УДК 621.833
Применение волновой передачи в приводе ручной машины
В статье рассматривается возможность применения волновой передачи с коллекторным двигателем в приводе ручной машины. Излагаются требования, предъявляемые к ручным машинам, и приводятся типы электродвигателей, используемых в конструкциях машин такого класса. Также дается краткая характеристика волновой передаче и показаны особенности ее работы при высоких оборотах двигателя.
В заключительной части статьи говорится о создании экспериментального образца привода и результатах исследования его вибрационной и шумовой характеристики.
Значение ручного механизированного инструмента для повышения уровня механизации производственных процессов постоянно возрастает, так как объем ручных работ в промышленности и строительстве все еще остается значительным. Применение ручных машин позволяет в раз увеличить производительность труда по сравнению с работой вручную, значительно снизить трудоемкость и повысить качество операций, а также улучшить условия труда оператора [1].
Ручная электрическая машина состоит из электродвигателя, передаточного и рабочего механизмов, органов управления, устройств подключения к источнику электрической энергии и элементов, обеспечивающих безопасность обслуживающего персонала.
В качестве двигателей широко применяются однофазные коллекторные двигатели нормальной частоты (50…60 Гц) и трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором нормальной и повышенной частоты (200…400 Гц). Ограниченное применение имеют однофазные асинхронные двигатели повышенной частоты, а также коллекторные двигатели постоянного тока [2].
Общими требованиями, предъявляемыми к ручным электрическим машинам различных видов, являются обеспечение удобства в работе, высокая производительность, минимальные габариты и масса при полной безопасности оператора.
Идея соединения волновой передачи с однофазным коллекторным двигателем дает возможность создать привод для механизированного инструмента и оборудования с небольшой массой и размерами, предназначенный для малых объемов работ и работ в стесненных условиях.
Зубчатая волновая передача имеет передаточное отношение 80-300 в одной ступени и является конкурентоспособной в отношении габаритов и массы по сравнению с лучшими образцами планетарных передач [3].
Коллекторные двигатели с частотой вращения якоря n = 12000-
18000 об/мин имеют двойную изоляцию, небольшую массу на единицу мощности в сравнении с двигателями других типов.
В России однофазные коллекторные двигатели выпускают нескольких типоразмеров полезной мощностью (Вт): 120, 180, 250, 370, 500, 750, 850, 1150, 1500. Некоторые из них встраиваются в корпус ручной машины, другие являются самостоятельными единицами, обеспечивающими работу инструмента в рациональном режиме [4].
Характерной чертой существующих ручных машин является небольшой крутящий момент на шпинделе, но существуют такие виды работ в строительстве, которые требуют достаточно высокого крутящего момента на рабочем органе. Например, бурение ям под столбы ограждения, под фундамент для различных построек; перемешивание смесей; подтягивание и подъем грузов и т. п. Для создания оборудования, способного выполнять такие функции, необходим редуктор с большим передаточным отношением. Использование в конструкции привода коллекторного двигателя с волновой передачей обеспечивает работу оборудования в рациональном режиме.
Высокая частота вращения требует особого подхода к конструированию и расчету гибкого колеса и генератора волн. Стандартный гибкий подшипник имеет предельную частоту вращения 3000 об/мин. Поэтому применять в конструкции кулачковый генератор с гибким подшипником невозможно. Дисковый генератор волн обеспечивает работу передачи на высоких рабочих скоростях, так как его работоспособность определяется предельной частотой вращения подшипников качения.
На базе коллекторного двигателя мощностью 1,1 кВт и волновой передачи с передаточным отношением U = 80 создан экспериментальный образец привода, который проходит стендовые испытания.
Общий уровень шума на расстоянии 1 м от источника составляет 94 Дб, что не превышает зарегистрированных значений для машин такого класса.
Распределение звукового давления по спектру приводится в табл.1.
Таблица 1
Уровни звукового давления
Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц | 63 | 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 |
Допустимые уровни звуковой мощности, Дб ГОСТ 12.2. | 107 | 100 | 94 | 91 | 92 | 92 | 94 |
Фактические уровни звуковой мощности, Дб | 70 | 68 | 75 | 90 | 89 | 92 | 94 |
Вибрационная характеристика привода соответствует существующим техническим нормам. Требуемые и фактические значения сравниваются в табл. 2.
Из приведенных данных следует, что зарегистрированные показатели для привода с волновой передачей не превышают допускаемых значений для машин такого класса.
В настоящее время исследование работоспособности привода на базе коллекторного двигателя с волновой передачей продолжается.
Таблица 2
Уровни виброскорости
Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц | 31,5 | 63 | 125 | 250 | 500 | 1000 |
Допустимые уровни виброскорости, Дб СН 3 | 117 | 114 | 111 | 109 | 105 | 102 |
Фактические уровни виброскорости, Дб | 97 | 85 | 98 | 109 | 98 | 89 |
Список литературы
1. Сергеев машины и оборудование.-М.: Высшая школа, 1987.-376 с.
2. Справочник по электрическим машинам: в 2-х т. /Под общ. ред. ,
- М.: Энергоатомиздат,1989.
3. , и др. Волновые зубчатые передачи. -Киев.: Техника, 197с.
4. Строительное, дорожное и комунальное машиностроение. Серия 7. "Строительный механизированный ручной инструмент, отделочные машины и вибраторы". Обзорная информация. Выпуск 1.-М.: ВНИИстройдормаш, 1987.-35 с.
Материал поступил в редакцию 17.12.98
V. S. Korotkov
Usage of a wave gear in the drive of manual machine
The possibility of using a wave gear with commutator motor in the drive of manual machine is considered in the article. The requirements to manual machines are presented here. The types of electric motors used in designs of such machines are given. Short characteristics of wave gear and features of its run under high turns of engine are described.
