Главная

Раздел 18. Приводы. Редукторы и мотор-редукторы общего назначения

Содержание

Приводы. Классификация.

Редукторы

Основные детали и показатели качества редукторов, мотор – редукторов и вариаторов

Одноступенчатые цилиндрические редукторы

Двухступенчатые цилиндрические редукторы

Конические редукторы

Коническо-цилиндрические редукторы

Планетарные редукторы

Волновые зубчатые редукторы

Червячные редукторы

Зубчато-червячные, червячно-зубчатые и двухступенчатые червячные редукторы

Мотор-редукторы

Вариаторы

Вопросы для самопроверки

Приводы. Классификация.

Объектами курсового проектирования в курсе «Детали машин» обычно являются приводы машин и механизмов (например: приводы ленточных транспортеров, цепных конвейеров, индивидуальные приводы машин и механизмов), использующие большинство деталей и узлов общего назначения.

Привод машины - система, состоящая из двигателя и связанных с ним устройств для приведения в движение одного или нескольких твердых тел, входящих в состав машины.

Структурная схема привода включает двигатель того или иного типа и трансмиссию.

Трансмиссия - устройство для передачи вращения от двигателя к потребителям энергии; может быть механической, электрической, гидравлической, пневматической и комбинированной.

В курсовом проекте трансмиссия состоит из комбинации редуктора и открытой передачи.

Приводы транспортных машин, разнообразного станочного оборудования, вспомогательных устройств и средств механизации различных работ (стенды, установки, приспособления с машинным приводом) и т.п. допускают применение стандартных двигателей и однотипных механических передач, в том числе стандартных редукторов, что позволяет отнести эти приводы к категории общего назначения.

Машинные приводы общего назначения классифицируют по ряду признаков.

Основными из них являются:

- число двигателей и схемы соединения их с передачами;

- тип двигателя; тип передачи.

Особую группу составляют приводы, в которых используют встраиваемые двигатели или встраиваемые механические передачи - мотор-редукторы.

По числу двигателей различают приводы:

- групповой,

- однодвигательный,

- многодвигательный.

Групповым называют привод, при котором от одного двигателя посредством механических передач приводятся в движение несколько отдельных механизмов или машин. Привод этого типа применяется в различных строительных и погрузочно-разгрузочных машинах. Групповой привод имеет низкий КПД, громоздок и сложен по конструкции.

Однодвигательный привод наиболее распространен, особенно при использовании электродвигателей. Каждая производственная машина снабжается индивидуальным приводом.

Многодвигательным называется привод, если отдельные механизмы машины приводятся в движение от отдельных двигателей. При этом два или более двигателей могут соединяться с одной и той же передачей соответствующей конструкции. Многодвигательный привод используется в исполнительных механизмах строительных, путевых, грузоподъемных, транспортных и других машин и станочного оборудования и включает электродвигатели и гидромоторы.

По типу двигателей различаются приводы:

- электрические,

-с двигателями внутреннего сгорания,

- с паровыми двигателями,

- гидропривод,

- пневмопривод.

Приводы могут иметь следующие типы передач:

- цилиндрические зубчатые,

- конические зубчатые,

- червячные,

- планетарные,

- волновые,

- комбинированные,

- гидродинамические,

- ременные,

- цепные,

- винт-гайка.

По расположению механизма привода в пространстве различают:

- приводы с горизонтальным тихоходным выходным валом;

- приводы с вертикальным тихоходным выходным валом.

В зависимости от расположения привода конструируют элементы передач и выбирают тип и исполнение двигателя.

Редукторы

Редуктором называют агрегат, содержащий передачи зацеплением и предназначенный для повышения вращающего момента и уменьшения угловой скорости двигателя. Редукторы широко применяют в различных отраслях машиностроения благодаря высоким экономическим, потребительским и другим характеристикам. В корпусе редуктора размещены зубчатые или червячные передачи, неподвижно закрепленные на валы. Валы опираются на подшипники, размещенные в гнездах корпуса. Установка передачи в отдельном корпусе гарантирует точность сборки, лучшую смазку, более высокий КПД, меньший износ, а также защиту от попадания в нее пыли и грязи. Во всех ответственных установках вместо передач назначают редукторы. Редукторы имеют исключительно широкое применение.

Назначение редуктора — понижение угловой скорости и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим. Механизмы для повышения угловой скорости, выполненные в виде отдельных агрегатов, называют ускорителями или мультипликаторами.

Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или сварного стального), в котором помещают элементы передачи — зубчатые колеса, валы, подшипники и т. д. В отдельных случаях в корпусе редуктора размещают также устройства для смазывания зацеплений и подшипников (например, внутри корпуса редуктора может быть помещен шестеренный масляный насос) или устройства для охлаждения (например, змеевик с охлаждающей водой в корпусе червячного редуктора).

Редуктор проектируют либо для привода определенной машины, либо по заданной нагрузке (моменту на выходном валу) и передаточному числу без указания конкретного назначения. Второй случай характерен для специализированных заводов, на которых организовано серийное производство редукторов.

Редуктор общемашиностроительного применения — редуктор, выполненный в виде самостоятельного агрегата, предназначенный для привода различных машин и механизмов и удовлетворяющий комплексу технических требований.

Редукторы общемашиностроительного применения, несмотря на конструктивные различия, близки по основным технико-экономическим характеристикам: невысокие окружные скорости, средние требования к надёжности, точности и металлоемкости при повышенных требованиях по трудоемкости изготовления и себестоимости. Это их отличает от специальных редукторов (авиационных, судовых, автомобильных и др.), выполненных с учетом специфических требований, характерных для отдельных отраслей сельского хозяйства.

Внешние (потребительские) характеристики редукторов каждого типа определяются следующим:

- кинематической схемой редуктора,

- передаточным числом u (частотой вращения выходного вала),

- вращающим моментом на выходном валу,

- допускаемой консольной нагрузкой на выходном валу,

- силовой характеристикой редуктора,

- коэффициентом полезного действия (КПД).

По ГОСТ 16162-86Е к редукторам общемашиностроительного применения относят:

- цилиндрические одно-, двух- и, трехступенчатые с межосевым расстоянием тихоходной ступени a_ωт≤710 мм;

- цилиндрические планетарные одно- и двухступенчатые с радиусом расположения осей сателлитов водила тихоходной ступени r≤200 мм;

- конические одноступенчатые с номинальным внешним делительным диаметром ведомого колеса d_вм≤630 мм;

- коническо-цилиндрические двух- и трехступенчатые с межосевым расстоянием тихоходной ступени a_ωт≤250 мм;

- червячно-цилиндрические двухступенчатые с межосевым расстоянием тихоходной ступени a_ωт≤250 мм.

В соответствии с ГОСТ 29076–91 редукторы и мотор-редукторы общемашиностроительного применения классифицируют в зависимости от:

- вида применяемых передач (зубчатые, червячные или зубчато-червячные);

- числа ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые и т. д.);

- взаимного расположения геометрических осей входного и выходного валов в пространстве (горизонтальное и вертикальное);

- типу зубчатых колес (цилиндрические, конические, коническо-цилиндрические и т. д.);

- способа крепления редуктора (на приставных лапах или на плите, фланец со стороны входного/выходного вала насадкой);

- расположения оси выходного вала относительно плоскости основания и оси входного вала (боковое, нижнее, верхнее) и числа входных и выходных концов валов.

- особенностям кинематической схемы (развернутая, соосная, с раздвоенной ступенью и т. д.).

Тип и конструкция редуктора определяются видом, расположением и количеством отдельных его передач (ступеней).

Самый простой зубчатый редуктор – одноступенчатый (цилиндрический (рис.1.1, а)). Используется при малых передаточных числах i ≤ 8 … 10, обычно i ≤ 6,3.

Двухступенчатый цилиндрический зубчатый редуктор (1.1,б) является наиболее распространенным (их потребность оценивается в 65%). Для них наиболее характерны числа i = 8-40.

Трехступенчатые редукторы (рис.1.1, в) применяются при больших передаточных числах. Однако имеется тенденция замены их более компактными планетарными редукторами.

Конические зубчатые редукторы применяются в том случае, когда быстроходный тихоходный валы должны быть взаимно перпендикулярны. Обычно передаточное число таких редукторов невелико i ≤ 6,3. При i >12,5 применяют коническо-цилиндрические редукторы (рис.1.1,ж).

Рис.1.1. Зубчатые редукторы

Для улучшения работы наиболее нагруженной тихоходной ступени (T) используются редукторы с раздвоенной быстроходной ступенью (рис.1.1, г). Для создания равномерной нагрузки обеих зубчатых пар быстроходной ступени, их делают косозубыми, причем, одну пару правой, а вторую – левой. Зубчатые колеса на тихоходном валу располагаются симметрично. При этом деформация вала (Т) не вызывает существенной концентрации нагрузки по длине зубьев. Это положительное явление. Такие редукторы получаются на 20% легче, чем по обычной развернутой схеме (рис.1.1, в).

Соосные редукторы (рис.1.1, д) применяют с целью уменьшения длины корпуса или других конструктивных особенностей привода.

Мотор-редукторы представляют собой компактные агрегаты, в которых редуктор и мотор монтируются в одном корпусе. В большинстве случаев мотор-редукторы имеют зубчатые передачи. Они более экономичны, чем тихоходные электродвигатели, имеют более высокий КПД. Но из-за сложности конструкции мотор-редукторы применяются редко.

Одноступенчатые червячные редукторы наиболее распространены. Диапазон передаточных чисел: U = 8-63. При больших значениях "U" применяют двухступенчатые червячные редукторы или комбинированные зубчато-червячные. Редукторы выполняются со следующим расположением червяка и червячного колеса:

- с нижним расположением червяка (под колесом) – применяются при окружных скоростях червяка V≤5 м/c; смазка – окунанием червяка, допускают передачу большой мощности по критерию нагрева (рис.1.2, а).

- с верхним расположением червяка (червяк над колесом) – применяются в быстроходных передачах; смазка осуществляется окунанием колеса (рис.1.2,б).

- червяк с горизонтальной осью, сцепляющейся с колесом, имеющим вертикальную ось (рис.1.2,в).

- червяк с вертикальной осью, расположенный сбоку колеса. Колесо имеет горизонтальную ось (рис.1.2,г).

Две последних конструкции применяют ограниченно, в связи с трудностью смазки подшипников вертикальных валов

Возможности получения больших передаточных чисел при малых габаритах обеспечивают планетарные и волновые редукторы.

Рис.1.2. Схемы червячных редукторов: а) с нижним; б) с верхним; в, г) с боковым расположением червяка

Для обозначения передач в редукторе используют заглавные буквы русского алфавита по простому мнемоническому правилу: Ц – цилиндрическая, П – планетарная, К - коническая, Ч – червячная, Г – глобоидная, В – волновая. Количество одинаковых передач обозначается цифрой. Оси валов, расположенные в горизонтальной плоскости, не имеют обозначения. Если все валы расположены в одной вертикальной плоскости, то к обозначению типа добавляется индекс В. Если ось быстроходного вала вертикальна, то добавляется индекс Б, а к тихоходному соответственно – Т.

Мотор – редукторы обозначаются добавлением спереди буквы М. Например, МЦ2СВ означает мотор – редуктор с двухступенчатой соосной цилиндрической передачей, где горизонтальные оси вращения валов расположены в одной вертикальной плоскости, здесь В не индекс, поэтому пишется рядом с заглавной буквой.

Обозначение типоразмера редуктора складывается из его типа и главного параметра его тихоходной ступени. Для цилиндрической, червячной глобоидной передачи главным параметром является межосевое расстояние; планетарной – радиус водила, конической – диаметр основания делительного конуса колеса, волновой – внутренний посадочный диаметр гибкого колеса в недеформированном состоянии.

Под исполнением принимают передаточное число редуктора, вариант сборки и формы концов валов. Пример условного обозначения одноступенчатого цилиндрического редуктора с межосевым расстоянием 160 мм и передаточным числом 4: редуктор Ц-160-4.

Вариант сборки цилиндрических редукторов и формы концов валов по ГОСТ 20373-74; червячных редукторов – по ТУ 2.056.218-83, а коническо – цилиндрических редукторов – ГОСТ 20373-80.

Редукторы общемашиностроительного применения в приводах комплектуются преимущественно четырехполюсными электродвигателями.

По ГОСТ 16162-86Е основные параметры редукторов определяют при номинальной частоте вращения быстроходного вала n_б=1500 об/мин. Допускается использование редукторов при n_б=3000 об/мин, с условием, что окружная скорость зубчатых передач не превышает 16 м/с.

Выбор горизонтальной или вертикальной схемы для редукторов всех типов обусловлен удобством общей компоновки привода (относительным расположением двигателя и рабочего вала приводимой в движение машины и т.д.).

Двигатель и трансмиссия, как правило, монтируются на общей раме.

Новые редукторы имеют гладкие основания корпусов с утопленными лапами, а крышки имеют горизонтальные поверхности верхних частей, служащие технологическими базами (рис.1.3).

Корпуса редукторов новой конструкции имеют следующие преимущества:

1. Увеличен объем масла, что увеличивает срок его годности.

2. Возможность исключения фланцев, как основного источника неплоскостности.

3. Большая жесткость основания и податливая крышка корпуса, что улучшает виброакустические свойства.

4. Меньшее коробление при старении, что исключает течь масла;

5. Уменьшение отказов примерно на 30% из-за повышенной прочности утопленных лап.

6. Упрощение дренажирования накопленного масла от разбрызгивания из подшипниковых узлов.

7. Возможность повышения точности расположения осей валов.

8. Простота наружной обработки.

9. Отсутствие цековки под головки стяжных винтов корпуса с основанием.

10. Обеспечение требования технической эстетики.

Рис.1.3. Корпус редуктора типа КЦ1 новой конструкции

Основные детали и показатели качества редукторов, мотор – редукторов и вариаторов

Для удобства сборки корпус редуктора выполняется составным – основание и крышка. Основание с помощью лап или пояса крепится к фундаменту или раме. Для точной установки крышки на основание корпуса пользуются коническими штифтами.

Корпус редуктора должен быть прочным и жестким, т.к. его деформации могут вызвать перекос валов и неравномерное распределение нагрузки по длине зубьев. Для повышения жесткости корпуса его усиливают наружными или внутренними ребрами.

Корпусы редукторов обычно выполняют литыми из серого чугуна (СЧ 15-32/ СЧ 18-36) средней прочности. Для передачи больших мощностей или ударных нагрузок корпусы отливают из высокопрочного чугуна или стали. В индивидуальном и мелкосерийном производствах корпусы редукторов изготавливают сварными из листовой стали.

Основные размеры корпуса – длина, ширина и высота – применяются в зависимости от размеров зубчатых колес. Другие размеры находятся по эмпирическим формулам.

Валы, как правило, подвергают улучшению до твердости НВ 270 – 300. Валы d ≤80 мм допускается изготавливать из стали 45; диаметром d = 80-125 – из стали 40X; а валы d = 125 – 200 мм – из стали 40ХН; 35ХМ. Тихоходные валы имеют выходной конец, в котором напряжения кручения составляют около 28 МПа концы валов целесообразно выполнять коническими.

Опоры валов редукторов выполняются в виде подшипников качения. Обычно в опорах устанавливается по одному подшипнику качения. При малых и средних нагрузках применяют шарикоподшипники, при средних и больших – роликоподшипники. В редукторах с шевронной передачей быстроходный вал передачи устанавливают на плавающих, обычно, цилиндрических роликоподшипниках. Это обеспечивает самоустановку вала по оси и одинаковую нагрузку полушевронов.

В редукторах с конической передачей для лучшей фиксации зубчатых колес в осевом направлении валы передачи рекомендуется устанавливать на радиально-упорных, чаще конических роликоподшипниках.

Смазка зацепления при V ≤12,5 м/c рекомендуется картерная (окунанием). Емкость масляной ванны назначают из расчета 0,35 – 0,7 литра на I кВт передаваемой мощности (большие значения – при большей вязкости масла и наоборот). Зубчатые колеса следует погружать в масло на глубину 3-4 модуля. Тихоходные колеса (2-й и 3-й ступени) при необходимости допустимо погружать на величину до 1/3 диаметра колеса. В редукторах с быстроходными передачами применяют струйную или циркуляционную смазку, осуществляемую под давлением. Масло, прокачиваемое насосом, проходит через фильтр и при необходимости через охладитель, а затем поступает к зубьям через трубопровод и сопла. При окружной скорости V ≤20 м/c для прямозубых передач и при V≤50 м/с для косозубых масло подается непосредственно в зону зацепления. При V > 50 м/c (V > 20 м/c) , во избежание гидравлического удара, масло подается раздельно на шестерню и колесо и на некотором расстоянии от зоны зацепления.

Смазка подшипников редуктора при V > 4 м/c может осуществляться тем же маслом, что и зубчатых колес, путем разбрызгивания масла. При V < 4 м/с предусматривается самостоятельная (консистентная) смазка. При больших скоростях и нагрузках на подшипники предусматривается смазка под давлением, осуществляемая от общей системы.

Расчет зубчатого редуктора состоит из расчета его элементов – передач, валов, шпонок, подшипников. Для редукторов большой мощности производится тепловой расчет. При расчете зубчатых передач редукторов, выполненных в виде самостоятельных агрегатов, основные параметры этих передач должны быть согласованы с соответствующими ГОСТ.

Червячные колеса с целью экономии цветных металлов выполняются с венцом из антифрикционных материалов и стальным или чугунным центром.

- бандажированная конструкция, в которой бронзовый обод (венец) посажен на стальной центр с натягом. Рекомендуется легкопрессовая реже прессовая посадки. Чтобы исключить возможность сдвига венца, ввертывают в стыкуемые поверхности винты. Конструкция применяется для колес относительно небольших размеров и ненапряженных в тепловом отношении (рис. 1.4).

- болтовая конструкция, в которой бронзовый венец, выполненный с фланцем, прикрепляется болтами к ступице колеса. Применяется для колес больших и средних диаметров.

- биметаллическая конструкция, бронзовый венец, который отлит в форму с предварительно вставленным в нее центром. Конструкция наиболее рациональна и применяется в редукторах серийного производства.

Рис.1.4.Типовые конструкции зубчатых венцов червячных колес

В червячных передачах, как правило, применяются подшипники качения.

Смазка червячных передач с нижним расположением червяка (рис. 1.2) осуществляется окунанием. Уровень масла таков, чтобы погружался в масло на глубину, близкую к высоте витка. Если червяк расположен сверху, то уровень масла роли не играет (при средних и небольших скоростях). В быстроходных передачах этого типа применяют циркуляционную – принудительную смазку.

Важнейший характеристический размер, в основном определяющий нагрузочную способность, габариты и массу редуктора называют главным параметром редуктора. Главный параметр цилиндрических, червячных и глобоидных редукторов — межосевое расстояние a_w тихоходной ступени, планетарных — радиус r водила, конических — номинальный внешний делительный диаметр d_e2 колеса, волновых — внутренний диаметр d₂ гибкого колеса.

Для многоступенчатых редукторов и мотор-редукторов показателями назначения являются межосевое расстояние и радиус расположения осей сателлитов и задают их по величине выходной ступени с обозначением a_ωT и R_т.

Основная энергетическая характеристика редуктора – номинальный момент Т_ном, представляющий собой допустимый крутящий момент на его тихоходном (ведомом) валу при постоянной нагрузке.

Рекомендуемый ряд крутящих моментов на тихоходных валах редукторов в соответствии с проектом международного стандарта составляет по нормальному ряду чисел со знаменателем 2 в диапазоне 1-125 Н∙м и со знаменателем 1,41 в диапазоне 125–1000000 Н∙м.

Передаточные числа редукторов выбирают по нормальному ряду чисел со знаменателем 1,25 (1-й предпочтительный ряд) или со знаменателем 1,12 (2-й ряд).

Межосевые расстояния быстроходной (α_wБ) и тихоходной (α_wT) ступеней двух и трехступенчатых редукторов зубчатых цилиндрических должны соответствовать ГОСТ

Одноступенчатые редукторы имеют наибольшие передаточные числа u:

- для цилиндрических передач до 8;

- для конических до 6,3;

- для червячных до 80.

Выпускаются редукторы и мотор-редукторы в широком диапазоне передаточных чисел: от u_min=1 (для одноступенчатых конических и цилиндрических редукторов) до u_max=3150 (для мотор-редукторов, планетарных и некоторых других типов редукторов). Большинство отечественных и зарубежных редукторов имеют u≤160. Около 75 % редукторов выполняют в двухступенчатом исполнении (u=8-40).

Номинальные значения передаточных чисел редукторов установлены двумя рядами (1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20 и т.д.).

Редукторы общемашиностроительного применения допускают вращающие моменты на выходном валу Т_т=(31,5-125000) Нм.

Для обеспечения взаимозаменяемости редукторов составлены три ряда номинальных значений моментов Т_т (Нм).

Так, ряд 1 включает значения Т_т=31,5; 45; 63; 90; 125; 180; 250; 355; 500; 710; 1000 и др.

Реальный диапазон передаточных отношений (чисел) редукторов — от 1 до 1000. Значения передаточных отношений должны соответствовать ряду R20 предпочтительных чисел (ГОСТ 8032–84).

Критерием технического уровня редуктора служит относительная масса Y = т/Т, где т — масса редуктора, кг; Т — вращающий момент, Нм.

Тип редуктора, параметры и конструкцию определяют в зависимости от его места в силовой цепи машины, передаваемой мощности, частоты вращения, назначения машины и условий ее эксплуатации.

При проектировании назначенного типа редуктора за исходные принимают следующие данные: передаточное отношение, вращающий момент на тихоходном валу, частоту вращения быстроходного вала, режим нагружения, необходимую долговечность, технологические возможности завода-изготовителя (имеющиеся материалы, типы заготовок, виды проводимых термической и термохимической обработок).

К определяющим параметрам относят межосевые расстояния, внешние делительные диаметры конических колес, радиусы водил или делительные диаметры центральных колес с внутренними зубьями в планетарных передачах, ширину колес, модули и передаточные отношения, коэффициенты, диаметры червяка и число винтов червяка (для червячных передач).

Классификационные группировки редукторов, мотор-редукторов и вариаторов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Старшая классификационная группировка	Младшая классификационная группировка
Редукторы нормализованные	Цилиндрические Планетарные Конические Коническо-цилиндрические Червячные Волновые Мотор-редукторы цилиндрические Мотор-редукторы планетарные Мотор-редукторы с зацеплением Новикова Мотор-редукторы червячные Мотор-редукторы волновые
Вариаторы	Ременные Цепные Многодисковые Конусные Торовые Шаровые

Номенклатура показателей качества редукторов, мотор-редукторов и вариаторов общемашиностроительного применения, используемых при оценке уровня качества продукции, установленная по ГОСТу 4. 128-84 приведена в таблице 2.

Таблица 2

Наименование показателя качества	Обозначение показателя	Наименование характеризуемого свойства
1.1. Классификационные показатели
1.1.1. Номинальная мощность на входном валу, кВт 1.1.2. Номинальная мощность на выходном валу, кВт 1.1.3. Номинальная частота вращения входного вала, с^-1(мин ^–1) 1.1.4. Номинальная частота вращения выходного вала, с^-1(мин ^–1) 1.1.5. Передаточное число 1.1.6. Передаточное отношение 1.1.7. Диапазон регулирования	Рвх.ном Рвых.ном nвх.ном nвых.ном u i Д
1.2. Показатели функциональной и технической эффективности
1.2.1. Номинальный вращающий момент на выходном валу, Нм 1.2.2. Допускаемая радиальная консольная нагрузка на входной вал, Н 1.2.3. Допускаемая радиальная консольная нагрузка на выходной вал, Н	Твых.ном Fвх Fвых	Нагрузочная способность Нагрузочная способность Нагрузочная способность
1.3. Конструктивные показатели
1.3.1. Удельная масса, кг/Нм 1.3.2. Габаритные размеры (длина, ширина, высота), мм 1.3.3. Межосевое расстояние, мм 1.3.4. Внутренний диаметр гибкого колеса, мм 1.3.5. Радиус расположения осей сателлитов, мм 1.3.6. Внешний диаметр делительный конического колеса 1.3.7. Кинематическое исполнение и категория размещения	𝛾 L×B×H a𝜔T d R de2 ---	Эффективность использования материала Определяющие размеры Определяющие размеры Определяющие размеры Определяющие размеры Определяющие размеры Стойкость к воздействию климатического фактора
2. Показатели надежности
2.1. Установленная безотказная наработка, ч (ГОСТ 27.002-89) 2.2. Полный средний срок службы, год (ГОСТ 27.002-89) 2.3. Полный установленный срок службы, год (ГОСТ 27.002-89) 2.4. Полный девяносто процентный ресурс передач, ч (ГОСТ 27.002-89)	Ту Тсл Тсл.у	Безотказность Долговечность Долговечность Долговечность
2.5. Полный девяносто процентный ресурс гибкой передачи, (ремня, цепи) 2.6. Полный девяносто процентный ресурс подшипников, ч (ГОСТ 27.002-89) 2.7. Удельная суммарная трудоемкость технических обслуживаний, чел-час/час (ГОСТ 27.002-89)	Sт.о.	Долговечность Долговечность Ремонтопригодность
3. Показатели унификации
3.1. Коэффициент применяемости,% 3.2. Коэффициент повторяемости,%	Кпр Кп	Степень заимствования Степень применяемости
4. Эргономический показатель
4.1.Корректированный уровень звуковой мощности, дБА	Lра	Звуковое давление
5. Патентно-правовые показатели
5.1. Показатель патентной защиты 5.2. Показатель патентной чистоты	Рп.з. Рп.ч.	Патентная защита Патентная чистота
6. Показатель экономного использования энергии
6.1. Коэффициент полезного действия, %	𝜂	Эффективность использования энергии

Требования к системе качества установлены в ГОСТ Р ИСО 9001 – ГОСТ Р ИСО 9003. Эти стандарты отражают три разные модели системы качества с точки зрения жизненного цикла продукции, например, на стадии промышленного производства, при модернизации и аттестации продукции.

Разработкой методов количественной оценки качества занимается наука – квалиметрия. При этом производится многоуровневая оценка качества с позиции системного подхода.

Одноступенчатые цилиндрические редукторы

Данный тип редукторов отличаются числом ступеней и положением валов.

Из редукторов рассматриваемого типа наиболее распространены горизонтальные (рис. 2). Вертикальный одноступенчатый редуктор показан на рис. 3. Как горизонтальные, так и вертикальные редукторы могут иметь колеса с прямыми, косыми или шевронными зубьями. Корпуса чаще выполняют литыми чугунными, реже — сварными стальными. При серийном производстве целесообразно применять литые корпуса. Валы монтируют на подшипниках качения или скольжения. Последние обычно применяют в тяжелых редукторах.

Компоновочные возможности одноступенчатых редукторов ограничены и отличаются расположением осей валов в пространстве. Диапазон передаточных чисел u=1,6…6,3. Угол наклона косозубых передач β=8⁰…22⁰.

Максимальное передаточное число одноступенчатого цилиндрического редуктора по ГОСТ 2185—66 u_mах = 12,5. Высота одноступенчатого редуктора с таким или близким к нему передаточным числом больше, чем двухступенчатого с тем же значением и (рис. 1.5). Поэтому практически редукторы с передаточными числами, близкими к максимальным, применяют редко, ограничиваясь и ≤ 6. Ново-Краматорский машиностроительный завод (НКМЗ) выпускает крупные (межосевые расстояния а_w= 300÷1000 мм) одноступенчатые горизонтальные редукторы с и = 2,53÷8,0.

Выбор горизонтальной или вертикальной схемы для редукторов всех типов обусловлен удобством общей компоновки привода (относительным расположением двигателя и рабочего вала приводимой в движение машины и т. д.).

Рис.1.5. Сопоставление габаритов одноступенчатого и двухступенчатого редукторов

с цилиндрическми колесами при одинаковом передаточном числе u = 8,5

Краткая техническая характеристика редуктора типа Ц1У общего назначения приведена в таблице 3. Кинематическая схема, чертеж общего вида без третьей проекции и общий вид в аксонометрии показаны на рис.2.

Вариант одноступенчатого узкого цилиндрического редуктора с расположением горизонтальных осей валов в вертикальной плоскости типа Ц1УВ показан на рис.3. В данной конструкции для смазки подшипников быстроходного вала предусмотрено дополнительное устройство в виде желоба и каналов с заглушками.

Рис.2. Редуктор типа Ц1У - a_𝛚-U_p -12К

Рис.3. Редуктор типа Ц1УВ – a_𝛚-U_p -15К

Таблица 3

Типоразмер редуктора	Передаточное число - uР	Номинальный крутящий момент на вых. валу, Нм	Масса редуктора в кг
Ц1У-100 Ц1У-160 Ц1У-200 Ц1У-250	2…6,3 (2; 3,15; 4; 5; 6,3)	315 1250 2500 5000	27 78 135 250

Двухступенчатые цилиндрические редукторы

Среди двухступенчатых цилиндрических редукторов общего назначения имеют широкое применение горизонтальные редукторы типа 1Ц2У (рис.4). Основные параметры приведены в таблице 4.

В двухступенчатых редукторах расположены три вала. Первый из них, расположенный ближе к двигателю, называется ведущим и имеет индекс 1 (например, d₁); второй вал является промежуточным и имеет индекс 2 (например, d₂); третий вал называется ведомым и имеет индекс 3 (например, d₃). Ведущий и промежуточный валы образуют быстроходную ступень, имеющую индекс 1 или б (а₁, U₁ или а_б, U_б), промежуточный и ведомый валы образуют тихоходную ступень, имеющую индекс 2 или т (а₂, U₂ или а_т, U_т). Шестерни и червяки имеют нечетные индексы, колеса - четные индексы. Например, шестерня, расположенная на ведущем валу, имеет индекс 1 (d₁, z₁, HB₁), а шестерня, расположенная на промежуточном валу, имеет индекс 3 (d₃, z₃, HB₃). Колесо, расположенное на ведомом валу имеет индекс 4 (d₄, z₄, HB₄).

Рис.4. Горизонтальные редукторы типа 1Ц2У

Рис. 4.1. Двухступенчатый горизонтальный редуктор с цилиндрическими колесами:

а — кинематическая схема; б — редуктор со снятой крышкой (колеса косозубые);

в — общий вид редуктора, у которого подшипниковые узлы закрыты врезными крышками;

г — общий вид редуктора, у которого подшипниковые крышки привернуты винтами

Цилиндрические пары цилиндрических редукторов выполняют по развернутой узкой (рис.5,а), развернутой (рис.5,б) или соосной (рис.5,в) схеме с одним или двумя потоками мощности.

В отношении типа зубьев и подшипников в двухступенчатых редукторах справедливо сказанное относительно одноступенчатых цилиндрических редукторов; часто быстроходную ступень выполняют косозубой, а тихоходную — прямозубой (это относится как к соосным, так и к несоосным редукторам).

Рис. 5. Кинематические схемы цилиндрических редукторов

Наибольшее распространение имеет развернутая схема за счет рациональной унификации деталей редуктора. Так, например, шестерни, колеса и валы можно использовать для изготовления редукторов нескольких типоразмеров. Эти редукторы отличаются простотой, но из-за несимметричного расположения колес на валах повышается концентрация нагрузки по длине зуба. Поэтому в этих редукторах следует применять жесткие валы.

При использовании косозубых передач рекомендуется с целью унификации выбирать направление зуба шестерни - левое, для колеса - правое во всех ступенях редуктора. Эти рекомендации оправданы для крупносерийного и массового производства, так как унификация деталей приводит к снижению себестоимости. Однако, в единичном и мелкосерийном производстве целесообразно на первой ступени брать направление зубьев шестерни - левое, а шестерни второй ступени - правое. Это вызвано тем, что осевые силы на промежуточном валу частично уравновешиваются, тем самым снижается осевая нагрузка на опоры.

При компоновке редуктора рекомендуется располагать зубчатые колеса на ведущем и ведомом валах дальше от выходных концов валов с целью обеспечения более равномерного нагружения опор радиальной силой.

Развернутую схему целесообразно использовать до a_ωT= 630...800 мм. Редуктор, спроектированный по развернутой схеме, получается удлиненной формы. Масса такого редуктора примерно на 20% больше, чем у редуктора, спроектированного по раздвоенной схеме.

В раздвоенной схеме быстроходная или тихоходная ступень раздваивается на две косозубые передачи с встречным направлением зуба, образуя фактически шевронную передачу с разнесенными полушевронами. Более рациональной считается схема с раздвоенной быстроходной ступенью, так как в ней удваивается номенклатура менее нагруженных деталей, упрощается промежуточный вал, его можно выполнить как вал-шестерню, появляется возможность сделать быстроходный вал “плавающим”, это предпочтительнее, чем делать “плавающим” промежуточный или тихоходный вал при раздвоенной тихоходной ступени.

Редуктор с раздвоенной быстроходной ступенью, имеющий косозубые колеса, показан на рис. 5.1. Тихоходная ступень при этом может иметь либо шевронные колеса, либо прямозубые (рис. 5.1, б). Кинематическая схема и общий вид редуктора с раздвоенной тихоходной ступенью показаны на рис. 5.2.

При раздвоенной быстроходной (или тихоходной) ступени колеса расположены симметрично относительно опор, что приводит к меньшей концентрации нагрузки по длине зубьев, чем при применении обычной развернутой или соосной схемы. Это позволяет иметь в рассматриваемом случае менее жесткие валы. Быстроходный вал редуктора, показанного на рис. 5.1,б, должен иметь свободу осевого перемещения («плавающий» вал), что обеспечивается соответствующей конструкцией подшипниковых узлов; в редукторе с шевронными тихоходными колесами свободу осевого перемещения должен иметь и тихоходный вал. При соблюдении указанного условия нагрузка распределяется поровну между параллельно работающими парами зубчатых колес.

Рис. 5.1. Двухступенчатый горизонтальный редуктор с раздвоенной первой (быстроходной) ступенью:

а — кинематическая схема; б —общий вид (без крышки)

Рис. 5.2. Двухступенчатый горизонтальный редуктор с раздвоенной второй (тихоходной) ступенью:

а — кинематическая схема; б — общий вид (6eз крышки)

В соосной схеме (рис.6) ось быстроходного вала совпадает с осью тихоходного вала, это дает возможность компоновать технические устройства в осевом направлении. Редуктор, выполненный по соосной схеме, имеет массу, габариты и стоимость такие же как и редуктор, выполненный по развернутой схеме. В соосном редукторе быстроходная ступень редуктора является недогруженной, так как силы, возникающие в зацеплении колес тихоходной ступени, значительно больше, чем в быстроходной, а межосевые расстояния ступеней одинаковы (а_ωБ = а_ωT). Указанное обстоятельство является одним из основных недостатков соосных редукторов.

Хотя при сравнительно небольшом общем передаточном числе (и ≈ 8÷16) можно (при обеспечении удовлетворительной компоновки редуктора) так произвести разбивку общего передаточного числа по ступеням, что нагрузочная способность быстроходной ступени будет использована полностью.

Кроме того, к их недостаткам относят также:

а) большие габариты в направлении геометрических осей валов, по сравнению с редукторами, выполненными по развернутой схеме;

б) затруднительность смазывания подшипников, расположенных в cредней части корпуса;

в) большое расстояние между опорами промежуточного вала, поэтому требуется увеличить его диаметр для обеспечения достаточной прочности и жесткости;

г) некоторое усложнение конструкции опоры быстроходного и тихоходного вала, расположенной внутри редуктора.

Очевидно, применение соосных редукторов ограничивается случаями, когда нет необходимости иметь два выходных конца быстроходного или тихоходного вала, а совпадение геометрических осей входного и выходного валов удобно при намеченной общей компоновке привода. Соосные редукторы очень удобны для использования в машинах с повторно-кратковременным режимом работы.

На рис. 6, б показана кинематическая схема соосного редуктора с уменьшенными размерами в осевом направлении за счет отсутствия внутренней стенки. Оба подшипника быстроходного вала размещены в стакане, который одновременно предназначен и для установки одной из опор тихоходного вала. Для увеличения жесткости стакан выполнен с толстыми оребренными стенками; колесо тихоходной ступени, в отверстии которого размещен подшипник, изготовлено как одно целое с валом.

Рис.6. Соосный редуктор: а - конструкция, б - кинематическая схема.

Рис. 6.1. Двухступенчатый горизонтальный соосный редуктор:

а — кинематическая схема; б — общий вид

Схемы вертикальных цилиндрических двухступенчатых редукторов приведены на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Кинематические схемы двухступенчатых цилиндрических вертикальных редукторов:

а – выполненного по развернутой схеме (трехосного); б —соосного

Наиболее компактными среди редукторов с неподвижными осями валов являются многопоточные редукторы, в которых поток мощности разветвляется от шестерни быстроходной ступени на ряд потоков и, пройдя через промежуточные валы, переходит на колесо тихоходной ступени, откуда снимается с учетом потерь мощности двигателя.

Многопоточные редукторы по сложности изготовления приближаются к планетарным, однако передаточные числа планетарных редукторов значительно выше, поэтому многопоточные редукторы имеют ограниченное применение. Их используют в случае необходимости симметричной компоновки привода относительно его продольной оси.

Двухступенчатые цилиндрические редукторы обычно применяют в широком диапазоне передаточных чисел: по ГОСТ 2185-66 u=6,3÷63. Крупные двухступенчатые цилиндрические редукторы, выпускаемые НКМЗ, имеют u = 7,33÷44,02.

От целесообразной разбивки общего передаточного числа двухступенчатого редуктора по его отдельным ступеням в значительной степени зависят габариты редуктора, удобство смазывания каждой ступени, рациональность конструкции корпуса и удобство компоновки всех элементов передач. Дать рекомендации разбивки передаточного числа, удовлетворяющие всем указанным требованиям, невозможно, и поэтому все рекомендации следует рассматривать как ориентировочные.

Ниже приведена разбивка передаточных чисел для некоторых двухступенчатых редукторов, выпускаемых НКМЗ:

u . . .	8,05	9,83	10,92	12,25	13,83	15,60	3,950	20,49	22,12	23,15
uБ . . .	2,30	2,808	3,125	3,500	3,950	3,950	4,500	5,187	5,600	6,615

Таблица 4

Типоразмер редуктора	Суммарное межосевое расстояние ас, мм	Передаточное число - uР	Номинальный крутящий момент на выходном валу, Нм	Масса редуктора в кг.
1Ц2У-100 1Ц2У-125 1Ц2У-160 1Ц2У-200 1Ц2У-250 1Ц2У-315 1Ц2У-355 1Ц2У-400 1Ц2У-450 1Ц2У-500	180 205 260 325 410 515 580 700 800 900	8…40 8…40 8…40 8…40 8…40 8…50 8…50 8…50 8…50 8…50	315 630 1250 2500 5000 31500 40000 45000 71000 100000	20(А1) 32(А1) 57 (А1),95 170 320 510 730 940 1530 2100

Необходимо отметить, что, если в редукторах типа 1Ц2У старой конструкции угол наклона зубьев составлял 8⁰06^'34^" (cosβ=0,9900), суммарное число зубьев 99 и 198, степень точности по 8 классу и наружными ребрами жесткости корпуса, то в редукторах новой конструкции угол наклона зубьев увеличенных до 11⁰31^'42^" (cosβ=0,9900) и суммарное число зубьев составляет 49; 98; 196, степень точности зубчатых колес по ГОСТ 1643-81 доведены до 7 класса, а также применены корпуса новых конструкций.

Такая существенная модернизация позволяет повысить надежность, долговечность и улучшить квалиметрические характеристики выпускаемых редукторов и привести в соответствие международному стандарту ISO 6336.

Если у редукторов типа Ц2 (Ц2Ш) быстроходная ступень представляла раздвоенную косозубую передачу (разнесенного шеврона), а тихоходная ступень – косозубую передачу до a_ωT=710 мм и шевронную свыше a_ωT>800 мм, то современные редукторы Российской Федерации имеют другие решения. При этом профессором Г.А. Снесаревым утверждалось, что раздваивать тихоходную ступень нецелесообразно.

Редукторы Санкт-Петербургского ПО «Эскалатор» типа Ц2 допускают применение в кранах с реверсированием, зубчатой пары быстроходной ступени, шевронная, с углом наклона β=29⁰32^'29^" , а тихоходная ступень – раздвоенная косозубая с углом наклона β=8⁰6^'34^".

Внешний вид цилиндрического трехступенчатого горизонтального узкого редуктора типа Ц3У мало отличается от Ц2У, поэтому приведена краткая техническая характеристика (табл. 5) Ц3У.

Таблица 5

Типоразмер редуктора	Суммарное межосевое расстояние ас, мм	Передаточное число - uР	Номинальный крутящий момент на вых. валу, Нм	Масса редуктора в кг.
Ц3У-160 Ц3У-200 Ц3У-250 Ц3У-315 Ц3У-355 Ц3У-400	340 425 535 640 720 810	31,6…200 31,6…200 31,6…200 31,6…200 31,6…200 31,6…200	1250 2500 5000 8000…10000 11200…14000 16000…20000	110 190 335 580 750 960

Конические редукторы

Конические зубчатые редукторы применяются для передачи вращающего момента между валами, оси которых пересекаются под некоторым углом, как правило, равным 90° (рис.7).

Рис.7. Конструкции конических редукторов: а — обыкновенная, б — кинематическая схема, в — специальная: 1 — стакан ведущего зубчатого колеса,

2 — шлицевой фланец, 3 — ведущее зубчатое колесо, 4 — картер, 5 — суфлер, 6 — стакан ведомого зубчатого колеса, 7 — шлицевой фланец,

8 — ведомое зубчатое колесо, 9 — смотровой люк, 10 — магнитная пробка, 11 — заглушка (место установки термодатчика температуры масла)

В современных конических редукторах колеса выполняют с круговыми зубьями. Во избежание появления на шестерне отрицательной осевой силы, затягивающей шестерню в зацепление, целесообразно, чтобы направление вращения зубчатого колеса и направление наклона линии зуба колеса совпадали.

Передаточное число и одноступенчатых конических редукторов с прямозубыми колесами, как правило, не выше трех; в редких случаях u = 4. При косых или криволинейных зубьях u = 5 (в виде исключения и = 6,30).

У редукторов с коническими прямозубыми колесами допускаемая окружная скорость (по делительной окружности среднего диаметра) v≤5 м/с. При более высоких скоростях рекомендуют применять конические колеса с круговыми зубьями, обеспечивающими более плавное зацепление и большую несущую способность.

Если в редукторе требуется осуществить весь набор передаточных чисел, то рекомендуется предусмотреть два типа корпуса: широкий при u = 1…2,8 (К1Ш) и узкий при u = 3,15…5. Распространенное значение угла наклона β_П=35⁰.

Колесо располагают между опорами, а шестерню – консольно (рис.8). Установка между опорами значительно сложнее, для чего делают стакан с окном, что позволяет уменьшить длину редуктора.

Рис.8. Конический редуктор типа К1 – d_е2

Конический редуктор с вертикальным быстроходным валом типа К-1_ВБ показан на рис.9.

Рис. 9. Конический редуктор типа К - I_ВБ

Таблица 6

Типоразмер	Передаточное число	Масса редуктора, кг
К1Ш-125 К1Ш-140 К1Ш-160 К1Ш-180 К1Ш-200 К1Ш-224	1,6; 2,0; 2,5; 2,8; (1,25);(2,24) --- --- --- --- ---	20 30 40 60 80 120
К1-160 К1-180 К1-200 К1-224 К1-250 К1-280	3,15; 4; 5; (3,55); (4,5) --- --- --- --- ---	20 30 40 60 80 120

Коническо-цилиндрические редукторы

Конические и цилиндрические зубчатые передачи могут быть выполнены в одном корпусе, т.е. в виде коническо-цилиндрического редуктора (рис. 10).

Рис.10. Коническо-цилиндрический редуктор

Рис. 10.1. Двухступенчатый горизонтальный коническо-цилиндрический редуктор:

а — кинематическая схема; б – общий вид редуктора с литым корпусом;

в — общий вид редуктора со сварным корпусом

Рис. 10.2. Двухступенчатый коническо-цилиндрический редуктор с вертикальным тихоходным валом:

а – кинематическая схема; б – общий вид

Рис. 10.3. Кинематическая схема двухступенчатого коническо-цилиндрического редуктора с вертикальным быстроходным валом

Коническо-цилиндрические редукторы представляют собой совокупность конического редуктора с одноступенчатым цилиндрическим, в котором отражены все преимущества и недостатки названных редукторов.

Так как конические передачи имеют более низкую нагрузочную способность и, следовательно, большие габариты, то рекомендуется с целью снижения габаритов привода в целом делать быстроходную ступень конической. Однако, следует учитывать, что конические передачи очень чувствительны к погрешностям монтажа и изготовления, особенно на быстроходных ступенях редуктора. С целью уменьшения влияния погрешностей монтажа допускается использовать коническую передачу на промежуточных и тихоходных ступенях привода. Если увеличение размеров конической передачи не является решающим фактором в проектирование привода, то конической можно сделать тихоходную ступень привода.

Особенностью коническо-цилиндрических редукторов является то, что направление зуба косозубой цилиндрической пары следует выбирать таким, чтобы осевые силы на промежуточных валах вычитались.

На работу конических шестерен влияют радиальные нагрузки, действующие на выходной конец вала, так как большая радиальная нагрузка вызывает деформацию вала и соответственно нарушение зацепления конической пары. Поэтому в случаях, когда на концевой части вала конической шестерни расположен шкив или звездочка, создающие при работе большую радиальную нагрузку, рекомендуется предусматривать устройство для разгрузки вала от действия радиальной нагрузки.

В двухступенчатых коническо-цилиндрических редукторах коническая пара может иметь прямые, косые или криволинейные зубья. Цилиндрическая пара также может быть либо прямозубой, либо косозубой.

Наиболее употребительный диапазон передаточных чисел для таких редукторов u = 8÷15. Наибольшие значения при прямозубых конических колесах u_max = 22; при конических колесах с круговыми зубьями u_max = 34.

Коническо-цилиндрические редукторы независимо от ступеней и компоновки выполняют с быстроходной конической ступенью. Корпус редуктора типа КЦ1 показан на рис.1 и нетрудно представить конструкцию этого двухступенчатого коническо-цилиндрического редуктора. Здесь мы видим, что корпус и конструкция сочетания конического и цилиндрического редукторов.

Необходимо отметить, что коническо-цилиндрические мотор – редукторы типов МКЦ1_ВБ и МКЦ2_ВБ выполняют часто с вертикальным расположением конической вал - шестерни. Передаточное число редукторов КЦ1-200 …КЦ1-500 в пределах u_Р=6,3…28; с номинальным крутящим момент на тихоходном валу 530…7560 Нм и массой 186…1740 кг.

Трехступенчатые редукторы типа КЦ2-500…КЦ2-1300 имеют общее передаточное число от 28 до 180, моментом на тихоходном валу Т_В=2000…37000 Нм с массой 420…5110 кг.

Для подвесных конвейеров Львовское ПО «Конвейер» выпускает спец. редуктор типа КЦ4_ВТ с передаточным числом u_Р=71…2300. Марка этих редукторов КДВ 160…КДВ 360М.

Для теоретического исследования интересна конструкция редукторов КЦ2С, КЦ2С_ВБ, КЦ1В и КЦ2В.

Общий вид электромеханического привода с редуктором типа КЦ1 с оригинальным корпусом показан на рис.11.

Рис. 11. Общий вид привода с редуктором типа КЦ1

Планетарные редукторы

В конструктивно-технологическом исполнении планетарные редукторы (рис.12) сложнее редукторов, описанных выше. Это обусловлено необходимостью компоновки в небольших габаритах соосно расположенных вращающихся колес и водила. Планетарные редукторы получили широкое распространение, особенно в тех машинах, для которых массовые и габаритные показатели являются главными (например, в летательных аппаратах, транспортных и сельскохозяйственных машинах и т.п.).

На рис. 12, а показана простая — с одной степенью свободы — планетарная передача, состоящая из солнечного колеса 1, сателлитов 2 и корончатого колеса 3, неподвижно закрепленного в корпусе. Сателлиты совершают сложное движение: они обкатываются вокруг солнечного колеса и вращаются внутри неподвижного корончатого колеса (некоторая аналогия с движением планет дала название этим передачам). Оси сателлитов установлены в водиле 4, геометрическая ось которого совпадает с геометрическими осями центральных колес — солнечного и корончатого. Чаще других встречаются передачи с числом сателлитов n_с = 3.

Рис.12. Планетарный редуктор: а — конструкция; б — кинематическая схема.

Планетарные передачи компактнее обычных зубчатых, так как при п_с сателлитах вращающий момент передается не одним, а несколькими потоками; в расчетах на прочность обычно принимают приведенное число сателлитов n_c = n_с — 0,7.

Для выравнивания нагрузки по потокам при нескольких сателлитах одно из центральных колес устанавливают без опор, т. е. выполняют плавающим в радиальном направлении. На рис. 12, б показан редуктор с плавающим (самоустанавливающимся) солнечным колесом. Для соединения плавающего солнечного колеса с валом применена зубчатая муфта с двумя зубчатыми сочленениями.

При последовательном соединении нескольких простых планетарных передач можно получить редуктор с большим передаточным отношением (рис.12.1).

Рис.12.1. Кинематическая схема двухступенчатого планетарного редуктора

Редуктор (рис. 13) состоит из корпуса 1 с крышкой 2. Ведущая вал-шестерня 4 находится в зацеплении с колесами 3 и 5, имеющими разное число зубьев. Колесо 5 с удлиненной ступицей подвижно и соосно установлено на подшипниках качения на ведомом валу 10. Ступица колеса 3 относительно зубчатого конца выполнена эксцентрично. На подшипниках ступицы колеса 3 установлен сателлит 9, жестко соединенный с шатуном 7, который опирается через подшипники на вал 6, имеющий в месте сопряжения шатуна тот же эксцентриситет, что и ступица колеса 3. Таким образом, сателлит 9, шатун 7, эксцентричный вал 6 и эксцентричная ступица колеса 3 образуют параллелограммный механизм, кинематическая связь которого с ведомым валом 10 осуществляется с помощью шестерни 4, колес 3 и 5 через сателлит 9, находящийся в зацеплении с центральным колесом 8, с внутренними зубьями. Колесо 8 и сателлит 9 выполняют с малой разницей зубьев.

При вращении вал-шестерни 4 движение передается колесам 3 и 5, которые посредством эксцентричных шеек колеса 3 и вала 6 сообщают круговое поступательное движение сателлиту 9 планетарной передачи. Зацепляясь с колесом 8, сателлит 9 за один оборот колес 3 и 5 поворачивает колесо 8 на число его угловых шагов, равное разности зубьев сателлита 9 и колеса 8.

Рассматриваемый тип редукторов позволяет осуществлять вращение выходного вала в широком диапазоне частот вращения и = 35,5–1,4 об/мин, что особенно важно для малых значений частот вращения выходного вала, так как редукторы простых зубчатых передач для этого случая имеют большие размеры и сложную конструкцию. В отличие от простых многоступенчатых зубчатых и планетарных, редуктор на рис. 13 имеет простую конструкцию, малое число деталей. Компоновка сателлита планетарной передачи на ведомом колесе 3 быстроходной ступени позволяет уменьшить осевые габариты редуктора. Подвижная установка ведомого колеса на выходном валу в сочетании с изготовлением кривошипа на удлиненной ступице упрощает выходной вал и сателлит планетарной передачи, позволяет установить выходной вал с широко разнесенными подшипниками Редуктор имеет высокую нагрузочную способность из-за многопарности зацепления с малой разностью в числе зубьев колес тихоходной ступени, а быстроходная ступень не лимитирует нагрузочную способность редуктора, так как она мало нагружена.

а) в)

Рис.13. Цилиндрический колесно-шатунный редуктор:

а — конструкция; б — кинематическая схема; в — общий вид

1 — корпус; 2 — крышка; 3 — ведомое колесо; 4 — вал шестерня; 5 — ведомое колесо;

6 — вал; 7 — шатун; 8 — колесо; 9 — сателлит; 10 — ведомый вал

Волновые зубчатые редукторы

Волновые передачи можно рассматривать как разновидность планетарных передач, имеющих гибкое промежуточное колесо, деформируемое при передаче вращающего момента.

Разновидность волновых редукторов определяют главным образом конструкцией генератора и гибкого колеса. Так, на рис. 14 генератор волн выполнен в виде профилированного кулачка с напресованным на него гибким подшипником.

На рис. 14,а показана кинематическая схема волновой передачи: входной вал 1 приводит во вращение генератор волн 2, который представляет собой водило с двумя роликами; гибкое колесо 3 выполнено в виде тонкостенного стакана, на утолщенной части которого нарезаны зубья, входящие в зацепление с внутренними зубьями неподвижного жесткого колеса 4; выходной вал 5 соединен с основанием тонкостенного стакана. Генератор деформирует гибкое зубчатое колесо в радиальном направлении, придавая ему форму эллипса, и вводит в зацепление зубья деталей 3 и 4 на полную рабочую высоту. При вращении генератора зацепление зубьев перемещается подобно бегущей волне, что и дало название этим передачам.

Рис. 14. Волновой зубчатый одноступенчатый редуктор:

а — кинематическая схема; б — генератор волн: в — продольный разрез

Широкое распространение получили кулачковые генераторы волн (рис. 14,б). На профилированный кулачок А насажено внутреннее кольцо гибкого подшипника Б. Наружное кольцо гибкого подшипника сопряжено с внутренней поверхностью гибкого колеса В, обеспечивая ему заданную форму деформации. Кольца гибкого подшипника имеют малую толщину и поэтому сравнительно легко деформируются. Ниже приведены для сравнения размеры двух подшипников с одним и тем же внутренним диаметром: гибкого и обычного шарикового радиального легкой серии:

	Подшипник	d	D	B	dш	s
		мм
	Гибкий	60	80	13	7,144	1,85
	Шариковый радиальный легкой серии	60	110	22	~15	~7,5

Модули зубчатых колес 3 и 4 (см. рис. 14, а) одинаковы, но числа зубьев разные: z₃ < z₄. Передаточное число волновой передачи равно

При оптимальных значениях (z₄ - z₃) = 2 или 1 диапазон передаточных отношений в одноступенчатых волновых редукторах составляет от 80 до 300 (и более). Волновые передачи обладают высокой нагрузочной способностью благодаря многопарности зацепления: одновременно в зацеплении может находиться до 25-30% пар зубьев.

Большое передаточное отношение одноступенчатого волнового зубчатого редуктора, а также высокая удельная материалоемкость выгодно отличают его от других зубчатых передач, в том числе и планетарных.

На рис. 14, в показан волновой редуктор с кулачковым генератором волн 2 и гибким тонкостенным колесом 3 сварной конструкции. На ведущем валу 1 находится кулачок, на котором установлен гибкий подшипник, сопряженный с гибким колесом, зубья которого в двух зонах входят в зацепление с зубьями жесткого колеса 4. Кулачок генератора волн находится на валу с радиальным зазором; передача движения осуществляется зубчатой муфтой, которая обеспечивает самоустановку генератора при работе редуктора. С гибкого колеса вращающий момент передается шлицами ведомому валу 5.

Червячные редукторы

Червячные редукторы применяют при передаче момента между перекрещивающимися валами. Червячные редукторы дают возможность осуществить в одной ступени большое передаточное отношение от 8 до 80. Благодаря высоким виброакустическим параметрам лифты и машины пищевой промышленности, ручные лебедки, приводы от электродвигателя на ведущие оси троллейбусов комплектуются червячными редукторами. Однако, вследствие низкого КПД и меньшего ресурса, чем у зубчатых редукторов, редко применяют их в машинах непрерывного действия.

В зависимости от расположения червяка относительно колеса червячные редукторы могут иметь исполнения (рис. 15): червяк под колесом (1) — наиболее распространенная схема; червяк над колесом (2); червяк с вертикальным расположением вала (3, 4); червяк сбоку от колеса, ось которого вертикальна (5, 6) Соответственно указанным схемам выполняют конструкции редукторов.

Рис.15. Варианты расположения червячной пары в редукторах типа Ч:

1 — червяк под колесом; 2 — червяк над коленом; 3, 4 — тихоходный вал вертикальный;

5 — быстроходный вал вертикальный выходным концом вверх;

6 — быстроходный вал вертикальный выходным концом вниз

Обычный червячный редуктор с нижним расположением червяка обозначается схемой сборки – 51, с верхним червяком – 52, при вертикальном расположении червяка – 53, боковое расположение червяка в горизонтальной плоскости и вертикальное расположение вала колеса обозначается – 56.

Искусственный обдув ребристых корпусов обеспечивает более благоприятный тепловой режим работы редуктора.

При нижнем расположении червяка условия смазывания зацепления лучше, при верхнем хуже, но меньше вероятность попадания в зацепление металлических частиц — продуктов износа.

Выбор схемы редуктора обычно обусловлен удобством компоновки привода в целом: при окружных скоростях червяка до 4 —6 м/с предпочтительно нижнее расположение червяка; при больших скоростях возрастают потери на перемешивание масла, и в этом случае следует располагать червяк над колесом. В редукторах с верхним расположением червяка при включении движение обычно начинается при недостаточной смазке (за время остановки при редких включениях масло успевает стечь с зубьев колеса).

Передаточные числа червячных редукторов обычно колеблются в пределах и = 8÷80 (см. ГОСТ 2144-76).

Так как КПД червячных редукторов невысок, то для передачи больших мощностей и в установках, работающих непрерывно, проектировать их нецелесообразно. Практически червячные редукторы применяют для передачи мощности, как правило, до 45 кВт и в виде исключения до 150 кВт.

В настоящее время серийно выпускают одноступенчатые червячные редукторы типа Ч с универсальным корпусом (рис.16), позволяющим выполнять различные варианты расположения и сборки червячной пары. Такая конструкция (см. рис.16, В–В) позволяет монтировать редуктор непосредственно на вал машины, что снижает массу, уменьшает габаритные размеры и стоимость привода. При исполнении редуктора на лапах (см. рис. 16, А–А) в ступицу колеса монтируется тихоходный вал.

Рис.16. Одноступенчатый червячный редуктор с универсальным корпусом

В зависимости от варианта сборки редуктора (см. рис.16) тихоходный вал может быть одноконцевым или двухконцевым. Параллельно оси вала колеса в корпусе имеется четыре прилива со сквозными отверстиями для крепления лап шпильками. Одинаковые расстояния между осями отверстий в приливах корпуса позволяют с помощью одних и тех же лап менять пространственное положение редуктора в соответствии с вариантами расположения червячной пары.

На рис.17 показан одноступенчатый червячный редуктор с нижним расположением червяка с цельным корпусом. Обычно такой корпус применяется в редукторах с межцентровым расстоянием до 100 мм. Здесь посадочный диаметр боковой крышки несколько больше диаметра червячного колеса для удобства демонтажа и сборки.

Для обеспечения нормальной смазки червячной пары и подшипников червячного колеса применяются крыльчатки. При большой скорости червяка предусматриваются маслоотражательные кольца для подшипников червяка и вала червячного колеса.

Рис. 17. Червячный редуктор типа Ч1- a_𝛚-U_p -51Ц

Рис. 17.1. Червячный редуктор с нижним расположением червяка:

6 — общий вид редуктора с разъемным корпусом;

в — общий вид редуктора с ребристым разъемным корпусом и искусственным обдувом;

г — то же, со снятой крышкой; д — общий вид редуктора с неразъемным корпусом

При верхнем расположении червяка схема сборки 52 затрудняется смазка подшипников червяка, для чего может быть предусмотрен желоб с масляными каналами, и лишнее масло может быть дренировано (рис.18).

Боковое расположение червяка с вертикальной установкой вала червячного колеса требует надежной защиты от обильной смазки нижнего подшипника и обеспечения маслом верхней (рис.19).

Необходимо отметить, что однозаходные червяки при значительной длине и a_ω>120 мм требуют температурной компенсации. В этой связи одна опора червяка выполняется фиксированной, а другая – плавающая (рис.18 и 19).

Рис.18. Червячный редуктор типа Ч1- a_𝛚-U_p -52K

Рис. 18.1. Червячный редуктор с верхним расположением червяка:

б — общий вид редуктора с разьемным корпусом;

в — общий вид редуктора с неразъемным корпусом

Рис.19. Червячный редуктор типа Чl-a_𝛚-U_p-56Ц

Рис. 19.1. Червячный редуктор с вертикальным валом червячного колеса:

б - общий вид редуктора с разъемным корпусом;

в -общий вид редуктора с неразъемным корпусом

Зубчато-червячные, червячно-зубчатые и двухступенчатые червячные редукторы

Схемы и общий вид зубчато-червячных и двухступенчатых червячных редукторов показаны на рис. 20.1 и 20.2. Передаточные числа зубчато-червячных редукторов u≤ 150, а в отдельных случаях и выше (для учебного проектирования рекомендуется ограничиться и = 35÷80).

Двухступенчатые червячные редукторы изготовляют с передаточными числами и = 120÷2500 (при учебном проектировании рекомендуется ограничиться и = 120÷400).

Рис. 20.1. Двухступенчатый зубчато-червячный редуктор:

а – кинематическая схема; б – общий вид

Рис. 20.2. Двухступенчатый червячный редуктор:

а — кинематическая схема; б и в – варианты общего вида

Червячные редукторы выполняют с цилиндрическим и глобоидным червяком, с архимедовым, эвольвентным, конвалютным и вогнутым профилем червяка. Глобоидные редукторы отличаются большой нагрузочной способностью и более высоким КПД за счет большего числа зацепляющихся пар зубьев и лучших условиях смазки. Основным недостатком червячных редукторов является низкий КПД, особенно у самотормозящих червячных передач с цилиндрическим червяком. Поэтому, червячные передачи используют при работе в повторно-кратковеменных режимах.

Двухступенчатые червячные редукторы используют очень редко, так как они имеют очень низкий КПД и высокую стоимость изготовления. Двухступенчатые редукторы выполняют либо с двумя цилиндрическими, либо одним глобоидным и одним цилиндрическим червяками. Двухступенчатые глобоидные редукторы практически не применяются, из-за сложности двойной регулировки зацеплений. В двухступенчатом червячном редукторе увеличивается длина промежуточного вала, в связи с чем уменьшается его жесткость при одновременном увеличении температурных деформаций вала. Для увеличения КПД привода при больших передаточных числах рекомендуется применять червячно-цилиндрические и цилиндро-червячные редукторы. Червячно-цилиндрические редукторы имеют наименьшую ширину привода и минимальные размеры редуктора при больших передаточных числах.

Двухступенчатые червячные, червячно – цилиндрические, цилиндрическо – червячные редукторы обычно относятся к специальным редукторам. Они имеют следующие существенные недостатки:

1. Сложность регулировки червячной пары и подшипников.

2. Долговечность червячной пары, а именно червячного колеса намного меньше, чем у зубчатых передач.

3. Склонность к заеданию червячной пары при нарушении нормального контакта.

В данный момент вместо червячной передачи применяются планетарные и волновые редукторы с малой кинематической погрешностью.

Электромеханический привод станкостроения со специальным многоступенчатым комбинированным редуктором типа КЦЧ и открытой цепной передачей приведен на рис.20.3

Рис.20.3 Общий вид привода с многоступенчатым редуктором типа КЦ4Ч

Мотор-редукторы

В последнее время все более широкое распространение получают мотор-редукторы.

Мотор-редуктор — это агрегат, совмещающий в одном корпусе электродвигатель и редуктор. Последнее обстоятельство позволяет добиваться большой точности расположения вала редуктора относительно вала электродвигателя, уменьшает число деталей привода, уменьшает размеры и массу на единицу передаваемого момента, удобно при монтаже привода и др.

Чаще встречаются мотор-редукторы с зубчатыми передачами обыкновенными и планетарными.

На рис. 21 показаны общие виды мотор-редукторов. На рис. 22 изображен в разрезе горизонтальный мотор-редуктор с одноступенчатой зубчатой цилиндрической передачей. Показанный на рис. 21, б вертикальный мотор-редуктор имеет две ступени: первую — зубчатую цилиндрическую обыкновенную и вторую — планетарную.

Рис.21. Мотор-редукторы: а - горизонтальный, б- вертикальный

Рис. 22. Мотор-редуктор с одноступенчатой зубчатой цилиндрической передачей

Вариаторы

Большинство современных технологических машин требуют регулирования скорости рабочих органов в зависимости от условий осуществления технологического процесса.

Применение в машинах вариаторов значительно упрощает ее конструкцию, позволяет установить оптимальный скоростной режим и регулировать угловые скорости на ходу. Все это существенно повышает производительность машины, расширяет ее функциональные возможности, кроме того, вызывает уменьшение шума и вибрации. Эти достоинства вариаторов обусловили их широкое распространение в различных областях машиностроения в машинах пищевой и легкой промышленности, в станках, сельскохозяйственном и дорожном машиностроении и т.д.

Главными характеристиками вариаторов являются: диапазон регулирования Д, наименьшая скорость тихоходного вала п_2тin и мощность Р на нем. Кроме того, важно знать значения КПД, удельной массы, габаритов, стоимости. В клиноременных вариаторах угловая скорость ведомого вала зависит от диаметров одновременно обоих шкивов или одного из них (рис. 23, а). Предельные передаточные отношения вариатора:

u₁= 𝜔₁ /𝜔_2min= D₂ /d₁(1–𝜀) и u₂ = 𝜔₁ / 𝜔_2max= d₂ /D₁(1–𝜀),

где D₁, d₁ и D_2, d₂ — наибольший и наименьший диаметры ведущего и ведомого колеса;

ε - коэффициент скольжения, который зависит от типа ремня и конструкции передачи.

Основной кинематической характеристикой вариаторов является диапазон регулирования Д, равный отношению этих передаточных величин.

Скольжение снижает угловую скорость ведомого вала, но на диапазон регулирования не влияет.

Ременные вариаторы.

Главные достоинства клиноременных вариаторов (рис. 23) — простота конструкции, надежность и простота эксплуатации.

В качестве тягового органа в ременных вариаторах применяют как стандартные клиновые ремни по ГОСТ 1284.2–89, так и специальные широкие зубчатые вариаторные ремни (рис. 23, в). Передаточное отношение регулируют изменением диаметра одного или одновременно обоих шкивов посредством осевого перемещения конических дисков, образующих шкив.

Для сплошных шкивов и стандартных ремней Д =1,3–1,7. Различают вариаторы со стандартными и широкими ремнями, с одним, двумя или четырьмя регулируемыми шкивами. На рис. 23, а показан вариатор с автоматически регулируемым шкивом 2 и ведущим прижимным 1. Регулирование передаточного числа может производиться вручную или с помощью дистанционного управления. Диапазон регулирования Д<3; η= 0,8–0,9, мощность 5–10 кВт, при нескольких ремнях — до 55 кВт. Однако применение нескольких ремней усложняет конструкцию и повышает требования к точности изготовления.

Расчет ременных вариаторов производят по аналогии с расчетом клиноременной передачи, с учетом числа регулируемых шкивов.

а) б) в)

Рис.23. Клиноременный вариатор: а — принципиальная схема; б — конструкция ремня вариатора; в — конструкция вариатора с одним широким ремнем;

1 — ведущий прижимной шкив; 2 — автоматически регулируемый шкив

Цепные вариаторы по сравнению с клиноременными сложнее в производстве и дороже, но компактнее, долговечнее и более надежны в эксплуатации. Наиболее распространенная конструкция вариатора с зубчатыми конусами и специальными цепями показана на рис. 24.

Раздвижные диски 3, выполненные с рифленой рабочей поверхностью, устанавливают на валу так, чтобы выступы одного диска находились против впадин другого. Звенья цепи снабжены пакетом тонких пластин, которые легко перемещаются в обойме поперек цепи. Пластины, попадающие на выступы, при набегании цепи 2 на диски 3 отжимаются во впадины противоположного диска; так происходит зацепление.

Рис.24. Цепной вариатор: 1 — винт; 2 — цепь; 3 — диски; 4 — рычаги

Передвижение дисков, а следовательно, регулирование скорости, производится рычагами 4, поворот которых осуществляется винтом 1. При этом одна пара дисков сдвигается, а другая раздвигается, и цепь меняет свое положение.

Диапазон регулирования Д такого вариатора равен до 6, передаваемая мощность — до 18,5 кВт. Срок службы цепей — до 5000 ч.

Конструктивные особенности. Основные особенности проектирования вариатора заключаются в конструировании ведущих, ведомых и промежуточных звеньев, а также механизмов управления.

Каждая новая конструкция вариатора после расчета и изготовления тщательно испытывается и доводится, прежде чем будет передана в серийное производство, так как многие особенности конструированных решений, работы и нагруженности деталей расчетом предусмотреть невозможно и приходится отыскивать их опытным путем.

Для существенного снижения частоты вращения ведомого вала применяют комбинированные приводы. Такой привод состоит из зубчатой передачи и вариатора, смонтированных в одном корпусе. На рис.25 показан мотор-вариатор, состоящий из цепного вариатора и планетарного редуктора, мощностью 6,0 кВт, при частоте вращения ведомого вала от нескольких до 250 мин^--1.

Рис.25. Мотор-вариатор

Вопросы для самопроверки

- Какой механизм называют редуктором? Каково назначение редуктора в приводе?

- Дайте определение функционального назначения редуктора. По каким признакам они классифицируются?

- Каковы основные типы редукторов?

- Какие конструкции зубчатых и червячных редукторов наиболее распространены и охарактеризуйте их схемы?

- Какими достоинствами обладают цилиндрические двухступенчатые редукторы с раздвоенной быстроходной ступенью?

- Что такое мотор-редуктор и в каких случаях его применяют?

- Поясните преимущества мотор-редукторов, в каких случаях они применяются?

- Дайте определение вариаторам, в каких случаях они применяются и их главная техническая характеристика.

- Дайте определение основного параметра редуктора.

- Почему цилиндрические зубчатые редукторы получили широкое применение в машиностроении?

- По каким схемам выполняют цилиндрические двухступенчатые редукторы? Дайте характеристику каждой схеме?

- Каковы основные параметры редуктора?

- Расшифруйте условные обозначения типоразмеров редукторов: Ц2в-125-12,5; Ц2Ш-160-10; Ц2С-200-16; КБ-160-2,8?

- Каковы приемы охлаждения редукторов?

- Поясните разницу между редукторами, выполненными по схеме на рис. а и рис. б.

- Чем отличается быстроходная ступень редуктора на рис. а от редуктора на рис. б?

а) б)

- Благодаря чему обеспечивается самоцентрирование солнечного колеса между сателлитами в конструкции на рисунке?

- Какими достоинствами и недостатками обладает конструкция редуктора на рисунке? Чем она характерна?

- Поясните принцип работы редуктора на рисунке?

- Большее передаточное отношение обеспечивает … редуктор

1) цилиндрический одноступенчатый

2) конический одноступенчатый

3) червячно - цилиндрический

4) цилиндрический соосный

5) коническо-цилиндрический

- Коэффициент полезного действия привода может быть...

1) больше единицы

2) равен единице

3) меньше единицы

- В приводах машин мощность от вала двигателя к валу исполнительного механизма понижается из-за...

1) крутящего момента

2) передаточного числа

3) понижения угловой скорости

4) потерь на трение

- В приводах машин крутящий момент от вала электродвигателя к валу исполнительного механизма...

1) повышается

2) понижается

3) остается неизменным

4) равен приведенному

- В приводах машин крутящий момент от вала электродвигателя к валу исполнительного механизма повышается из-за того что...

1) понижается частота оборотов

2) понижается мощность

3) частота оборотов понижается быстрее, чем мощность

4) увеличивается к.п.д.

- Электродвигатель для привода машин подбирают по...

1) эффективной мощности

2) эффективной мощности и ориентировочной частоты оборотов

3) крутящему моменту на валу исполнительного механимза

- Привод состоит из прямозубого цилиндрического редуктора, цепной передачи и ременной передачи. В какой последовательности от электродвигателя рациональнее расположить эти передачи?

1) цепная передача, редуктор, ременная передача

2) ременная передача, редуктор, цепная передача

3) ременная передача, цепная передача, редуктор

4) редуктор, ременная передача, цепная передача

5) цепная передача, ременная передача, редуктор

- Из представленного ряда предложений по материалам и термообработке выбрать наиболее применимые для несимметричной ступени редуктора

1) 40Х, 45, закалка

2) 20, 20Х, закалка

3) 20, 20Х, цементация

4) 40Х, 45, нормализация, улучшение

5) 40Х, 45, цементация, закалка

- Что следует применить для крепления крышки, часто снимаемой в процессе эксплуатации изделия, на детали, изготовленной из дорогостоящего материала?

1) Винт

2) Сварку

3) Заклепку

4) Болт

5) Шпильку

- Червячный редуктор с четырехзаходным червяком работает на мощности 10 кВт и средних скоростях. Определите, сколько литров масла надо для его охлаждения?

1) 2.5 л

2) 3-5 л

3) 2-4 л

4) 10 л

5) 7-10 л

---

email: KarimovI@rambler.ru

Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21

Теоретическая механика Сопротивление материалов

Прикладная механика Строительная механика Теория машин и механизмов

00:00:00