlnovým vačkovým generátorom vĺn. Pružné ozubené koleso 3 má dno zosilené prírubou, slúžiacou na upevnenie k výstupnému hriadeľu prevodovky. Tuhé ozubené koleso 2 s vnútorným ozubením umožňuje montáž do skrine prevodovky alebo na štít elektromotora. Generátor vĺn sa montuje na samostatný vstupný hriadeľ prevodovky alebo na hriadeľ elektromotora. Konštrukcia, resp. pripojenie generátora vĺn harmonickej prevodovky čiastočne eliminuje nepresnosti uloženia vstupného hriadeľa. Na obr. 2 je nakreslená zostava generátora vĺn harmonickej prevodovky. 1 - pružné guličkové ložisko 2 - kríž spojky 3 - unášač 4 - vačka 5 - poistný krúžok 6 - trecia podložka 5 6 4 1 2 3 obr. 2 4
Pružné guličkové ložisko 1 je nalisované na eliptickú vačku 4, ktorá je spojená s unášačom 3 generátora vĺn, prostredníctvom kríža 2 Oldhamovej spojky. Integrovanie spojky priamo do generátora vĺn umožňuje relatívny pohyb medzi unášačom (vstupným hriadeľom) a vačkou generátora vĺn. Proti axiálnemu vysunutiu je unášač 3 zaistený poistným krúžkom 5, pod ktorým sa nachádza trecia podložka 6. Vysunutiu separátora guličiek ( klietka ) pružného guličkového ložiska 1 v axiálnom smere bráni oporná plocha vytvorená na kríži 2 Oldhamovej spojky. 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 prevodvky HP nie sú samosvorné 5
2. VPLYV APLIKÁCIE KOMPONENTOV NA PREVODOVÝ POMER a) Reduktor otáčok Tuhé ozubené koleso je fixované, vstup ide cez generátor vĺn, výstup je z pružného ozubeného kolesa. Prevodový pomer = i. Vstup a výstup sa otáčajú protibežne. Obr.4 b) Multiplikátor otáčok Tuhé ozubené koleso je fixované, vstup ide cez pružné ozubené koleso, výstup je z generátora vĺn. Prevodový pomer = 1/i. Vstup a výstup sa otáčajú protibežne Obr.5 c) Pružné ozubené koleso je fixované, vstup ide cez generátor vĺn, výstup je z tuhého ozubeného kolesa. Prevodový pomer = i+1. Vstup a výstup sa otáčajú rovnakým smerom. Obr. 6 d) Pružné ozubené koleso je fixované, vstup ide cez tuhé ozubené koleso, výstup je cez generátor vĺn. Prevodový pomer = 1/(i+1). Vstup a výstup sa otáčajú rovnakým smerom. Obr. 7 6
e) Generátor vĺn je fixovaný, vstup ide cez pružné ozubené koleso, výstup je cez tuhé koleso. 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, výstup je cez pružné ozubené koleso. Prevodový pomer = i/(i+1). Vstup a výstup sa otáčajú rovnakým smerom. Obr.č.9 g) Iný prevod, GV regulovaný vstup, TK hlavný pohon - vstup, PK hlavný pohon- výstup. Množstvo iných prevodov sa dá dosiahnuť kombináciou otáčok a smeru otáčania týchto troch základných prvkov prevodovky. Obr.č.10 3. PREVODOVÁ TABUĽKA MEDZI PREVODOVKAMI RR SLOVAKIA A HARMONIC DRIVE tab. č. 1 Označenie RR Slovakia a.s. Označenie Harmonic Drive HP 42 HDUC 17 HP 50 HDUC 20 HP 60 HDUC 25 HP 80 HDUC 32 HP 100 HDUC 40 HP 120 HDUC 50 HP 160 HDUC 65 7
4. NÁVRH HARMONICKEJ PREVODOVKY. 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.11. M1 je najvyšší krútiaci moment vyvinutý pri zrýchlení za čas t1, M2 je prevádzkový krútiaci moment pri konštantných otáčkach n2 s časom trvania t2 a M3 je najvyšší krútiaci moment vyvinutý pri spomalení za čas t3. Otáčky n1 a n3 sú priemerné otáčky pri zrýchlení a spomalení. Obr.11 Priemerný krútiaci moment M s pre tento cyklus sa vypočíta: n. t. M + n. t. M 3 3 1 1 1 2 2 2 M 3 s = n1. t1 + n2. t2 + + n. t 3 3 n. t 3 3. M 3 3 8
Priemerné otáčky n s pre tento cyklus sú: n t n t n t n = 1. 1 + 2. 2 + 3. 3 s t1 + t2 + t3 Krok 2: Druhým krokom je výpočet ekvivalentného krútiaceho momentu Mekv, pri vstupných otáčkach prevodu 1 500 min-1. ns. i Mekv = Ms. 3 1500 Krok 3: Tretím krokom je výber vhodnej harmonickej prevodovky podľa výkonovej tabuľky č.2 na str. 10. Mekv 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: M n1500 L50 = 10000. M ekv Hodnota 10000 je konštanta a je závislá na životnosti ložiska generátora vĺn. Príklad: M 1 = 350 Nm, t 1 = 0.2 s, n 1 = 10 ot.min -1 = 0.167 ot.s -1 M 2 = 275 Nm, t 2 = 10 s, n 2 = 20 ot.min -1 = 0.33 ot.s -1 M 3 = 200 Nm, t 3 = 0.5 s, n 3 = 10 ot.min -1 = 0.167 ot.s -1 i = 104 3 3 x x x x x x M = 0167. 0. 2 350 + 0. 33 10 275 + 0167. 0. 5 200 3 s 0167. x0. 2 + 033. x10 + 0167. x05. 3 3 = 275.47 Nm n s = 0167. x0. 2 + 0. 33x10 + 0167. x0. 5 = 0.316 ot.s -1 = 18.96 ot.min -1 02. + 10+ 05. M = 27547 18. 96x104 ekv. x3 = 301.76 Nm 1500 M ekv M pre otáčky 1 500 min -1, 301.76 Nm 500 Nm HP 120-104 Výpočet životnosti: L 50 500 = 10000. 30176. = 45 491 h 3 9
5. ZÁKLADNÉ TECHNICKÉ PARAMETRE V tejto časti uvedené technické parametre harmonických prevodoviek platia za predpokladu fixovaného tuhého ozubeného kolesa, vstup do generátora vĺn a výstup z pružného ozubeného kolesa. i - prevodový pomer P - vstupný výkon [kw] M - výstupný krútiaci moment [Nm] Poznámky :*Trvalá prevádzka nad 2200 min-1 nie je dovolená. tab.č.2 Vstupné otáčky n [min -1 ] max. vstupné otáčky HP i 500 1500 2000 3000 [min -1 ] P M P M P M P M olej Tuk 42 84 0.04 18 0.04 18 0.05 16 0.06 14 9 400 3 500 51 0.03 24 0.09 24 0.11 22 0.15 19 83 0.03 31 0.08 31 0.11 28 0.15 25 100 0.03 37 0.08 37 0.11 36 0.15 32 50 104 0.03 37 0.08 37 0.11 36 0.15 32 9 400 3 500 105 0.03 37 0.08 37 0.11 36 0.15 32 130 0.03 43 0.08 43 0.1 39 0.13 34 132 0.03 43 0.08 43 0.1 39 0.13 34 51 0.05 39 0.15 39 0.18 35 0.24 31 78 0.05 58 0.14 58 0.17 53 0.23 46 80 0.05 58 0.14 58 0.17 53 0.23 46 60 100 0.04 68 0.13 68 0.16 62 0.21 54 7 500 3 500 104 0.04 68 0.13 68 0.16 62 0.21 54 124 0.04 71 0.12 71 0.15 65 0.2 56 160 0.03 74 0.09 74 0.13 67 0.18 59 51 0.1 76 0.29 76 0.35 69 0.46 60 83 0.09 112 0.26 112 0.33 102 0.47 89 80 104 0.1 153 0.3 153 0.36 139 0.5 121 6 000 3 000 132 0.08 158 0.25 158 0.3 144 0.43 125 166 0.09 160 0.2 160 0.26 145 0.35 127 212 0.05 160 0.18 160 0.22 145 0.29 127 100 51 0.18 135 0.52 135 0.63 123 0.82 107 5 000 2 500 80 0.15 196 0.45 196 0.54 178 0.71 156 86 0.15 196 0.45 196 0.54 178 0.71 156 10
pokračovanie tab.č.2 max. Vstupné otáčky n [min -1 ] vstupné otáčky HP i 500 1500 2000 3000 [min -1 ] P M P M P M P M olej tuk 104 0.17 265 0.53 265 0.71 260 1.07 254 130 0.12 270 0.4 290 0.48 280 0.55 254 100 166 0.12 320 0.38 320 0.47 291 0.62 254 5 000 2 500 207 0.11 320 0.36 320 0.45 291 0.61 254 267 0.11 320 0.34 320 0.43 291 0.59 254 51 0.33 250 0.96 250 1.16 227 1.52 198 78 0.27 316 0.79 316 0.96 287 1.26 251 104 0.31 500 0.97 500 1.19 455 1.63 395 120 0.29 550 0.92 550 1.04 500 1.37 437 120 125 0.29 550 0.92 550 1.04 500 1.37 437 4 000 2 000 158 0.24 600 0.8 600 1 545 1.36 476 200 0.21 600 0.68 600 0.84 545 1.15 476 207 0.21 600 0.68 600 0.84 545 1.15 476 248 0.17 600 0.53 600 0.66 545 0.92 476 104 0.7 1120 2.17 1120 2.66 1018 3.68 *619 160 159 0.45 1120 1.41 1120 1.61 1018 2.24 *889 3 000 1 500 207 0.37 1120 1.18 1120 1.49 1018 2.14 *889 276 0.33 1120 1.03 1120 1.29 1018 1.84 *889 Okrem týchto prevodových pomerov uvedené v tab. č. 2 vyrábaných štandardne, je možné dodať prevodovky HP 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 HP 50 HP 60 HP 80 HP 100 HP 120 HP 160 80 120 78 100 132 128 200 100 128 242 158 i 160 131 160 208 200 200 260 260 258 11
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 otáčkach 1500 min -1. Krátkodobá dynamická preťažiteľnosť prevodu až o 100% tabuľkovej hodnoty (tab.č.2 pri 1 500 ot.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 tabuľkové. Pri prevádzke prevodov v intervale 3 000 až 3 400 ot.min -1 je dovolené prevody zaťažovať na maximálne 50% z hodnoty krútiaceho momentu uvádzaného pri 1500 ot.min -1 v tabuľke č.2. Prevádzku prevodoviek HP 42 až HP 120 nad 3400 ot.min -1 je potrebné konzultovať s výrobcom HP. 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 HP, mazané olejom. Je zrejmé, že harmonický prevod má najlepšiu účinnosť pri nominálnej veľkosti krútiaceho momentu. 12
Obr.12 Obr.13 Obr.14 Obr.15 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 celého systému. Mŕtvy chod sa môže meniť v závislosti od polohy elementov - generátor vĺn, pružné ozubené koleso. Jeho hodnoty uvedené v tab. č. 4 sú maximálne hodnoty. V závislosti od veľkosti mŕtveho chodu sú harmonické prevodovky HP rozdelené do 2 skupín. tab.č.4 Mŕtvy chod [ rad ] Typ skupina číslo I skupina číslo II poznámka HP 42 HP 160 2.9 x 10-4 8.7 x 10-4 2.9x 10-4 rad = jedna uhlová minúta 13
Výpočet uhlu natočenia od zaťažovaného krútiaceho momentu ϕ - uhol natočenia [rad ] ϕ = Mk C Mk - zaťažovací krútiaci moment [Nm] C - konštanta torznej tuhosti [Nm/rad] Nm = Nm / rad ϕ 1500 obr.č.16 Obr16. predstavuje záznam torznej tuhosti HP 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 tabuľke č. 5 sú uvedené stredné hodnoty konštánt torznej tuhosti C. Kinematická presnosť je definovaná ako súčet plusových a mínusových rozdielov medzi teoretickým a skutočným uhlom natočenia na výstupe. Kinematická presnosť HP bez záťaže je lepšia než 1 uhlová minúta, pri zaťažení prevodu vzrastá kinematická presnosť na cca 30 uhlových sekúnd. (obr.č.17) 14
ϕ obr.č.17 tab.č.5 Typ-ROZMER HP 42 HP 50 HP 60 HP 80 HP 100 HP 120 HP 160 C [ Nm /rad ] 6 900 20 000 33 000 60 000 144 000 251 000 595 000 Mk [ Nm ] 18 35 70 150 320 585 1 120 5.4 KRÚTIACI MOMENT PRI BEHU NAPRÁZDNO, ROZBEHOVÝ MOMENT Krútiaci moment na vstupe nezaťaženého prevodu (M1) je definovaný ako moment potrebný na otáčanie vysokootáčkového hriadeľa prevodu HP bez zaťaženia pri daných otáčkach. Rozbehový moment vstupu (M2) je statický krútiaci moment potrebný na pohnutie vysokootáčkového člena, bez zaťaženia na pomalobežnom člene. Rozbehový moment multiplikátora (M3) je statický krútiaci moment potrebný na pohnutie pomalobežného člena pri nezaťaženom rýchlobežnom člene. V tabuľke číslo 6 sú uvedené ďalšie doplňujúce údaje. J [ kg.m 2 ] Moment zotrvačnosti generátora vĺn, redukovaný na os vstupného hriadeľa prevodovky uvádza tabuľka 6. m [ kg ] Hmotnosť prevodovky, uvádza tabuľka č. 6 tab.č.6 TYP HP 42 HP 50 HP 60 HP 80 HP 100 HP 120 HP 160 M1 [ Nm ] 0,03 0,04 0,18 0,06 0,19 0,1 0,28 0,15 0,48 0,48 0,9 1,2 2,0 M2 [ Nm ] 0,025 0,02 0,05 0,02 0,08 0,02 0,09 0,04 0,18 0,06 0,26 0,09 0,65 M3 [ Nm ] 3 1 7 2 10 3 18 6 29 9 40 13 90 J [ kg. m 2 ] 0,79x10-5 1,9 x 10-5 4,4 x 10-5 2,1 x 10-4 5,8 x 10-4 1,4 x 10-3 5,9 x 10-3 M [ kg ] 0,21 0,35 0,6 1,25 2,4 4,5 9,4 15
6. ZÁKLADNÉ ROZMERY HP 42 obr.č.18 HP 50 160 16
Pripojovacie rozmery prevodoviek HP s prevodom 51 276 tab.č.7 TYP HP 50 HP 60 HP 80 HP 100 HP 120 HP 160 A 45 56 72 88 110 140 B h6 70 85 110 135 170 215 C 54-0.025 67-0.025 90-0.03 110-0.03 135-0.035 177-0.035 D 51 61 82 102 123 163 D 1min 42 52 66 82 100 128 D 2min 53 64 84 104 127 169 E 14-0.1 16-0.1 20-0.1 25-0.1 30-0.1 40-0.1 F 3 3 3 4 4 5 G 32 40 52 64 80 103 H H6 16 20 26 32 40 52 I H7 9 12 14 14 20 24 J 21 26 26 32 32 48 K 10.4 + 0.1 13.7 + 0.1 16.2 + 0.1 16.2 + 0.1 22.6 + 0.1 27 + 0.1 L P9 3 4 5 5 6 8 M 4.3 3.3 1.1 3.3 7.7 2.7 N 22 25 26 32 40 52 O 5.4 6.5 8 9.5 13 16.3 P 6 6.7 7.4 7.7 6.5 13 R 24 30 40 50 60 80 T 4.5 5.5 6.6 9 14 14 U 60 75 100 120 150 195 W 4 6 7 9 12 14 X 3.5 4.5 5.5 6.6 9 11 Y M 3 M 4 M 5 M 6 M 8 M 10 Z M 3 M 4 M 5 M 6 M 8 M 10 17
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. 19) MONTÁŽNE TOLERANCIE obr.č.19 tab.č.8 Typ HP 42 HP 50 HP 60 HP 80 HP 100 HP 120 HP 160 a 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 b 0.07 0.076 0.076 0.076 0.076 0.076 0.076 c 0.020/26 0.024/32 0.038/40 0.038/52 0.044 / 64 0.048/80 0.057/103 d 0.028/60 0.032/70 0.042/85 0.050/110 0.058 /135 0.064 /170 0.076 / 215 Orientačná kontrola vzájomnej polohy prvkov harmonického prevodu je možná po montáži vstupného a výstupného hriadeľa do skrinky prevodovky, zmeraním hádzania centračných plôch skrinky pre osadenie tuhého ozubeného kolesa vzhľadom na vstupný a výstupný hriadeľ(indikátorové hodinky upnuté na hriadeľ) a zmeraním hádzania centračných plôch hriadeľov pre osadenie pružného ozubeného kolesa generátora vĺn vzhľadom na skrinku prevodovky. Obrázok číslo 20 nám schematicky znázorňuje meranie uvedených hodnôt. 18
obr.č.20 Pružné ozubené koleso má zaberať s tuhým ozubeným kolesom po celej dĺžke zubov, generátor vĺn musí byť umiestnený presne pod priestorom záberu. Poloha generátora vĺn voči montážnemu čelu tuhého kolesa je daná v stati 6 mierou "M". Pri montáži vlnového generátora je treba dbať, aby záber zubov bol rovnomerne rozložený na oboch stranách veľkej osi elipsy (obr. 21). Správne obr.č.21 Nesprávne obr.č.22 Chybná montáž sa prejavuje zvýšeným vstupným krútiacim momentom a nerovnomerným hlučným chodom prevodovky (obr. 22). Nesprávna montáž sa prejavuje taktiež nezvyklé vysokým prúdovým odberom elektromotora, ak je generátor vĺn namontovaný na elektromotor. 19
Cez prístupový otvor blízko tuhého kolesa vsuňte hrot číselníkového meradla tak aby sa dotýkalo povrchu pružného kolesa. Približne sínusová deformácia pružného kolesa počas jednej otáčky znamená správnu montáž prevodovky. Obr.23 8 UPEVNENIE PRVKOV HARMONICKÉHO PREVODU Na obr. 24 je schematický znázornený jeden z možných spôsobov upevnenia prvkov harmonického prevodu spolu s doporučenými toleranciami pre uloženie. 8.1 GENERÁTOR VĹN A VSTUP obr. 24 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. Osové zaťaženie, vznikajúce deformačným pohybom pružného kolesa pôsobí dovnútra v prípade, že vysokootáčkový hriadeľ je vstupný člen a smerom von v prípade, že vstup je cez pomalobežný hriadeľ. 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. Generátor vĺn má vlastnú krížovú spojku, ktorá umožňuje spojenie generátora vĺn so vstupným hriadeľom v relatívne voľných toleranciách súososti. 20
8.2 TUHÉ OZUBENÉ KOLESO Pri bežnom použití sa tuhé koleso montuje do skrine prevodovky. Tuhé ozubené koleso má dva osadené centračné priemery na zabezpečenie súosého uloženia, voľné otvory na priskrutkovanie do skrine a dve závitové diery na uľahčenie demontáže zo skrinky prevodovky. Dva osadené centračné priemery sú súosé s vonkajším priemerom tuhého kolesa. Tento priemer s toleranciou h 6 je treba využívať ako vodiaci, vždy kedy je to možné. Týmto spôsobom sa vytvorí pevná opora tuhého ozubeného kolesa a zabráni sa tak vzniku deformácií od zaťaženia. U tuhého ozubeného kolesa sa nerozlišuje pravá a ľavá strana, montáž je možná z ľubovoľnej strany. Pre montáž do skrine prevodovky 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 HP 42 HP 50 HP 60 HP 80 HP 100 HP 120 HP 160 POČET SKRUTIEK 6 6 6 6 6 6 6 UPEVŇOVACIA SKRUTKA M3 M3 M4 M5 M6 M8 M10 Min.uťahovací moment [Nm] 1.8 1.8 3 5.9 9.8 22.6 44 8.3 PRUŽNÉ OZUBENÉ KOLESO A VÝSTUP Pružné ozubené koleso sa obyčajne montuje na výstupný hriadeľ tak, že spojom sa prenáša krútiaci moment do hriadeľa a pružné ozubené koleso je súčasne držané vo svojej správnej axiálnej polohe. Požiadavky na uloženie v ložiskách sú u výstupného hriadeľa obdobné podmienkam pre uloženie vstupného hriadeľa, s tým rozdielom, že otáčky sú nižšie a vonkajšie ohybové, alebo osové zaťaženia môžu byť podstatne vyššie. Aby sa zabránilo prenosu akýchkoľvek vonkajších škodlivých síl na membránu pružného ozubeného kolesa, musí byť výstupný hriadeľ uložený v dvoch ložiskách s normálnou radiálnou vôľou, alebo s radiálnou vôľou C 2, a náležitým vzájomným rozstupom. Pri aplikácii komponentov prevodu je treba mať na zreteli skutočnosť, že v dôsledku vlnového pohybu pružného kolesa vzniká axiálna sila i keby neexistovalo vonkajšie axiálne zaťaženie, pôsobiace na výstupný hriadeľ. Pružné ozubené koleso má prírubu opatrenú centračným priemerom, ktorý umožňuje jeho súosé upevnenie, voľné otvory pre upevňovacie skrutky a dva závitové otvory pre uľahčenie demontáže. Ak sa má príruba výstupného hriadeľa 21
priskrutkovať priamo k membráne pružného ozubeného kolesa, priemer stykovej plochy pripevňovanej príruby nesmie byť väčší než priemer príruby pružného ozubeného kolesa a jej hrana musí byť zaoblená udaným polomerom (tab. č.10). Protipríruba sa odporúča vyrábať z materiálu 11 700. obr.č.25 tab.č.10 Typ-ROZMER HP 42 HP 50 HP 60 HP 80 HP 100 HP 120 HP 160 D max. PROTIPRÍRUBY 26.9 32 40 52 64 80 103 R ZAOBLENIA HRANY 1 1 1 1.5 1.5 1.5 2 t min. PROTIPRÍRUBY 3 3 3 4 6 6 7 Aby nedošlo ku kolízii pri pružných deformáciách pružného ozubeného kolesa, je nutné zabezpečiť istý priestor medzi vnútorným povrchom skrine a pružným ozubeným kolesom. Minimálne rozmery tohoto priestoru sú udané v tab. č.7 (D 2min ) a (D 1min ). V tab. č.11 sú uvedené hodnoty uťahovacích momentov pre montáž pružného ozubeného kolesa na výstupný hriadeľ pre každú veľkosť prevodu. tab.č.11 Typ-ROZMER HP 42 HP 50 HP 60 HP 80 HP 100 HP 120 HP 160 POČET SKRUTIEK 6 6 6 6 6 6 6 UPEVŇOVACIA SKRUTKA M5 M4 M5 M6 M8 M12 M12 Min.uťahovací moment [Nm] 9.4 4.5 9.4 16.7 38 125.6 125.6 22
V prípade použitia upevňovacích skrutiek nižších mechanických vlastností než 12 K alebo obzvlášť nepriaznivého dynamického namáhania prevodu doporučujeme 1/3 až 1/2 skrutiek nahradiť kolíkmi, alebo lícovanými skrutkami. 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 harmonického prevodu v normálnej vodorovnej polohe použite hladiny oleja podľa obr. 26 tab. č.14. Vhodná výška olejovej hladiny je udávaná ako vzdialenosť od osi prevodu HP. obr. 26 obr. 27 obr. 28 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. Je potrebné dbať na to, aby sa plnilo aspoň minimálne množstvo oleja pre všetky možné montážne polohy uvádzané v tab. č.12. 23
tab.č.12 Typ-ROZMER HP 42 HP 50 HP 60 HP 80 HP 100 HP 120 HP 160 MNOŽSTVO OLEJA [ L] 0.025 0.04 0.08 0.2 0.3 0.6 1.2 Ak sa harmonický prevod montuje do zvislej polohy, pričom generátor vĺn je hore, musí sa mazanie ložiska generátora vĺn a ozubenia zabezpečiť pomocou jednoduchého zariadenia - zdvíhacieho kužeľa, pripevneného k unášaču generátora vĺn, ako je zrejmé z obr. 29. Otáčanie zdvíhacieho kužeľa spôsobuje čerpadlový účinok, vplyvom ktorého sa dvíha olej z kúpeľa hore k ložiskám generátora vĺn a ozubeniu. tab.č.13 obr.č.29 TYP - ROZMER HP 50 HP 60 HP 80 HP 100 HP 120 HP 160 A 2.5 3 4 5 5.5 7 B 2.5 3 3.5 4 6 7 C M3 M4 M5 M6 M8 M10 D 24 30 40 50 60 80 E 12 17 26 34 40 56 24
Vhodná výška hladiny oleja je daná vzdialenosťou od horného montážneho čela tuhého kolesa (obr. 28) v tab. č.14. tab. č.14 TYP otáčky generátora horizontálna montáž vĺn [min -1 ] a [mm] GV hore b [mm] vertikálna montáž GV dole -c [mm] / min. množstvo oleja [ L ] HP 42 do 3 600 12 _ 8 / 0.015 nad 3 600 12 HP 50 do 3 600 12 25 7 / 0.02 nad 3 600 19 HP 60 do 3 600 15 32 8 / 0.03 nad 3 600 24 HP 80 do 2 500 19 2 500 5 000 31 42 10 / 0.07 nad 5 000 35 HP 100 do 2 100 24 2 100 4 200 38 53 13 / 0.15 nad 4 200 42 HP 120 do 1 700 29 1 700 3 400 47 58 15 / 0.3 nad 3 400 53 HP 160 do 1 250 38 1 250 2 500 62 90 20 / 0.5 nad 2 500 69 Poznámka: GV - generátor vĺn 25
Treba upozorniť na skutočnosť, že mazanie pomocou zdvíhacieho kužeľa má uspokojivú účinnosť len ak rýchlosť otáčania generátora vĺn je najmenej 900 min-1. Pri nižších otáčkach sa nevytvorí dostatočná zdvíhacia sila na zabezpečenie požadovaného mazania. Ak prevod bude pracovať v ďalej uvedených podmienkach, je potrebné nútené mazanie, alebo prevodovku zaliať olejom: - vstupné otáčky príliš nízke - vnútri pružného ozubeného kolesa sa použije spojka, alebo podobné zariadenie, čo znemožní použiť zdvíhací kužeľ - priestorové pomery nedovoľujú použitie dostatočného množstva oleja Pružné ozubené kolesá harmonických prevodoviek určených pre zabudovanie do vertikálnej polohy - pohon zhora, sú v upevňovacej prírube v mieste závitových otvorov opatrené radiálnymi otvormi, čo umožňuje prúdenie oleja z priestoru skrinky prevodovky do pružného ozubeného kolesa k zdvíhaciemu kužeľu (obr. 29, tab. 13). Ak je pri zvislej montáži harmonického prevodu generátor vĺn dole, je nutná zvláštna pozornosť. Ak je zostava generátora vĺn úplne ponorená v oleji, môžeme dôjsť k výraznému zníženiu účinnosti a vývinu tepla vírením oleja. V tomto prípade je nutné udržiavať hladinu oleja tak, aby do oleja bola ponorená asi polovica guličiek generátora vĺn (obr. 27, tab. 14) 26
Na mazanie harmonických prevodoviek je dovolené použiť nasledovné oleje: tab.č.15 Teplota okolia -20C + 5 C DOPORUČENÉ OLEJE + 5 C + 40 C + 30 C + 65 C + 40 C + 65 C MADIT OA - PP 80 OA - PP 90 AXOL MOGUL INDUSTRO L 100 INDUSTROL 150 INDUSTROL 220 INDUSTROL 320 AGIP BLASIA 100 BLASIA 150 BLASIA 220 BLASIA 320 CASTROL ESSO ALPHA SP 100 SPARTAN EP 100 ALPHA SP 150 ALPHA SP 220 ALPHA SP 320 SPARTAN EP 150 MOBIL _ MOBILGEAR 629 SHELL ARAL TOTAL TEXACO OMALA EP 100 DEGOL BG 100 CARTER EP 100 MEROPA 100 OMALA EP 150 SPARTAN EP 220 MOBILGEAR 630 OMALA EP 220 SPARTAN EP 320 MOBILGEAR 632 OMALA EP 320 DEGOL EP 150 DEGOL EP 220 DEGOL EP 320 CARTER EP 150 CARTER EP 220 CARTER EP 320 MEROPA 150 MEROPA 220 MEROPA 320 27
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.16 Doporučené plastické mazivá HARMONIC DRIVE LUBCON KLUBER SK - 1A TURMOGREASE 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 guličkové ložiská generátora vĺn. HP odporúčame montovať v nasledovnom poradí obrázok 30: 1. Vložiť pružné koleso na výstupný hriadeľ. 2. Vložiť upevňovaciu prírubu stať 8.3 (Protipríruba obrázok 25) 3. Vložiť upevňovacie skrutky stať 8.3 tab.11, doporučenie: skrutky poistiť tmelom Loctite 243 hlavne pri častej reverzácii a častých rozbehoch a zastaveniach. 4. Vložiť tuhé koleso, 5. Vložiť upevňovacie skrutky stať 8.2 tabuľka č.9 6. Nasuňte generátor vĺn na vstupný hriadeľ 7. Poistite generátor vĺn voči axiálnemu posunutiu 8. Vložiť generátor vĺn do pružného kolesa obrázok 30, doporučenie: generátor vkladať do pružného kolesa pomalým otáčaním vstupného hriadeľa, eliminujete tak možnosť zle zložiť prevodovku, pozri obrázok 22. 28
9. Prevodovku zabiehať pri nízkych otáčkach a bez záťaže, postupne otáčky zvyšovať až na maximálne. Čas trvania 30 minút. Ak nie je možné otáčky regulovať, je potrebné nechať bežať prevodovku 30 minút na nominálnych otáčkach motora bez záťaže. 10. Po 30 minútach chodu bez záťaže, plynulo zvyšovať záťaž až na nominálnu hodnotu. Čas dosiahnutia nominálnej hodnoty záťaže by nemal byť menší ako 30 minút. Ak nie je možné záťaž plynulo regulovať môžete prevodovku zaťažiť nominálnou záťažou ihneď. U prevodoviek typu HP sa nesmú v žiadnom prípade zameniť jednotlivé diely s dielmi inej prevodovky, ani vtedy, keď sa jedná o prevodovku s menšou vôľou. obr.č.30 11. ÚDRŽBA 11.1 VÝMENA OLEJA Údržba komponentov harmonických prevodov HP 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. 29
11.2 VÝMENA PLASTICKÉHO MAZIVA Interval výmeny plastického maziva je ovplyvnený spôsobom zaťaženia. Doporučené plastické mazivá sú navrhnuté tak, že prvú výmenu plastického maziva treba previesť po 18 mesiacoch prevádzky. Pri výmene sa musí prevodovka rozmontovať, jednotlivé diely dôkladne očistia až potom nasleduje nové premazanie. Nové plastické mazivo treba naniesť do vnútra pružného kolesa, na ložiská generátora vĺn, na zuby pružného a tuhého kolesa a na kríž. 12. OZNAČOVANIE V požiadavkách, objednávkach, korešpondencii a technických podkladoch sa komponenty harmonických prevodoviek označujú nasledovne: Štandardné HP výrobky : TYP Rozmer Prevod Presnosť Prevedenie 42 84 50 50 51 83 100 104 105 130 132 Vaše 60 51 78 80 100 104 124 160 Štandardné -II technické HP 80 51 83 104 132 166 212 alebo údaje 100 51 80 86 104 130 166 207 276 Presné - I alebo 120 51 78 104 120 125 158 200 207 248 Štandard-1 160 51 104 159 207 276 HP 50-104 - II - 1 Príklad označenia: HP 100-86 - II 1 HP - Označenie typu harmonickej prevodovky 100 - Vonkajší priemer pružného ložiska v mm (veľkosť prevodovky) 86 - Prevodový pomer pri nehybnom tuhom kolese I II - skupina mŕtveho chodu výstupu 1 - sériové prevedenie unášača 4- označenie prevedenia so s zdvíhacím kužeľom Príklad označenia: HP 120-207- I - 4 30