Техника - молодёжи 1999-09, страница 20

ции. Машиностроителей интересуют простота соединения вала с некруглыми отверстиями деталей, отсутствие концентраторов напряжений и высокая надежность. Технологи и резальщики на первое место ставят невиданную технологичность вала. Вал не надо точить, фрезеровать, шлифовать, подвергать термообработке. Не надо переводить металл в горы стружки. Не надо переналаживать станки на различные диаметры валов. Не надо выдерживать допуски. И еще много достоинств, связанных с подготовкой производства, расходом инструмента и вспомогательных материалов. Все эти операции заменяет одна элементарная — намотка на оправку ленты из рулона.

А из какого материала может быть изготовлена лента? Из любого — от керамики до композита, и даже из материалов, из которых никогда не делают крупных заготовок круглого или фасонного профиля. Например, из алюминиево-стальной композиции, полученной в лаборатории полимерных материалов Института металлургии им. А.А.Байкова. Лента тонка, как бритва, но чрезвычайно упруга. Сквозь ее серебристую поверхность проступает множество тончайших линий — стальные проволочки толщиной в десятые и сотые доли миллиметров. Плотность нового композиционного материала в 1,7 раза меньше, а прочность в три раза (удельная прочность в пять раз) выше, чем у стали. Еще более удивительными свойствами обладает лента, полученная в Институте токов высокой частоты. Эта лента из металлического стекла (аморфный металл) исключительно прочна, эластична и устойчива к коррозии.

Новые времена — новые материалы, новые конструкции и новые технологии. В ближайшем будущем навитые валы можно будет увидеть в приборах, бытовой технике и устройствах управления, в высокоскоростных и малонагруженных передачах, редукторах и коробках скоростей. □

Как из круглого колеса сделать некруглое

Фамильные гербы средневековых рыцарей часто были украшены горделивыми девизами, на века отражающими основную характеристику семейных династий. Неплохо бы дать девизы современным профессиям и наукам. Например, «Энергия из ничего» — для энергетиков. «Отходы в доходы» — для металлистов, «Сто лет не предел» — для медиков. Есть свой девиз у биоэнергетиков — объединяющихся в союз экстрасенсов, телепатов, гипнотизеров: «Богатыри — энергия жизни». Науке о сопротивлении материалов подошел бы девиз «Изящная прочность», а науке о деталях машин, вобравшей в

себя сопротивление материалов, теорию механизмов, физику и механику, — «Идеальное в реальном».

Ярким примером, подтверждающим идеальное в реальном, является волновая зубчатая передача. Ее изобретение стало неожиданным откровением для механиков. Она революционно ломала старые представления о жестокости и прочности, казалось, термин «волновая» никак нельзя было отнести к зубчатым зацеплениям. Волноводы в гидротехнических сооружениях — это понятно, волноводы в электротехнике,

3

1 2

а б

в ультразвуковых установках — тоже объяснимо. Но в деталях машин... Инженеру со студенческой скамьи многократно внушают, что главное требование конструкции — жесткость и еще раз жесткость. А когда в 1952 г. М.Л.Новиков разработал зубчатую передачу с полукруглым профилем зубьев (рис. 5, а), необходимость жесткости стала еще более категоричной. Дело в том, что передача Новикова, обеспечивая нагрузочную способность в два раза выше, чем эвольвент-ная, требовала особо высокой точности межосевого расстояния колес, достигнуть которую можно только увеличив жесткость валов. На таком фоне соседство слов «волновая» и «зубчатая» передача выглядело курьезом

Считалось, что изобретение зубчатой волновой передачи принадлежит американцу (кожевеннику по профессии) К.Массеру (1959). Суть изобретения заключается в том, что внутри неподвижного гибкого зубчатого колеса размещается генератор 1, который деформирует круглую тонкостенную оболочку колеса 2 в некруглую (рис. 5, б). В местах контакта роликов генератора с гибким колесом зубья последнего зацепляются с зубьями жесткого венца 3. При вращении генератора волна зубьев гибкого колеса обегает по жесткому венцу, заставляя его вращаться. Малая частота вращения последнего определяется передаточным числом, равным отношению числа зубьев гибкого колеса к разности чисел зубьев гибкого и жесткого колес. Например, при разности в 2-3 зуба и числе зубьев любого из колес 100—150 передаточное отношение составляет 50; следовательно, частота вращения ведомого колеса 3 будет в 50 раз меньше частоты вращения генератора 1 ведущего волнового колеса.

После публикации первых патентов начался бум волновых передач. Це

лый поток заявок хлынул в патентные ведомства различных стран. Страсти, которые бушевали вокруг волновых передач среди механиков 60-х гг., можно сравнить с ажиотажем среди физиков по поводу высокотемпературной сверхпроводимости в 80-е гг. И это понятно. Достаточно короткого перечисления положительных качеств волновых передач, чтобы понять причины небывалого бума: огромное передаточное число — до 300; высокий передаваемый момент — третья часть всех зубьев находится одновременно в зацеплении, для сравнения, в обычных зубчатых передачах — один-два зуба; кинематическая точность; ничтожные скорости скольжения, а следовательно, незначительный износ зубьев; малые нагрузки на валы вследствие уравновешенности сил в зацеплении. Здесь и совсем новое свойство, неизвестное в обычных зубчатых зацеплениях: благодаря неподвижности одного из колес возможна передача вращения через стенку, разделяющую среду с нормальным давлением и вакуум. Перечень достоинств можно продолжить: низкий уровень шума, широкий диапазон передаваемых нагрузок и частот вращения, неисчерпаемые кинематические возможности, долговечность, беззазор-ность, многовариантность конструкции. Добавьте сюда компактность, малые массу и металлоемкость и перед вами предстанет неограниченная область применения волновых передач — от космоса до морских глубин.

Когда бум несколько поутих, вспомнили, что впервые волновая передача была предложена в Советском Союзе, инженером А.И.Москвитиным в 1944 г. Гибкое колесо 2 в этой передаче деформировалось, неподвижным электромагнитным генератором 1 (рис.5 в).

На полюсы генератора последовательно подавалось напряжение, которое возбуждало бегущее магнитное поле — источник бегущей волны деформации. Контакт волны гибкого колеса-ротора с жестким 3 вызывал вращение последнего. Волновая передача А.И.Москвитина называлась тихоходным электродвигателем с гибким ротором для безредукторно-го привода. Она была фрикционной, но содержала главную идею — обеспечить огромное передаточное отношение без применения громоздких редукторов — понижающих передач. Заслуга же американца К.Массера состоит в том, что он снабдил гибкий ротор зубьями. В этой истории важен интересный факт: через 200 лет после обоснования Л Эйлером двух очень непохожих по сути понятий: эвольвентной формы зубьев и крити

Рис. 5. 1 3

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 9 99

18