Классификация передач и муфт деформируемыми звеньями

Например, в электронной промышленности используются технологические камеры, в которых сложные физико-химические и электрофизические процессы должны осуществляться в контролируемой и вакуумной средах.

К числу такого оборудования следует отнести: установки выращивания монокристаллов, для ионного регулирования, напылительные установки, механизмы для получения полупроводниковых лазерных структур, автоматы сборки приборов СВЧ и другие вакуумно-
термические установки.

В них требование к минимальному собственному влиянию на технологическое пространство и окружающую среду предъявляется к каждому элементу конструкции. Осуществление автоматического цикла работы такого сложного оборудования требует ввода разнообразных движений в технологические, загрузочные и транспортирующие устройства, для работы которого необходимо подводить и отводить потоки жидкости и газообразных веществ.

В станкоинструментальной промышленности используются вакуумные установки для нанесения покрытий и при физико-термической обработке инструментальных сплавов. В системах подачи газообразных и жидкостных компонентов для осуществления техпроцессов, в системах очистки отработанных СОЖ и газообразных составляющих, в гидроприводах применяются вентили и заслонки для управления потоками.

В химической и атомной промышленности решение такой сложной самой по себе задачи еще более усложняется тем, что в химии арматура, управляющая потоками жидкости, работает в условиях высоких давлений и температур, а также при наличии химически активной и радиоактивной рабочей среды.

Общими функциональными звеньями оборудования являются герметичные вводы движения и арматура, а также наличие уплотнительных элементов в подвижных стыках, которые не обеспечивают изоляцию составляющих одного технологического пространства от другого
или технологического пространства и окружающей среды вследствие неизбежных утечек в уплотнениях.

Таким образом, возникает задача герметизации или изоляции одного технологического пространства от другого или технологического пространства от внешней среды для обеспечения экологической безопасности, включающего комплекс мероприятий предотвращению проникновения газа, жидких и/или твердых частиц через разграничивающую пространства стенку (перегородку), при одновременном обеспечении управления движением в это пространство.

Компоненты, составляющие технологическое пространство, могут быть подвержены воздействию температур (до 1000 град.) и давлений. Диапазон давлений лежит в широких пределах от глубокого вакуума (10⁻⁷ мм рт. ст.) до сотен атмосфер.

Герметизация пространств осуществляется с использованием уплотнений, которые делятся на три основных вида:

• уплотнения неподвижных соединений;
• разделительные уплотнения соединений (качательных перемещений);
• уплотнения подвижных (вращательных и поступательных соединений).

Наибольший вред окружающей среде возникает при использовании уплотнений последних двух видов, т.к. возможны утечки газов и жидкостей из одного пространства в другое через зазоры в подвижных стыках.

Для уменьшения экологического воздействия на окружающую среду при применении разделительных и подвижных уплотнений производится герметизация пространств разделительными стенками. Герметизация пространства достигается тремя способами:

• магнитным воздействием при передаче движения через перегородку (магнитное замыкание);
• применением передач и муфт с использованием деформируемых звеньев (волновых передач);
• размещением механизмов внутри герметизируемого пространства (материалы с термомеханической памятью).

В связи с этим большой практический интерес с позиции экологической безопасности представляют вакуумные вводы и арматура, в которой используются упруго-деформируемые герметичные элементы, обеспечивающие передачу управляемого движения из одного пространства в другое без уплотнений в подвижных стыках.

Контакт в таких механизмах играет доминирующую роль, т.к. обеспечивает деформацию звеньев для осуществления движения путем преодоления внешнего и внутреннего трения.

В настоящее время получил распространение способ передачи движения, в основе которого лежит принцип упругого деформирования звеньев привода. Наиболее ярким примером использования этого принципа является волновая передача.

С целью развития научных исследований в этой области, облегчения выбора конструктором оптимальной схемы подобного устройства для конкретных условий и стимулирования разработки новых экологических конструкций ниже приводится классификация передач с деформируемыми звеньями.

В основе классификации положены два главных признака, определяющие конструктивные и другие свойства передачи : тип передачи и тип основной рабочей деформации. В классификацию включены также и муфты.

Деление передач по типу соответствует общепринятому: 1 – зубчатые, 2 – червячные, 3 -фрикционные, 4 – резьбовые и 5 – муфты.

Более детальное деление передач зубчатых – на цилиндрические и конические, прямозубые и непрямозубые, эвольвентные и неэвольвентные, реечные и т.д., червячных – на цилиндрические, глобоидные и другие, фрикционных – на передачи с гладким или клиновым ободом и т.д., резьбовых – на пары резьба-резьба и резьба кольцевые канавки не приводится. Условно к зубчатым передачам отнесены также цепные и зубчатоременные передачи.

Под типом основной (рабочей) деформации понимается тип той деформации, которая определяет принцип работы передачи или муфты. Обозначим деформации соответственно буквами А, Б, В и т.д.

С этой точки зрения следует различать:

А. Изгиб оболочки. Он может осуществляться силами, нормальными к образующим оболочки, или действующими под другим углом к ней (в частности, бимоментом). По этому принципу работают известные волновые передачи. Особым отличием этого типа является наличие некруглого зубчатого венца, в результате деформации.

Б. Изгиб балки. Балка может быть закреплена различными способами (консольно, на двух опорах и т.д.) и получать циклическую круговую деформацию от радиальных или моментных сил.

В. Кручение. Здесь гибкое колесо или стержень, закругленный одним концом, периодически закручивается моментом, приложенным на другом конце.

Г. Растяжение или сжатие. Этот тип деформации может осуществляться двумя способами : за счет возвратно-поступательных натяжений стержня, деформируемого в осевом направлении, и таким деформированием податливого слоя детали, при котором впереди деформирующей силы происходит сжатие, а позади – растяжение этого слоя в направлении движения (относительно неподвижной детали).

Д. Местный контакт и изгиб. Здесь используется тонкая оболочка, лента или мембрана, которые деформируются только в зоне приложения деформирующей нагрузки.

Е. Растяжение или изгиб сильфона. Поступательное движение осуществляется за счет осевой деформации сильфона, вращательное – путем изгиба сильфона.

Следует отметить, что конструкция гибкого деформируемого звена, а также наличие свойства герметичности передачи для настоящей классификации принципиального значения не имеет, поэтому не отмечаются.

Анализ передач по такому принципу показывает следующее.

Схемы А1–А5 – известные волновые передачи, в которых гибкие звенья деформируются радиальными силами Р. Можно предложить также деформацию гибкого звена осуществлять осевыми силами Р или бимоментом. Этот способ деформирования пригоден при передаче небольших нагрузок.

Схемы Б1–Б5 отличаются от предыдущих тем, что перемещения осуществляются за счет круговой изгибной деформации балки под действием радиальной силы Р или момента, на которой выполнены зубья, резьбовая нарезка и т.д.

Схемы В1–В5. Периодическое закручивание гибкого звена моментом М передается на ведомое звено, где суммируется посредством обгонных механизмов. Гибкие звенья могут быть по форме выполнены гладкими или гофрированными.

Схемы Г1–Г5. В случае использования осевой деформации под действием силы Р, полученные перемещения суммируются . При втором способе деформирования силами Р и Р₁ (податливого слоя 2) при помощи ролика 1 можно получить непрерывные медленные перемещения. Однако, в этом случае не представляется возможным получить зубчатые и червячные передачи.

Схемы Д1–Д5. В основном применяются в герметичных передачах и муфтах. Здесь происходит изгибная деформация роликами 1 и 2 тонкой мембраны (см. рис.5.1,Д-а) или устройством типа танкетка. Для фрикционных передач, вероятно, непригодны.

Приведенная классификация передач показывает, что возможно создание комбинированных передач, т.е. таких, в которых используется одновременно несколько типов рабочей деформации. К ним можно отнести деформацию сильфона и звеньев, выполненных из сплавов с памятью.

Схемы Е1–Е2. Применяется осевая или изгибная деформация сильфона силами Р.

Схемы Ж1–Ж5: растяжение, изгиб или кручение звеньев, выполненных из материалов с термомеханической памятью.