HAND TOOL DRIVE WITH WAVE GEAR

Коротков  В.С.

Кандидат технических наук, Томский политехнический университет

ПРИВОД ДЛЯ РУЧНОЙ МАШИНЫ С ВОЛНОВОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ

Аннотация

В статье кратко рассмотрено состояние рынка ручных машин в России, обоснованы параметры ручной машины электробур с волновой передачей с промежуточными телами качения  и описаны области ее применения.

Ключевые слова: ручная машина, волновой редуктор с промежуточными телами качения, нагруженный сепаратор.

Korotkov V.S.

PhD in Technics, Tomsk Polytechnic University

HAND TOOL DRIVE WITH WAVE GEAR

Abstract

The article is brief considered mechanical hand tool market in Russia, based design parameters on electric drill with intermediate solids of rolling reducer and described its fields of application.

Keywords: mechanical hand tool, intermediate solids of rolling reducer, strength retainer.

В настоящее время на российском рынке механизированного инструмента представлена продукция различных производителей со всего мира, таких известных фирм как  Bosh,  Makita, Hilti, Metabo, De Wolt, Hammer, Hitachi и др.  Общая доля продукции западноевропейских компаний и Японии составляет около 30%. Ручные машины малоизвестных китайских предприятий занимают до 50% рынка. Доля крупных отечественных компаний  Интерскол, Зубр, Байкал, Пермская научно-производственная приборостроительная компания (ПНППК) и др. не превышает 20% от всего объема ручных машин (РМ) продаваемых в России (рис.1).

Рис.1 ‒  Структура рынка ручных машин в России.

Анализ видов РМ показал, что на сегодняшний день в России не создано бытовой ручной машины, предназначенной для бурения грунта. Но существуют такие виды работ, например, бурение ям под столбы ограждения, под фундамент для мелких построек и т.п., которые целесообразно выполнять механизированным инструментом, предназначенным для малых объемов работ и работ в стесненных условиях.

Конечно, созданы более производительные профессиональные мото- и электробуры, но масса и стоимость таких машин достаточно высока.

Специализированные западные компании занимаются разработкой и выпуском почвенных буров и ледобуров. В качестве аналогов можно выделить мотобур фирмы Echo и ледобур фирмы Mora of Sweden (рис.2).

а)                                          б)

Рис.2 ‒ Зарубежные мото- и ледобуры:

а) электроледобур Mora Ice (Швеция);  б) мотобур Echo (Япония).

Поэтому необходимо создать отечественный электробур, не уступающий по техническим характеристикам зарубежным разработкам.

Значительная часть конструкций  РМ  создана  на  базе коллекторных

двигателей, имеющих небольшую масс у на единицу мощности, в сравнении с двигателями других типов. Частота вращения якоря таких двигателей достигает 12000…18000 об/мин при номинальном крутящем моменте. Оптимальные обороты шпинделя для различных типов РМ лежат в широком диапазоне от 30 об/мин для резьбонарезного механизированного инструмента до 5000 об/мин для дисковых пил и 10000 об/мин для шлифовальных машин [1]. В большинстве случаев шпиндель РМ находится на одной оси с валом двигателя, а в некоторых случаях под углом  90º к нему.   Поэтому в качестве устройства понижающего обороты двигателя используются различные типы зубчатых передач: цилиндрические, конические, червячные и планетарные. Редукторы, применяемые в конструкциях РМ для значительного снижения угловой скорости, являются многоступенчатыми и могут сочетать различные типы передач.

Волновая передача с промежуточными телами качения (ПТК) (рис.3) имеет передаточное отношение 6…60 в одной ступени, высокий к.п.д. [2] и может найти применение в приводах РМ. В частности, в приводах ручных машин с высоким крутящим моментом на рабочем органе.      

Рис.3 ‒ Волновая передача с промежуточными телами качения.

Благодаря своим техническим характеристикам она удачно сочетается с коллекторным двигателем в конструкции привода РМ электробур [3].

При определении силовых и геометрических параметров волновой передачи с ПТК с нагруженным сепаратором для РМ электробур необходимо задать значимые критерии. Одним из таких критериев может быть соразмерность коллекторного двигателя и редуктора. Обозначим параметр как V, тогда:

f(V)→const ,  для каждого типоразмера двигателя.

Ниже  приведено обоснование параметров для РМ электробур на базе коллекторного двигателя с потребляемой мощностью N=1,1 кВт, с частотой вращения якоря n_дв=15000 об/мин. Диаметр описываемой окружности двигателя данного типоразмера составляет D_кд=120 мм.

Для расчета размеров редуктора используем зависимости из [2]. Задаемся передаточным отношением 59 с целью получения максимально возможного крутящего момента и рациональной частоты вращения рабочего органа  200…300 об/мин [4].  Расчет проведен для тел вращения в виде ролика с диаметрами 2; 2,5; 3 мм.

Результаты расчета приводятся в таблице 1. Анализ результатов показывает, что на габариты редуктора при постоянном передаточном числе влияет размер ролика d_р. От него зависят и другие размеры деталей редуктора, например диаметр эксцентрикового диска D_эд, диаметр впадин венца D_впв, эксцентриситет A_w.  Для достижения соразмерности редуктора и двигателя необходимо, чтобы наружный размер сепаратора D_сн не превышал 100 мм.

Таблица 1 ‒ Некоторые размеры деталей волнового редуктора с ПТК.

dр	Dэд	Dсн	Dвпв	Aw
2	67	70,00	72,00	0,5
2,5	84	87,64	90,25	0,625
3	101	105,40	108,50	0,75

 При диаметре ролика 2,5 мм размеры редуктора соразмерны с размерами коллекторного двигателя.

Ручная машина электробур на базе коллекторного двигателя с потребляемой мощностью N=1,1 кВт и волновым редуктором с ПТК с вышеописанными параметрами способна развивать крутящий момент на рабочем органе до 20 Н·м с частотой вращения n_ро=254 об/мин.  Это позволит бурить шпуры на глубину 1 м шнеками диаметром до 200 мм в грунтах различного типа.

Все варианты геометрических параметров волнового редуктора, представленные в таблице 1, являются приемлемыми и могут выбираться в зависимости от значимого критерия. Если таким критерием является минимальная масса привода РМ, то принимаем диаметр ролика d_р=2 мм; если соразмерность двигателя и редуктора, то d_р=2,5 мм; если необходим большой запас надежности для работы в тяжелых условиях, то d_р=3 мм.