Основные параметры редукторов
Типоразмер редуктора определяет тип и главный размер (параметр) тихоходной ступени.
- Для цилиндрического и червячного редукторов главным параметром является межосевое расстояние aw,
- Для конического — внешний делительный диаметр колеса d2,
- Для планетарного — радиус водила R.
- Одним из главных параметров редуктора является передаточное число (табл. П9 Приложения).
Параметрами редуктора являются
- коэффициенты ширины колес,
- модули зубчатых колес,
- углы наклона зубьев, а
- для червячного редуктора дополнительно — коэффициент диаметра червяка q.
Основная энергетическая характеристика редуктора — момент на выходном валу
где Рвх — мощность на быстроходном валу; ωвх — угловая скорость быстроходного вала; и — передаточное число редуктора; η — КПД редуктора.
Обозначение редукторов
В обозначении указывается
· тип редуктора,
· число ступеней,
· схема сборки.
Если валы расположены в одной горизонтальной плоскости, в обозначении это не отражается. Если все валы расположены в вертикальной плоскости, в обозначении типа добавляют индекс В, если ось выходного вала вертикальна — добавляют букву Т, если ось быстроходного вала вертикальна — добавляют букву Б.
Цифрами указываются главный размер (параметр) тихоходной ступени и передаточное число редуктора.
Например, изображенный на рис. 14.3, а редуктор обозначается Ц2-200-4: двухступенчатый цилиндрический редуктор, межосевое расстояние 200 мм, передаточное отношение 4.
Представленный на рис. 14.3, б редуктор обозначается Ч-140-25: червячный редуктор, межосевое расстояние 140 мм, передаточное отношение 25.
Опорами валов в редукторах чаще всего являются подшипники качения. Валы цилиндрических и конических редукторов, как правило, устанавливают на шариковых или роликовых конических подшипниках.
При относительно коротких валах осевая фиксация выполняется на двух опорах: один подшипник фиксирует вал в одном направлении, а другой — в другом (на рис. 14.4 тихоходный вал при указанном направлении силы Fa 2 в осевом направлении фиксируется на опоре А, установка враспор). Установка вала на конических подшипниках враспор представлена на рис. 14.5. Таким подшипникам необходима осевая регулировка наружных колец, выполняемая с помощью винта 1.
Осевой зазор в подшипнике может также регулироваться изменением толщины прокладок 1 под крышкой подшипников (см. рис. 14.4). Для крепления коротких валов применяют установку подшипников врастяжку (на рис. 14.6 крепление быстроходного вала). При направлении силы Fa, как показано на рис. 14.6, осевая фиксация происходит на опоре А. Стакан 2 используется для регулировки зазора в зацеплении конических колес.
Длинные валы закрепляют от осевых смещений в одной опоре, вторую опору выполняют плавающей (на рис. 14.4 осевая фиксация быстроходного вала на опоре В, опора Г — плавающая; на рис. 14.7 осевая фиксация вала червяка на опоре А, опора Б — плавающая). На плавающей опоре внутреннее кольцо подшипника крепится с обеих сторон уступами вала, пружинными кольцами, распорными втулками.
 |
Наружные кольца подшипников крепятся крышками. Крышки подшипников могут приворачиваться к корпусу винтами (рис. 14.6), под крышки помещают прокладки. Используют конструкции с врезными крышками, уступающими по герметичности (см. рис. 14.4, 14.5).
Смазывание редукторов
В редукторах обеспечивается смазывание зубчатых зацеплений и подшипниковых узлов. Масло в корпус заливают через пробки 1 в люках (см. рис. 14.6). Уровень масла контролируется масломерной иглой и с помощью специальных указателей уровня 3. В горизонтальных редукторах тихоходное колесо погружают в масло на половину ширины венца. Иногда используют специальные улавливатели, направляющие масло в пространство между подшипниками шестерни. В вертикальных редукторах обычно достаточно погружения колеса тихоходной ступени.
Уплотняющие устройства
Уплотняющие устройства предохраняют от загрязнения извне и предотвращают вытекание смазочного материала.
Для уплотнения подшипниковых узлов применяют контактные уплотнения — манжеты (см. рис. 14.7, опора Б), щелевые, лабиринтные, (см. рис. 14.4, опора Б).
Применяют также внутренние уплотнения подшипниковых узлов. При смазывании пластичным материалом подшипниковый узел прикрывают мазеудерживающими кольцами.
Глава 15. Муфты
Знать назначение, конструкции муфт основных типов, оценку муфт и области их применения; принцип подбора стандартных и нормализованных муфт и порядок проверки на прочность основных элементов.
Основные функции муфт — соединение валов и передача вращающего момента. Соединяя валы машин, муфты выполняют и ряд дополнительных функций: компенсируют перекосы и смещения валов, смягчают колебания и динамические нагрузки, обеспечивают при необходимости плавные пуски и остановки, предохраняют детали машин от перегрузок и изменения направления вращения.
Классификация муфт
Муфты подразделяют на
• постоянные (глухие, компенсирующие, упругие);
• самоуправляющиеся (автоматические) по моменту (предохранительные), по направлению движения (обгонные), по скорости (центробежные).
Типы муфт
1. Жесткие некомпенсирующие (глухие) муфты не допускают соединение валов со смещениями или перекосами валов.
Втулочные муфты (рис. 15.1, а) требуют соосности валов. Муфты изготовляют со штифтами и шпоночным пазом. Муфты просты в изготовлении, дешевы, но установка (монтаж) связана с необходимостью больших осевых перемещений валов. Муфты не позволяют посадки деталей с натягом, не обеспечивают жесткость валов.
Фланцевые муфты (рис. 15.1, б) наиболее распространены, в них необходимо обеспечить перпендикулярность торцовых поверхностей А к оси вала.
2. Жесткие компенсирующие муфты допускают соединения валов с незначительным смещением осей.
Особую группу составляют шарнирные муфты, допускающие значительные перекосы осей валов
Широко распространена зубчатая муфта (рис. 15.1, в). Наружная поверхность зубьев втулок муфты сферическая, зубья имеют эвольвентный профиль. Вследствие большого числа зубьев муфты имеют большую несущую способность и надежность. Муфты допускают смещение валов в осевом направлении до 8 мм, в радиальном — до 0,6 мм, перекос — до 1 0 30′. Зубчатые муфты используют в широком диапазоне моментов и скоростей вращения, они технологичны и малогабаритны. Основные недостатки — скольжение зубьев и их износ; используется смазывание зубьев.
3. Упругие компенсирующие муфты смягчают толчки и удары, передаваемые через соединяемые валы, предохраняют от колебаний и компенсируют все виды перекосов валов. Муфты содержат неметаллические упругие элементы (из резины) или металлические — пружины, пакеты пластин.
Упругая втулонно-палъцевая муфта (МУВП) (рис. 15.1, г) состоит из двух полумуфт, соединенных через палец с надетыми на него резиновыми втулками. Муфта проста по конструкции, компактна и мала по массе, изнашивающиеся резиновые кольца легко заменяются. Муфты допускают осевые смещения до 5 мм, радиальные смещения — до 0,6 мм, перекосы — до 1°.
4. Сцепные управляемые муфты служат для соединения и рассоединения вращающихся или неподвижных валов. Муфты разделяются на муфты с профильным замыканием (кулачковые и зубчатые) и фрикционные. Муфты с профильным замыканием применяют для передачи значительных вращающих моментов, если не требуется плавность соединения.
Для плавного соединения и рассоединения валов используют фрикционные муфты (рис. 15.1, д — ж). Работа фрикционных муфт основана на создании сил трения между элементами муфты. Силу трения можно регулировать, меняя силу сжатия трущихся поверхностей. Управление муфтой может быть механическим, гидравлическим и электромагнитным. По форме трущихся поверхностей муфты разделяются на дисковые, конусные и цилиндрические. Различают сухие муфты и муфты, работающие со смазкой.
В процессе включения фрикционной муфты происходит проскальзывание, и разгон ведомого вала идет плавно. Муфта регулируется на передачу максимального момента, безопасного для элементов машины.
Для уменьшения габаритных размеров муфту выполняют с несколькими поверхностями трения — многодисковая муфта (см. рис. 15.1, д). Все диски муфты должны быть параллельными, плоскими и соосными, поэтому все диски устанавливают на одной из полумуфт — необходима абсолютная соосность валов.
Достоинствами конусных муфт (см. рис. 15.1, ё) являются малые силы включения, хорошая расцепляемость и простота конструкции. Основные недостатки — большие габаритные размеры и неуравновешенные осевые силы, передаваемые на валы.
В цилиндрической шинно-пневматической муфте (см. рис. 15.1, ж) осевых усилий на вал не создается, допускаются осевые смещения, момент легко регулируется.
Основные недостатки таких муфт — значительная стоимость резинового баллона и нестойкость резины к нефтепродуктам.
5. Сцепные самоуправляющиеся муфты предназначены для сцепления и расцепления валов при изменении заданного режима работы.
Для этого применяют обгонные муфты (свободного хода), передающие момент в одном направлении, центробежные муфты для соединения и рассоединения валов при достижении определенной частоты вращения и предохранительные муфты, выключающие механизм при перегрузках.
По принципу работы предохранительные муфты делят на
· с ломающимся элементом.
По конструкции пружинно-кулачковые и фрикционные подобны сцепным управляемым муфтам.
Из муфт с ломающимся элементом широко распространена фланцевая муфта со срезанным штифтом (рис. 15.1, з). При перегрузке штифт срезается и полумуфты рассоединяются. Такие муфты просты по конструкции, имеют малые размеры, основной недостаток: для замены перерезанного штифта необходимо останавливать машину и заменять штифт.
Параметры часто используемых муфт см. в табл. П25—П27 Приложения.
Определение основных параметров червячного редуктора
Работа предназначается для ознакомления с конструкцией червячного редуктора, определения основных геометрических и кинематических параметров зацепления и выяснения принципа и назначения регулировок узлов редуктора.
2. Описание редуктора, основные расчетные зависимости
Редукторы – это механизмы, выполняемые в виде отдельных агрегатов, служащие для понижения частоты вращения и увеличения крутящего момента.
Червячная передача относится к числу зубчато-винтовых передач с углом перекрещивания между осями, равным обычно 90°. Червяк представляет собой винт с резьбой трапецеидального либо близкого к нему профиля с малым числом заходов z1 = 1…4. Червячное колесо – это косозубое зубчатое колесо, профиль зуба которого формируется сгибанием витков червяка и имеет в осевом сечении форму дуги.
В данной работе рассматривается одноступенчатый червячный редуктор (рис. 1). Он включает в себя червяк 5 и червячное колесо 15, соединенное с валом 6 при помощи шпонки 30. Червяк и вал червячного колеса опираются на подшипники качения 17, 20, 22, 24 (которые фиксируются крышками 9, 11, 13, 14 с помощью винтов) и размещаются в корпусе 8.
Крышка люка 12 служит для заливки масла, проверки правильности зацепления при монтаже и состояния рабочих поверхностей червячной пары при эксплуатации.
В корпус редуктора ввинчены маслоуказатель 16 для контроля уровня масла и пробка 23 для его слива.
В сквозные крышки 9 и 13 установлены уплотнения 27 и 28, которые предотвращают вытекания смазки из редуктора и препятствуют попаданию в него инородных частиц.
Между крышками подшипников 9, 11, 13, 14 и корпусом 8 помещаются металлические прокладки 18, 19, 21, 25, с помощью которых производится регулировка подшипников и червячного зацепления.
Способ смазки – картерный непроточный; червячное зацепление и под-шипники колеса смазываются разбрызгиванием, а подшипники вала червяка – погружением в масло.
Взаимное положение крышки редуктора 10 и основания 8 фиксируется двумя штифтами 29, устанавливаемыми перед расточкой отверстий под подшипники.
Рассмотрим основные соотношения между параметрами некоррегирован-ной червячной передачи с архимедовым червяком.
Параметры червяка (рис. 2) [1, c. 228–232; 2, с. 199–202; 3, с. 208–210]:
где p – осевой шаг червяка;
делительный диаметр червяка
где q – коэффициент диаметра червяка; диаметр вершин червяка
где haı = haı m, haı = 1 – коэффициент высоты головки; диаметр впадин червяка
где hf1 = hf1 m, hf1 = 1,2 – коэффициент высоты ножки; угол подъема витков червяка
(5)
где z1 – число заходов червяка.
Рис. 2. Схема червяка
Параметры червячного колеса (рис. 3):
делительный диаметр колеса:
где z2 – число зубьев колеса;
диаметр вершин червячного колеса
диаметр впадин червячного колеса
наибольший диаметр червячного колеса
dam2 ≤ d2 + .(9)
Рис. 3. Схема червячного колеса
Параметры передачи (рис. 4):
Штангенциркуль, щуп, набор гаечных ключей, отвертка, молоток, краска.
5.4. Порядок выполнения работы
Производится разборка редуктора в следующем порядке:
– отвертываются винты 3 и снимаются крышки подшипников 13, 14 вместе с регулировочными прокладками 18, 19;
– развинчиваются гайки крепления крышки 10 и основания редуктора 8;
– вынимается вал 6 вместе с червячным колесом 15 и подшипниками, а затем червяк 5 с подшипниками 22, 24 (подшипники с валов не снимаются);
– производится окончательная доразборка корпусных деталей редуктора (снимается крышка смотрового люка, вынимается маслоуказатель и т. д.).
Производится ознакомление с конструкцией и назначением деталей редуктора и его сборочных единиц (корпусных деталей, валов, червяка, червячного колеса, подшипников и т. д.).
Изображается кинематическая схема редуктора (рис. 4).
Рис. 4. Кинематическая схема червячного редуктора
Производятся необходимые замеры и подсчеты для заполнения таблицы 1.
Сборка редуктора производится в следующем порядке:
– очищаются боковые поверхности витков червяка и червячного колеса;
– на витки червяка наносится слой краски;
– к корпусу прикрепляется крышка подшипника червяка и устанавливается на место червяк с подшипниками;
– привинчивается (без затяжки) к корпусу вторая крышка подшипника червяка и с помощью щупа измеряется зазор (δ) между крышкой и корпусом редуктора;
– подбирается набор прокладок с суммарной толщиной (δ + 0,1)мм, которые разделяются на две, примерно равные по толщине части, и помещаются между крышкой и корпусом;
– затягиваются винты крепления крышек;
– вал червяка после регулировки должен свободно поворачиваться от руки и не иметь осевого перемещения (осевой зазор проверяется индикатором); в противном случае, варьируя количеством прокладок, следует произвести повторную регулировку;
– устанавливается на место червячное колесо с подшипниками, а затем – крышка редуктора, которая скрепляется болтами с корпусом;
– производится регулировка подшипников колеса (в таком же порядке, как указано выше);
– определяется точность сборки червячной передачи: одним из ее условий является совпадение плоскости среднего сечения колеса и оси червяка. Вращается от руки червяк, и в смотровое окно наблюдается положение пятна контакта. Оно должно находится посередине зуба колеса. В случае его смещения перестановкой регулировочных прокладок (с одной стороны на другую) добиваются его симметричного расположения относительно плоскости среднего сечения колеса;
– производится окончательная сборка редуктора (закрепляется крышка смотрового отверстия, ставится маслоуказатель и т. д.);
– выполняются эскизы червяка и червячного колеса (рис. 2, 3) с проста-новкой основных размеров;
– собранный редуктор представляется на проверку преподавателю.
– для какой цели в червячной передаче стандартизированы параметры m, q, aw;
– зачем требуется проверка зацепления по пятну контакта;
– почему производится контроль уровня масла в редукторе;
– как смазываются зацепление и подшипники;
– в каком случае рекомендуется расположение червяка под червячным колесом;
– почему из бронзы выполняется венец червячного колеса, а не червяк;
– каковы способы охлаждения червячных передач;
– достоинства и недостатки червячных передач по сравнению с зубчатыми.
6. Оформление отчета.
– Подготовить титульный лист (см. образец на стр. 4).
– Изобразить кинематическую схему редуктора (см. рис. 4)
Подготовить и заполнить табл. 1.
| Наименование | Обозначение | Величина |
| Замеренная | Расчетная | |
| Шаг червячного зацепления | P, мм | |
| Модуль | m, мм | —— |
| Коэффициент диаметра червяка | q | —— |
| Диаметр окружности вершин червяка | da1, мм | |
| Делительный диаметр червяка | d1, мм | —— |
| Диаметр окружности впадин червяка | df1, мм | |
| Длина нарезной части червяка | в1, мм | —— |
| Наибольший диаметр колеса | dam2, мм | —— |
| Диаметр окружности вершин червячного колеса | da2, мм | |
| Диаметр делительной окружности червячного колеса | d2, мм | —— |
| Диаметр окружности впадин червячного колеса | df2, мм | |
| Ширина венца червячного колеса | в2, мм | |
| Межосевое расстояние | aw, мм | |
| Число заходов червяка | z1 | —— |
| Число зубьев колеса | z2 | —— |
| Передаточное число | U | —— |
| Угол подъема витков червяка | Ψ, рад | —— |
– Изобразить эскиз червяка и червячного колеса.
Дать заключение (см. пункт 5).
1. Назначение и устройство червячного редуктора.
2. Укажите достоинства и недостатки червячных передач по сравнению с обычными зубчатыми.
3. Из каких материалов изготавливают червяк и зубчатые венцы червячных колес? Какие факторы обуславливают выбор материала?
4. Какие различают червяки в зависимости от формы винтовой поверхности резьбы?
5. Перечислите основные параметры червяка, как они определяются?
6. Перечислите основные параметры червячного колеса, как оси определя-ются?
7. Какие параметры в червячной передаче стандартизованы?
8. Как определяется передаточное отношение и межосевое расстояние червячной передачи?
9. Как определяется КПД червячной передачи? Назовите основные факторы, влияющие на КПД.
10. Почему червячная передача работает с повышенным скольжением? Как скольжение влияет на работу передачи?
11. Какой вид разрушений зубьев является более распространенным для закрытия червячных передач?
12. В чем сущность теплового расчета червячных передач? Назовите способы охлаждения червячных передач.
1. Решетов, Д. Н. Детали машин: учеб. для студентов машиностроит. и механич. спец. вузов / Д. Н. Решетов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1989. – 496 с.
2. Иванов, М. Н. Детали машин: учеб. для студентов высш. техн. учеб. заведений / М. Н. Иванов. – 5-е изд., перераб. – М.: высш. шк., 1991. – 383 с.
3. Иосилевич, Г. Б. Детали машин: учеб. для студентов машиностроит. спец. вузов / Г. Б. Иосилевич. – М.: Машиностроение, 1988. – 368 с.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
Справочная информация по выбору редуктора
Редукторы (латинского слова reductor) получили широкое распространение во всех отраслях промышленного и аграрного хозяйства, поэтому их производство с каждым годом увеличивается, появляются новые модификации, совершенствуются уже существующие модели.
Редуктор служит для снижения частоты вращения тихоходного вала и увеличения усилия на выходном валу. Редуктор может иметь одну или несколько ступеней, цель которых увеличение передаточного отношения. По типу механической передачи редукторы могут быть червячными, коническими, планетарными или цилиндрическими. Конструктивно редуктор выполнен как отдельное изделие, работающее в паре с электродвигателем и установленное с ним на одной раме.
Промышленностью сегодня выпускаются редукторы общего и специального назначения.
Редукторы общего назначения могут применяться во многих случаях и отвечают общим требованиям. Специальные же редукторы имеют нестандартные характеристики подходящие под определенные требования.
Классификация, основные параметры редукторов
В зависимости от типа зубчатой передачи редукторы бывают цилиндрические, конические, волновые, планетарные, глобоидные и червячные. Широко применяются комбинированные редукторы, состоящие из нескольких совмещенных в одном корпусе типов передач (цилиндро-конические, цилиндро-червячные и т.д.).
Конструктивно редукторы могут передавать вращение между перекрещивающимися, пересекающимися и параллельными валами.
Так, например цилиндрические редукторы позволяют передать вращение между параллельными валами, конические — между пересекающимися, а червячные — между пересекающимися валами.
Общее передаточное число может достигать до нескольких десятков тысяч, и зависит от количества ступеней в редукторе. Широкое применение нашли редукторы, состоящие из одной, двух или трех ступеней, при чем они могут, как описывалось выше, совмещать разные типы зубчатых передач.
Ниже представлены наиболее популярные виды редукторов, серийно выпускаемые промышленностью.
Цилиндрические редукторы
Цилиндрические редукторы являются самыми популярными в машиностроении. Они позволяют передавать достаточно большие мощности, при этом КПД достигает 95%. Вращение передается между параллельными или соосными валами. Передаваемая мощность зависит от типоразмера редуктора. В цилиндрических редукторах применяются передачи, состоящие из прямозубых, косозубых или шевронных зубчатых колес. Количество цилиндрических передач напрямую влияет на передаточное отношение. Например, одноступенчатый редуктор может иметь передаточное число 1,5 до 10, две ступени — от 10 до 60, а три ступени — от 60 до 400.
Кинематические схемы наиболее распространенных видов цилиндрических редукторов представлены на рисунке ниже:
А) — Простой одноступенчатый цилиндрический редуктор
Б) – Двухступенчатый редуктор цилиндрический с несимметричным расположением зубчатых колес
В) – Трехступенчатый цилиндрический редуктор, входной вал быстроходной передачи изготовлен с двумя шестернями
Г) – Соосный цилиндрический редуктор
Д) — Соосный цилиндрический редуктор с симметричным расположением опор относительно тихоходной передачи
Е) — Соосный цилиндрический редуктор с шевронной быстроходной передачей
Ж) — Соосный цилиндрический редуктор с раздвоенной передачей
З) — Соосный цилиндрический редуктор с посаженными на быстроходный вал двумя косозубыми шестернями с противоположенным наклоном зубьев
И) – Трехступенчатый цилиндрический редуктор с раздвоенной быстроходной и тихоходной передачей
Червячные редукторы
Червячные редукторы получили большую популярность в виду своей простоты и достаточно низкой стоимости. Из всех видов червячных редукторов наиболее распространены редукторы с цилиндрическими или глобоидными червяками. Как и многие другие типы редукторов червячные могут состоять из одной или нескольких ступеней. На одноступенчатом редукторе передаточное отношение может быть в пределах 5-100, а на двух ступенях может достигать 10000. Основными достоинствами редукторов червячного типа являются компактные размеры, плавность хода и самоторможение. Из недостатков можно отметить не очень высокий КПД и ограниченная нагружаемая способность. Основными элементами являются зубчатое колесо и цилиндрический червяк. Цилиндрический червяк представляет собой винт с нанесенной на его поверхности резьбой определенного профиля. Число заходов зависит от передаточного отношения, и может составлять от 1 до 4. Вторым основным элементом редуктора является червячное колесо. Оно представляет собой зубчатое колесо из сплава бронзы, количество зубьев также зависит от передаточного отношения и может составлять 26-100.
В ниже приведенной таблице представлена зависимость передаточного отношения от количества зубов колеса и заходов винта.
Передаточное отношение
Число заходов червяка
Число зубов колеса
Кинематические схемы одноступенчатых червячных редукторов представлены ниже:
А) Редуктор с нижним расположением червяка
Б) Редуктор с верхним расположением червяка
В) Редуктор с боковым расположением червяка (ось червяка расположена горизонтально)
Г) Редуктор с боковым расположением червяка (ось червяка расположена вертикально)
Редукторы червячные двухступенчатые позволяют получить моменты в диапазоне 100 – 2800Нм. Конструкция представляет собой жесткую скрутку двух редукторов. Между собой редукторы соединены с помощью фланца. Цилиндрический вал первой ступени установлен в полый вал второй ступени.
Вариант расположения червячных пар представлен на рисунке ниже:
Расположение входного и выходного вала зависит от варианта сборки. Существуют следующие сборки: 11, 12, 13, 16, 21, 22, 23, 26.
Планетарные редукторы
Планетарные редукторы нашли широкое применение в тяжелом машиностроении, так как обладают рядом преимуществ перед редукторами другого типа. На редукторах планетарного типа можно получить достаточно большие передаточные числа, при этом габариты редуктора будут намного меньше чем у червячного или цилиндрического редуктора. Конструкция редуктора представляет собой планетарный механизм. Основными элементами редуктора являются сателлиты, солнечная шестерня, кольцевая шестерня и водило.
Внешний вид устройства планетарного редуктора представлен ниже:
А) сателлиты
Б) солнечная шестерня
В) водило
Г) кольцевая шестерня
Кольцевая шестерня планетарного редуктора находится в неподвижном состоянии, Вращение от входного вала передается на солнечную шестерню находящеюся в зацеплении со всеми сателлитами. Сателлиты вращаются внутри неподвижной кольцевой шестерни передавая энергию вращения на водило, а далее на выходной вал редуктора. Планетарный механизм может быть одно-, двух- и трехступенчатым, передаточное отношение зависит от количества зубьев на каждой шестерне.
Свое название планетарный редуктор получил благодаря тому, что зубчатые колеса вращаются подобно планетам солнечной системы. Планетарные редукторы могут быть одно-, двух- и трехступенчатыми. Передаточное отношение может быть в пределах 6 – 450. Редукторы планетарного типа обладают высоким КПД, и позволяют передавать большие мощности без потерь на нагрев. Для удобства монтажа планетарные редукторы выпускаются на лапах или на опорном фланце, а также возможен комбинированный вариант.
В настоящий момент на Российском рынке приводной техники пользуются популярностью редукторы серии 3МП и МПО.
Конические и цилиндро-конические редукторы
Конические и цилиндро-конические редукторы передают момент между пересекающимися или скрещивающимися валами. В редукторах применяются шестерни в виде конуса с прямыми или косыми зубами. Конические редукторы имеют большую плавность зацепления, что позволяет им выдерживать большие нагрузки. Редукторы могут быть одно-, двух- и трехступенчатыми. Большое распространение получили цилиндро-конические редукторы, где общее передаточное отношение может достигать 315. Быстроходный и тихоходный валы редуктора могут располагаться горизонтально и вертикально. По типу кинематической схемы конические и цилиндро-конические редукторы могут быть развернутые или соосные.
На рисунке ниже представлены кинематические схемы конических редукторов:
А) Реверсивный конический редуктор. Смена направления вращения достигается установкой зубчатого колеса с противоположенной стороны конической шестерни.
Б) Реверсивный конический редуктор. Конические шестерни вращаются в разных направлениях. Подключение тихоходного вала к одной из конических шестеренок происходит за счет кулачковой муфты.
В) Двухступенчатый коническо-цилиндрический редуктор. Быстроходный и тихоходный валы находятся под прямым углом в одной плоскости.
Г) Двухступенчатый коническо-цилиндрический редуктор. Входной и выходные валы перекрещиваются и лежат в разных плоскостях.
Д) Трехступенчатый коническо-цилиндрический редуктор. Быстроходный и тихоходный валы находятся под прямым углом в одной плоскости.
Е) Трехступенчатый коническо-цилиндрический редуктор. Промежуточная и тихоходная цилиндрическая передача собраны по соосной схеме.
Конические редукторы широко используются в изделиях, где требуются передать высокий момент под прямым углом. В отличие от червячных редукторов, конические редукторы не имеют быстро изнашиваемого бронзового колеса, что позволяет работать им в тяжелых условиях длительное время. Также важным отличием является обратимость, возможность передавать вращение от тихоходного вала к быстроходному валу. Обратимость позволяет разгрузить редукторный механизм в отличие от червячного редуктора, что позволяет использовать конический редуктор в установках с высокой инерцией.
Классификация редукторов в зависимости от вида передач и числа ступеней:
Тип редуктора
Количество ступеней
Тип механической передачи
Расположение тихоходного и быстроходного валов
Цилиндрический
Одна ступень
Одна или несколько цилиндрических передач
Параллельное
Две ступени; три ступени
Параллельное или соосное
Четыре ступени
Параллельное
Конический
Одна ступень
Одна коническая передача
Пересекающееся
Коническо-цилиндрический
Две ступени; три ступени; четыре ступени
Одна коническая передача и одна или несколько цилиндрических передач
Пересекающееся или скрещивающееся
Одна ступень; две ступени
Одна или две червячные передачи
Скрещивающееся
Параллельное
Цилиндрическо-червячный или червячно-цилиндрический
Две ступени; три ступени
Одна или две цилиндрические передачи и одна червячная передача
Скрещивающееся
Планетарный
Одна ступень; две ступени; три ступени
Каждая ступень состоит из двух центральных зубчатых колес и сателлитов
Цилиндрическо-планетарный
Две ступени; три ступени; четыре ступени
Сборка из одной или нескольких цилиндрических и планетарных передач
Параллельное или соосное
Коническо-планетарный
Две ступени; три ступени; четыре ступени
Сборка из одной конической и планетарных передач
Пересекающееся
Червячно-планетарный
Две ступени; три ступени; четыре ступени
Сборка из одной конической и планетарных передач
Скрещивающееся
Одна ступень
Одна волновая передача
Конструкция и назначение редуктора
Механизм, служащий для понижения угловой скорости и одновременно повышающий крутящий момент, принято называть редуктором. Энергия вращения подводится на входной вал редуктора, далее в зависимости от передаточного отношения на выходном валу получаем пониженную частоту и увеличенный момент.
В состав редуктора в зависимости от типа механической передачи обычно входят зубчатые или червячные пары, центрирующие подшипники, валы, различные уплотнения, сальники и т.д. Элементы редуктора помещаются в корпус, состоящий из двух частей – основания и крышки. Рабочие механизмы редуктора при работе непрерывно смазываются маслом путем разбрызгивания, а в отдельных случаях применяется принудительный насос, помещенный внутрь редуктора.
Существует огромное количество различных типов редукторов, но наибольшую популярность получили цилиндрические, планетарные, конические и червячные редукторы. Каждый тип редуктора имеет свои определенные преимущества и недостатки, которые следует учитывать при конструировании оборудования. Основными же критериями для подбора редуктора являются определение необходимой мощности или момента нагрузки, коэффициента редукции (передаточного отношения), а также монтажного расположения источника вращения и рабочего механизма.
Особенности редукторов по виду механических передач
Мировой промышленностью выпускается огромное количество редукторов и редукторных механизмов различающихся по типу передачи, вариантам сборки и т.д. Рассмотрим основные типы механических передач, их особенности и преимущества.
Цилиндрическая передача – является самой надежной и долговечной из всех видов зубчатых передач. Данная передача применяется в редукторах, где требуется высокая надежность и высокий КПД. Цилиндрические передачи обычно состоят из прямозубых, косозубых или шевронных зубчатых колёс.
а) Прямозубая цилиндрическая передача
б) Косозубая цилиндрическая передача
в) Шевронная цилиндрическая передача
г) Цилиндрическая передача с внутренним зацеплением
Конические передачи – обладают всеми преимуществами цилиндрических зубчатых передач и применяются в случае перекрещивания входного и выходного валов.
а) Коническая зубчатая передача с прямым зубом
б) Коническая зубчатая передача с косым зубом
в) Коническая зубчатая передача с криволинейным зубом
г) Коническая гипоидная передача
Червячная передача – позволяет передавать кинетическую энергию между пересекающимися в одной плоскости валами. Основными преимуществами данной передачи является высокий показатель передаточного отношения, самоторможение, компактные размеры. Недостатками являются низкий КПД, быстрый износ бронзового колеса, а также ограниченная способность передавать большие мощности.
Гипоидная передача – она же спироидная состоит из конического червяка и диска со спиральными зубьями. Ось червяка значительно смещена от оси конического колеса, благодаря чему число зубьев одновременно входящих в зацепление в несколько раз больше чем у червячных передач. В отличие от червячной пары в гипоидной передаче линия контакта перпендикулярна к направлению скорости скольжения, что обеспечивает масленый клин и уменьшает трение. Благодаря этому КПД гипоидной передачи выше, чем у червячной передачи на 25%.
а) Червячная передача с цилиндрическим червяком
б) Червячная передача с глобоидным червяком
в) Спироидная передача
г) Тороидно-дисковая передача
д) Тороидная передача внутреннего зацепления
Волновая передача – прототипом является планетарная передача с небольшой разницей количества зубов сателлита и неподвижного колеса. Волновая передача характеризуется высоким показателем передаточного отношения (до 350). Основными элементами волновой передачи являются гибкое колесо, жесткое колесо и волновой генератор. Под действием генератора гибкое колесо деформируется и происходит зацепление зубьев с жестким колесом. Волновые передачи широко применяются в точном машиностроении благодаря высокой плавности и отсутствия вибраций во время работы.
1) Зубчатое колесо с внутренними зубьями
2) Гибкое колесо с наружными зубьями соединенное с выходным валом редуктора
3) Генератор волн
Количество ступеней редуктора
Число ступеней редуктора напрямую влияет на передаточное отношение. В червячных редукторах наиболее распространены одноступенчатые пары. Цилиндрические же редукторы, состоящие из одной ступени, применяются реже, чем двух- или трехступенчатые редукторы. В производстве редукторов все чаще применяются комбинированные передачи, состоящие из разных типов передач, например коническо-цилиндрические редукторы.
Входные и выходные валы редукторов
В редукторах обычно применяются обычные прямые валы, имеющие форму тел вращения. На валы редукторов действуют внешние нагрузки, консольные нагрузки и усилия преодоления зацеплений. Крутящий момент на валу определяется рабочим крутящим моментом редуктора или реактивным крутящим моментом привода. Консольная нагрузка определяется способом соединения редуктора с двигателем, зависит от радиального или осевого усилия на вал. В ряде машин, к которым предъявляются особые требования в отношении габаритов или веса используются редукторы с полым валом. Полый вал редуктора позволяет располагать вал исполнительного механизма внутри редуктора, тем самым отпадает необходимость использовать переходные полумуфты и т.п.
Срок службы редуктора
Срок службы редуктора зависит от правильных расчетов параметров действующей нагрузки. Также на длительность работы влияет своевременное профилактическое обслуживание редуктора, замена масла и сальников. Регулярный профилактический осмотр позволит избежать незапланированного ремонта или замену редуктора. Уровень масла контролируется через смотровое окно в редукторе и при необходимости доливается до нужного уровня.
Ниже приведена таблица зависимости срока службы редуктора от типа передачи:
Тип передачи редуктора
Гарантированный ресурс в часах
Цилиндрическая, планетарная, коническая, цилиндро-коническая
более 25000
Волновая, червячная, глобоидная
более 10000
Устройство редуктора
Основными элементами редуктора являются:
1. Прошедшие обработку зубчатые колеса с зубьями высокой твердости. Материалом обычно служит сталь марки (40Х, 40ХН ГОСТ 4543-71). В планетарных редукторах шестерни и сателлиты изготовлены из стали марки 25ХГМ ГОСТ 4543-71. Зубчатые венцы из стали 40Х. Червячные валы изготавливаются из стали марки ГОСТ 4543-71 – 18ХГТ, 20Х с последующей цементацией рабочих поверхностей. Венцы червячных редукторов изготавливают из бронзы Бр010Ф1 ГОСТ 613-79. Гибкое колесо волнового редуктора изготовлено из кованой стали 30ХГСА ГОСТ 4543-71.
2. Валы (оси) быстроходные, промежуточные и тихоходные. Материалом является — сталь марки (40Х, 40ХН ГОСТ 4543-71). В зависимости от варианта сборки выходные валы могут быть одно- и двухконцевыми, а также полыми со шпоночным пазом. Выходные валы планетарных редукторов изготовлены заодно с водилом последней ступени. Материалом служит чугун или сталь.
3. Подшипниковые узлы. Используются подшипники качения воспринимающие большие осевые и консольные нагрузки. Применяются обычно конические роликоподшипники.
4. Шлицевые, шпоночные соединения. Шлицевые соединения чаще применяются в червячных редукторах (выходной полый вал). Шпонки применяются для соединения валов с зубчатыми колесами, муфтами и другими деталями.
5. Корпуса редукторов. Корпуса и крышки редукторов выполняются методом литья. В качестве материалов используется чугун марки СЧ 15 ГОСТ 1412-79 или сплав алюминия АЛ11. Для улучшения отвода тепла корпуса редукторов снабжаются ребрами.
Монтажное исполнение
Соосный редуктор — входной и выходной вал находятся на одной оси
Червячный редуктор — входной и выходной вал находятся под прямым углом
Цилиндрический редуктор — входной и выходной вал находятся на параллельных осях
Коническо-цилиндрический редуктор — входной и выходной вал перекрещиваются
Монтажное положение соосных цилиндрических или планетарных редукторов
Монтажное положение и вариант сборки червячных одноступенчатых редукторов
Монтажное положение и вариант сборки червячных двухступенчатых редукторов
Монтажное положение и вариант сборки цилиндрических редукторов
Методика выбора редуктора в зависимости от нагрузки
Методика выбора редуктора заключается в грамотном расчете основных параметров нагрузки и условий эксплуатации.
Технические характеристики описаны в каталогах, а выбор редуктора делается в несколько этапов:
- выбор редуктора по типу механической передачи
- определение габарита (типоразмера) редуктора
- определение консольных и осевых нагрузок на входной и выходной валы
- определение температурного режима редуктора
На первом этапе конструктор определяет тип редуктора исходя из заданных задач и конструктивных особенностей будущего изделия. На этом же этапе закладываются такие параметры как: передаточное отношение, количество ступеней, расположение входного и выходного валов в пространстве.
На втором этапе следует определить межосевое расстояние. Исходные данные на каждый тип редуктора можно найти в каталоге. Следует помнить, что межосевое расстояние влияет на способность передать момент от двигателя к нагрузке.
Консольные и осевые нагрузки определяются уравнениями, а потом сравниваются со значениями в каталоге. В случае превышения расчетных нагрузок, на какой либо вал, редуктор выбирается на типоразмер выше.
Температурный режим определяется во время работы редуктора. Температура не должна превышать + 80° гр. при длительной работе редуктора с действующей нагрузкой.
Как выбрать редуктор?
Выбор редуктора должен производить квалифицированный сотрудник т.к. неправильные расчеты могут привести к поломке редуктора или сопутствующего оборудования. Грамотный выбор редуктора поможет избежать дальнейшие затраты на ремонт и покупку нового привода. Основными параметрами для выбора редуктора как было сказано выше, являются: тип редуктора, габарит или типоразмер, передаточное отношение, а также кинематическая схема.
Определить габарит редуктора можно с помощью каталога, где указаны максимальные значения крутящего момента для каждого типоразмера. Момент действующей нагрузки на редуктор определяется следующим выражением:
где:
M2 — выходной момент на валу редуктора (Н/М)
P1 — подводимая мощность на быстроходном валу редуктора (кВт)
Rd — динамический КПД редуктора (%)
n2 — частота вращения тихоходного вала (об/мин)
Частоту вращения тихоходного вала n2 можно определить, зная значения передаточного отношения редуктора i, а также значения скорости быстроходного вала n1.
где:
n1 — частота вращения быстроходного вала (об/мин)
n2 — частота вращения тихоходного вала (об/мин)
i — передаточное отношение редуктора
Еще одним важным фактором, который следует учитывать при подборе редуктора, является величина – сервис фактор (s/f). Сервис фактор sf – это отношение максимально допустимого момента M2 max указанного в каталоге к номинальному моменту M2 зависящего от мощности двигателя.
где:
M2 max — максимально допустимый момент (паспортное значение)
M2 — номинальный момент на валу редуктора (зависит от мощности двигателя)
Значение сервис фактора (s/f) напрямую связан с ресурсом редуктора и зависит от условий работы привода.
При работе редуктора с нормальной нагрузкой, где число стартов не превышает 60 пусков в час — сервис фактор может выбираться: sf = 1.
При средней нагрузке, где число стартов не превышает 150 пусков в час — сервис фактор выбирается: sf = 1,5.
При тяжелой ударной нагрузке с возможностью заклинивания вала редуктора сервис фактор выбирается: sf = 2 и более.
Передаточное отношение и как его определить?
Основное назначение любого редуктора понижение угловой скорости подводимой на его входной вал. Значения выходной скорости определятся передаточным отношением редуктора. Передаточное отношение редуктора — это отношение скорости входного вала к скорости выходного вала.
| © 2014 Редукторы, мотор-редукторы, устройства плавного пуска, преобразователи частоты |
КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ РЕДУКТОРА
Крутящий момент является ключевым параметром в механике вращательного движения и является критически важным для понимания функции и производительности редукторов. Он определяется как мера силы, необходимой для вращения объекта вокруг оси и измеряется в Ньютонах-метрах (Нм).
Редуктор – это механическое устройство, используемое для уменьшения скорости вращения вала и одновременно увеличения крутящего момента. Эта функция осуществляется путем передачи энергии от входного вала (ротора) к выходному валу (статору) с использованием установленного соотношения передач.
Очень важно понимать, что крутящий момент редуктора имеет прямое отношение к его производительности. Большинство редукторов спроектированы таким образом, чтобы увеличить крутящий момент при снижении RPM (оборотов в минуту). Эта перестройка мощности позволяет машинам и оборудованию функционировать более эффективно и долго.
Момент, или сила «поворота», наглядно демонстрирует, как редуктор может усилить движущую силу устройства. Например, у большого двигателя может быть меньший крутящий момент, но он все равно сможет производить большую мощность благодаря высоким RPM. Однако, если этот двигатель соединен с редуктором, обороты в минуту уменьшатся, но крутящий момент увеличится, позволяя двигателю работать более эффективно при задачах с большими нагрузками.
В таблице ниже приведены физические значения, которые мы собираемся использовать в наших расчетах. Со знаком вопроса (?) переменные, которые нам нужно вычислить.
| Переменная | Описание | Данные | Единица измерения |
| zIN | количество зубьев входной шестерни | 16 | — |
| zOUT | количество зубьев ведомой шестерни | 24 | — |
| rIN | базовый радиус входной шестерни | 80 | мм |
| rOUT | базовый радиус ведомой шестерни | 120 | мм |
| i | передаточное число | ? | — |
| TqIN | входной крутящий момент | 250 | Нм |
| TqOUT | выходной крутящий момент | ? | Нм |
| ωIN | входная (вращательная) скорость | 1500 | об / мин |
| ωOUT | выходная (вращательная) скорость | ? | об / мин |
| Ft | контактная (касательная) сила | (нет потребности) | N |
| vt | контактная (касательная) скорость | (нет потребности) | РС |
В заключении, крутящий момент редуктора – это ключевой параметр, который напрямую влияет на производительность и эффективность устройства. Большой крутящий момент может существенно увеличить способность устройства выполнять тяжелую работу, что делает редукторы неотъемлемой частью многих различных механических систем.
Понятие «крутящий момент редуктора» имеет широкое применение в различных отраслях. Это мощный инструмент в автомобильной индустрии, машиностроении, судостроении и многих других областях, где требуются вращающиеся движения.
Тип редуктора и его конкретные характеристики напрямую определяют величину крутящего момента. Есть несколько видов редукторов: цилиндрические, конические, червячные, планетарные и другие. Каждый из них работает по уникальной схеме и предназначен для определенных условий эксплуатации. Правильный выбор модели редуктора гарантирует наиболее эффективное использование крутящего момента.
Измерение крутящего момента редуктора требует специального оборудования и профессиональных навыков. Например, можно использовать динамометрический ключ, который применяется для измерения момента силы при затяжке винтового соединения. Однако, часто разработчики просто анализируют технические характеристики редуктора, чтобы определить его крутящий момент.
Важно учитывать, что крутящий момент не остается стабильным на все обороты вала. Он может значительно варьироваться в зависимости от условий работы и вида нагрузки, поэтому необходима его регулярная проверка и корректировка.
Понимание заметной роли крутящего момента в работе редуктора и компетентное его использование — ключ к оптимизации работы оборудования, продлению его срока службы, а также к увеличению продуктивности и эффективности целого производственного процесса.
Таким образом, значимость крутящего момента редуктора в мире современной технологии и производства не может быть переоценена. Он остается одним из наиболее важных параметров механики, обеспечивающим эффективность и надежность работы многих систем.
В мире инженерии и конструкций, крутящий момент редуктора служит в качестве определяющего фактора по отношению к тому, сколько работы может выполнить система. Таким образом, он сыграет решающую роль в определении качества, производительности и надежности механизма.
Именно крутящий момент позволяет механизмам, таким как приводы вентиляторов, насосы, конвейеры и автомобильные двигатели, функционировать эффективно. С помощью редуктора, который увеличивает крутящий момент, эти механизмы способны выполнять более сложные и требовательные к мощности задачи, не требуя дополнительной мощности от двигателя.
Управление крутящим моментом критически важно для оптимизации системы и предотвращения перегрузки оборудования. Неадекватное управление крутящим моментом или перегрузка может привести к износу или даже поломке оборудования. Поэтому при проектировании и конструировании системы крайне важно понимать характеристики крутящего момента редуктора и уметь их правильно использовать.
Ключевой момент в этом вопросе заключается в том, что крутящий момент редуктора не может быть постоянно высоким. Вместо этого он должен быть способным адаптироваться к максимальным и минимальным потребностям системы. В идеале, редуктор должен обеспечивать достаточно высокий крутящий момент для перехода через возникающие в работе пики нагрузки, выдерживая при этом минимальные потери в эффективности.
В заключение, крутящий момент редуктора — это сильный индикатор мощности и производительности системы. Умение анализировать и управлять этим аспектом может значительно улучшить работу оборудования и продлить его срок службы. Понимание этого факта и компетентное применение в практике демонстрирует насколько глубоко коренится значение крутящего момента редуктора в различных отраслях индустрии.