Stalowo-kompozytowe koła podatne przekładni falowych

• Autorzy: Folęga P.

Warianty tytułu

EN

The steel-composite flexsplines of harmonic drive

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W przekładniach falowych sposób przekazywania momentu zewnętrznego poprzez cykliczne deformowanie generatorem fali koła podatnego powoduje powstawanie w tym elemencie złożonego stanu naprężeń. Dlatego przy projektowaniu koła podatnego bardzo istotne jest odpowiednie wyznaczenie i dobranie jego cech geometrycznych. Znaczące poprawienie parametrów pracy przekładni możliwe jest poprzez racjonalny dobór parametrów geometrycznych koła podatnego, ale również poprzez zastosowanie odpowiednich materiałów lub zabiegów technologicznych. Wykorzystanie kompozytów na koło podatne przekładni falowej pozwala zmniejszyć masę koła, zwiększyć znacząco podatność promieniową oraz zdolność tłumienia drgań. Wykonanie kół podatnych w całości z kompozytów ograniczone jest jednak trudnościami technologicznymi związanymi z wykonaniem wieńców zębatych kół podatnych. Rozwiązaniem tego problemu może być zastosowanie tzw. "złożonych" kół podatnych stalowo-kompozytowych. Zaletą tego rozwiązania jest wykonanie stalowego koła z naciętymi zębami wieńca zębatego. Natomiast kompozyt nanoszony jest na wewnętrzną powierzchnię stalowego koła podatnego, polepszając znacząco w tych obszarach jego właściwości mechaniczne. W pracy przeprowadzono analizę numeryczną z wykorzystaniem MES dwóch rozwiązań materiałowych koła podatnego z dnem: koła stalowego oraz koła stalowo-kompozytowego. Wykonane obliczenia numeryczne potwierdziły obniżenie maksymalnych naprężeń w analizowanych przekrojach w stalowo-kompozytowych kołach podatnych w porównaniu z tradycyjnymi kołami stalowymi. Wartości naprężeń najbardziej zmniejszają się w przypadku zastosowania kompozytu z osnową z żywicy epoksydowej zbrojonego włóknem węglowym. Analizując wyniki obliczeń dotyczące drgań własnych, można stwierdzić, że zastosowanie stalowo-kompozytowych kół podatnych powoduje zwiększenie wartości częstości drgań własnych w stosunku do kół stalowych.

EN

In harmonic drives, the way of transferring the external moment via cyclic deformation of the flexspline with a wave generator causes the occurrence of a complex state of stress in this element. Therefore, when designing the flexspline, it is very important to determine properly and choose its geometrical features. Significant enhancement of the drive operational parameters is possible through a rational selection of geometrical parameters of the flexspline, but also through applying suitable materials or technological treatments. Using composites for the flexspline of harmonic drives enables reducing the weight of the flexspline and to increase significantly its radial susceptibility and capability of damping the vibration. The producing of flexsplines entirely from composites is, however, constrained by technological difficulties connected with the making of toothed rims of the flexsplines. A solution to this problem may be the application of the so-called "complex" steel-composite flexsplines. An advantage of this solution is the possibility of producing a steel flexspline with teeth of the toothed wheel rim, whereas a composite is applied onto the internal surface of a steel flexspline, thus significantly improving its mechanical properties in those areas. As part of the study, a numerical analysis was made using FEM for the developed models of steel and steel-composite flexsplines, using two types of composites with an epoxy resin matrix, reinforced with carbon fibres, and with glass fibres. Numerical calculations have confirmed a reduction of maximum stresses in the analysed sections in the steel-composite flexsplines in comparison to the traditional steel flexsplines. The stress values reduce the most where an epoxy resin based composite, reinforced with carbon fibres, is used. When analysing the calculation results regarding proper vibration, it can be confirmed that application of steel-composite flexsplines increases the value of vibration periodicity in relation to steel flexsplines.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt; koło podatne; przekładnia falowa

EN

composite; flexspline; harmonic drive

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 10, nr 4
• Strony: 356--361
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Folęga P.

• Politechnika Śląska, Wydział Transportu, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Poland,

Bibliografia

• [1] Katalog firmy Harmonic Drive Systems.
• [2] Oh S.H., Chang S.H., Improvement of the dynamic properties of a steel-composite hybrid flexspline of a harmonic drive, Composite Structures 1997, 38, 251-260.
• [3] Jeong K.S., Lee D.G., Development of the composite flexspline for a cycloid-type harmonic drive using net shape manufacturing method, Composite Structures 1995, 32, 557-565.
• [4] Folęga P., Burdzik R., Węgrzyn T., Silva A.P., Using new materials for flexsplines of harmonic drive, Engineering’ 2009 - Innovation and development, 5th Engineering Conference, Covilhã - Portugal 2009.
• [5] Folęga P., Materiały konstrukcyjne kół podatnych przekładni falowych, XIII Seminarium Naukowe Nowe Technologie i Materiały w Metalurgii i Inżynierii Materiałowej, Katowice 2005, 203-207.
• [6] Folęga P., Zastosowanie kompozytów na koła podatne przekładni falowych, Problemy Transportu 2006, 1,1, 127-132.
• [7] Folęga P., Wilk A., Dobór cech konstrukcyjnych tulei podatnej przekładni falowej z wykorzystaniem MES, Przegląd Mechaniczny 2002, 10, 31-35.