МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НОВГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ЯРОСЛАВА МУДРОГО

________________________________________________________________

Кузнецов Н.П.

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ И НАГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ РЕДУКТОРОВ

Методические указания к лабораторной работе

ВЕЛИКИЙ НОВГОРОД

	Печатается по решению РИС НовГУ

Р е ц е н з е н т кандидат технических наук, доцент И. Г. Фридлянд

Кузнецов Н.П.

К93 Изучение конструкции, определение параметров и нагрузочной способности цилиндрических зубчатых редукторов: Метод. указ. к лабораторной работе по ДМ и ОК /Авт. – сост. Кузнецов Н.П.; НовГУ им. Ярослава Мудрого. - Великий Новгород, 2012. – 23 с.

Рассмотрены устройство, конструктивные особенности, геометрические параметры, оценка точности зубчатых пар и несущей способности цилиндрического двухступенчатого редуктора общего назначения.

Методические указания предназначены для студентов специальностей 151001.65 «Технология машиностроения» , 190601.65 «Автомобили и автомобильное хозяйство» , 110301.65 «Механизация сельского хозяйства», 150201.65 «Машины и технология обработки металлов давлением», 50502.65 «Технология и предпринимательство» всех форм обучения и студентов направлений 151900.62 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», 190600.62 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов», 110800.62 «Агроинженерия», 140100.62 «Теплоэнергетика и теплотехника», 540500.62« Технологическое образование» .

© Новгородский государственный университет, 2012

© Н.П. Кузнецов, 2012

1. Цель работы

– Ознакомиться с наиболее распространѐнными видами зубчатых редукторов;

– ознакомиться с конструкцией цилиндрического двухступенчатого редуктора и назначением его деталей;

– определить геометрические параметры зубчатого зацепления путѐм их замера и расчѐта;

– оценить нагрузочную способность редуктора;

–.определить точность зубчатой передачи.

Лабораторная работа выполняется в течение 4-х часов. Внеаудиторная подготовка к работе включает в себя ознакомление с методическими указаниями и изучение соответствующих разделов курса деталей машин по конспектам лекций и указанной литературе.

2. Общие сведения о редукторах

Редуктор (от лат. reducere – приводить обратно, возвращать) – передача, понижающая угловую скорость и повышающая вращающий момент в приводах от электродвигателя к рабочей машине.

Зубчатый редуктор состоит из зубчатых и червячных передач, установленных в отдельном герметичном корпусе, что принципиально отличает его от зубчатой или червячной передачи, встраиваемой в исполнительный механизм или машину.

Редукторы широко применяются в различных отраслях машиностроения. Основные схемы их приведены на рис.1.

Для уменьшения габаритов привода и улучшения его внешнего вида в машиностроении широко применяются мотор-редукторы, объединяющие в одном агрегате электродвигатель и редуктор.

Редукторы классифицируются по типам, типоразмерам и исполнениям.

Т и п р е д у к т о р а определяется составом передач, порядком их размещения в направлении от быстроходного вала к тихоходному и положением осей валов в пространстве.

Для обозначения передач используются прописные буквы русского алфавита: Ц

Цилиндрическая, К - коническая, Ч - червячная, Г - глобоидная, П - планетарная, В - волновая.

Если одинаковых передач две или более, то после буквы ставится соответствующая цифра. Широкий редуктор обозначается буквой Ш, узкий - У, соосный - С. В мотор-редукторах к обозначению впереди добавляется буква М.

Наиболее распространены редукторы с валами, расположенными в горизонтальной плоскости, и поэтому специального обозначения они не имеют (у червячных редукторов валы скрещиваются, оставаясь горизонтальными).

Так, например, на рис.1 ж) показана схема редуктора типа КЦ2 - коническоцилиндрического трехступенчатого редуктора с одной конической и двумя

Б – быстроходный вал, Т – тихоходный вал

цилиндрическими передачами, все валы которого расположены в горизонтальной плоскости (мотор-редуктор на базе этого примера обозначается МКЦ2)

Если все валы редуктора расположены в одной вертикальной плоскости, то к обозначению типа добавляется индекс В . Если ось тихоходного вала вертикальна, то добавляется индексТ , если ось быстроходного вала вертикальна,- индексБ .

Например, на рис 1 в) приведена схема редуктора типа Ц2В - цилиндрического двухступенчатого редуктора, все валы которого расположены в вертикальной плоскости, а на рис. 1 л) показана схема редуктора типа ЧТ - червячного одноступенчатого с вертикальной осью тихоходного вала.

Т и п о р а з м е р редуктора определяется типом и главным параметром тихоходной ступени.

Для цилиндрической, червячной и глобоидной передач главным параметром является межосевое расстояние a W конической - внешний делительный диаметр колесаd ei , планетарной - радиус водилаR W , волновой - внутренний диаметр гибкого колесаd в недеформированном состоянии.

И с п о л н е н и е редуктора определяется передаточным числом, вариантом сборки и формой концевых участков валов.

Так, например, типоразмер приведенного выше редуктора с межосевым расстоянием тихоходной ступени a W = 180 мм и передаточным отношениемu = 56 будет обозначаться КЦ2-180-56.

Основная энергетическая характеристика редуктора - номинальный вращающий момент Т на его тихоходном валу при постоянной нагрузке.

Наибольшее распространение получили простые цилиндрические двухступенчатые редукторы. Их применяют в диапазоне передаточных отношений с

номинальными значениями u = 8…40. В одноступенчатых зубчатых редукторах передаточное отношениеu = 2…6,3. Применение одноступенчатых редукторов

с большим значением u не рационально из-за увеличения габаритных размеров по сравнению с двухступенчатыми при одинаковом передаваемом вращающем моменте. В трѐхступенчатых цилиндрических зубчатых редукторах передаточное отношениеu = 43…200. Для понижения угловой скорости с большими значениямиu используют волновые зубчатые редукторы (u = 80…315 на одну ступень) или многоступенчатые планетарные.

3. Конструкции двухступенчатых цилиндрических редукторов.

Наиболее распространѐнной схемой двухступенчатых редукторов является простая развѐрнутая (рис1.б)). Преимущества этой схемы: малая ширина редуктора, высокая технологичность и унифицированность. Недостатком этой схемы является несимметричное расположение зубчатых колѐс относительно опор, вызывающее неравномерное распределение нагрузки по ширине зубчатых венцов.

В схеме с раздвоенной быстроходной ступенью (рис.1г)) опоры расположены симметрично относительно зубчатых колѐс тихоходной ступени. Благодаря этому достигается равномерная загруженность опор от сил, действующих в зацеплении, и благоприятное распределение нагрузки по ширине зубчатого венца тихоходной ступени. Преимущества передач с раздвоенными ступенями реализуются в том случае, если обеспечено достаточно равномерное распределение нагрузки между зацеплениями этих ступеней. Для этого зубчатые колѐса раздвоенных ступеней выполняют косозубыми с большим углом наклона (β ≥ 30°) и противоположно направленными винтовыми линиями. Кроме того, предусматриваются опоры, допускающие осевые перемещения, необходимые для самоустанавливаемости (так называемые «плавающие» опоры валов). Редукторы получаются на 20% легче, чем по развѐрнутой схеме

Соосные редукторы (схема по рис.1д)) компактнее несоосных и во многих случаях позволяют получить удачную общую компоновку привода, одинаковое погружение кролѐс в масло, но из-за размещения подшипников входного и выходного вала внутри корпуса имеют увеличенный размер в осевом направлении и усложнѐнную конструкцию корпуса. Наблюдение за работой и контроль состояния внутренних подшипников в эксплуатации затруднены.

Для лабораторной работы используется стандартный двухступенчатый редуктор типа Ц2, выполненный по развѐрнутой схеме (рис.2).

Корпус редуктора разъѐмный, состоящий из нижней части 1, которая и называется корпусом, и верхней части 2 – крышки. Плоскость разъѐма проходит через оси валов. Корпусные детали отлиты из серого чугуна марки СЧ12 или СЧ15 (ГОСТ 1412). Положение крышки относительно корпуса фиксируется двумя штифтами 15, расположенными на возможно большем расстоянии друг от друга. Корпус и крышка стягиваются болтами 13 с наружной шестигранной головкой. У гнѐзд подшипников корпусные детали имеют приливы – бобышки, позволяющие расположить стягивающие болты ближе к отверстиям под подшипники, увеличивая жѐсткость корпуса в районе опор. Во фланце крышки имеются отверстия с резьбой для отжимных винтов 20, облегчающих разборку редуктора. Крышка имеет также проушины для транспортировки редуктора. При сборке редуктора поверхности сопряжения крышки и корпуса покрывают герметиком. Прокладки в плоскость разъѐма не ставят вследствие вызываемых ими искажения формы посадочных отверстий под подшипники и смещения осей отверстий с плоскости разъѐма.

Шестерни 3, 4 быстроходной и тихоходной ступеней выполнены заодно соответственно с входным и промежуточным валами редуктора. Из-за большого передаточного числа диаметр шестерни первой ступени мало отличается от диаметра быстроходного вала, и зубья нарезаны на поверхности вала.

Зубчатые колѐса 6, 7 передач редуктора посажены на промежуточном и тихоходном валах с натягом и передают вращающий момент посредством шпонок 10.

Для изготовления зубчатых колѐс и валов-шестерѐн применяют качественные углеродистые конструкционные стали марок 40, 45, 50 или легированные конструкционные стали марок 40Х, 45Х, 40ХН, 35ХМ и др. Материал выходного тихоходного вала – стали 40, 45 или легированные стали 40Х, 40ХН.

Опорами валов служат радиальные или радиально-упорные подшипники качения 14. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, возникающие от сил действующих в косозубых передачах. Осевое фиксирование всех валов выполнено по схеме «враспор»: торцы внутренних колец подшипников упираются в буртики вала или распорные кольца 11. Внешние торцы наружных колец подшипников упираются в торцы крышек подшипников. По способу установки крышки подшипников бывают закладные (закладываются в канавки корпуса редуктора - см. рис.2 и 3) и привертные (прикручиваются винтами к корпусу редуктора - см. рис.4). Различают крышки подшипников глухие 9 и сквозные 8 с отверстиями для прохода валов. Если установлены нерегулируемые шариковые подшипники, то для компенсации тепловых деформаций вала между торцом крышки и наружным кольцом подшипника предусматривают зазор 0,2 – 0,5 мм.

Внутренние кольца подшипников установлены на валу с натягом во избежание обкатки кольцом шейки вала, развальцовки посадочных поверхностей и контактной коррозии. Наружные кольца подшипников устанавливают по посадке, обеспечивающей нулевой или небольшой зазор, необходимый при сборке редуктора, а также допускающий осевое перемещение подшипника при тепловом удлинении вала.

Смазка зубчатых колѐс редуктора при окружной скорости колеса V окр ≤ 12,5м/с производится окунанием их в масло, залитое в корпус. Для двухступенчатых редукторов при окружной скоростиV окр ≥1м/с достаточно погружать в масло только колесо тихоходной ступени. ПриV окр ≤ 1м/с в масло должны быть погружены колѐса обеих ступеней редуктора. Вместимость (объѐм) масляной ванны должна быть не менее 0,4…0,7 литра на 1кВт передаваемой мощности во избежание быстрого старения масла и взбалтывания продуктов износа. Уровень масла должен обеспечивать погружение быстроходного колеса в масло приблизительно на две высоты зуба. Контроль уровня масла осуществляется жезловым маслоуказателем 17.

Подшипники смазываются разбрызгиванием масла. На быстроходном и промежуточном валах со стороны шестерѐн перед подшипником устанавливаются маслоотбрасывающие кольца 12, предохраняющие подшипники от переполнения маслом.

Масло заливается через смотровой люк, закрытый крышкой 18. Для слива отработанного масла при его замене в нижней части корпуса имеется маслосливное отверстие, закрытое пробкой 16.

Для устранения утечки масла и попадания внутрь редуктора пыли и влаги в сквозных крышках устанавливаются уплотнения 21. Уплотнительные устройства выполняют контактного и бесконтактного типов. К контактному типу относятся манжетные и войлочные уплотнения (рис.3 а),б) ), к бесконтактному – щелевые (рис.3в) ), центробежные и лабиринтные (рис.4). Для повышения уплотняющего эффекта различные виды уплотнений комбинируют (см. рис.4).

Рис. 4. Лабиринтные уплотнения в комбинации со щелевым а) и манжетнымб)

Отдушина 19 позволяет выравнивать давление внутри корпуса с атмосферным. Входной и выходной валы редукторов имеют цилиндрические (по ГОСТ 12080) или конические (по ГОСТ 12081) концевые участки для установки полумуфт, шкивов, звѐздочек или зубчатых колѐс. Тихоходный выходной вал может оканчиваться зубчатой полумуфтой, выполненной заодно с валом (см.

ис. 5. Размеры концов входных валов.

Редукторы могут иметь различные варианты сборки, отличающиеся расположением входных и выходных валов (оба вала с одной стороны, на различных сторонах редуктора, тихоходный вал выходит на обе стороны и т.п., для двухступенчатых цилиндрических редукторов предусмотрено 9 вариантов сборки).

Лабораторная работа №2

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЗУБЧАТОГО РЕДУКТОРА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ

ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕДАЧ
1. Краткие сведения о зубчатых редукторах

Зубчатым редуктором называется механизм, состоящий из одной или нескольких зубчатых передач, выполненный в виде отдельного агрегата и предназначенный для понижения угловой скорости вращения и увеличения крутящего момента.

Зубчатая передача – механизм, который с помощью зубчатого зацепления передает или преобразует движение с изменением угловых скоростей и моментов. Зубчатые передачи применяют для преобразования и передачи вращательного движения между валами с параллельными и пересекающимися осями, а также для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот.

Зубчатые передачи между параллельными валами осуществляется цилиндрическими колесами . Наиболее распространены прямозубые колёса (около 70%). Они применяются при невысоких и средних скоростях, когда динамические нагрузки в зацеплении невелики, а также в планетарных, открытых передачах и при необходимости осевого перемещения колёс вдоль вала, например в коробках перемены передач автомобилей и металлорежущих станков. Косозубые колёса (более 30%) имеют большую плавность хода, так как одновременно реализуется контакт нескольких зубьев, а при вращении колес зона контакта постепенно перемещается вдоль зуба. Такие колеса применяются для ответственных механизмов при средних и высоких скоростях. Шевронные колёса имеют достоинства косозубых колёс плюс уравновешенные осевые силы и используются в высоконагруженных передачах. Колёса внутреннего зацепления вращаются в одинаковых направлениях и применяются обычно в планетарных передачах.

Передачи между валами с пересекающимися осями осуществляются обычно коническими колесами с прямыми и круговыми зубьями. Зубчатые передачи для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот осуществляются цилиндрическим колесом и рейкой .

Зубчатые передачи, в сравнении с другими механическими передачами, обладают существенными достоинствами . Они имеют малые габариты по сравнению с цепными и ременными передачами; высокий КПД по сравнению с червячными передачами; постоянство передаточного отношения по сравнению с ременными передачами; широкий диапазон моментов, скоростей и передаточных отношений по сравнению с цепными и ременными передачами.

К недостаткам зубчатых передач могут быть отнесены необходимость обеспечения высокой точности изготовления и шум при работе металлических зубчатых колес со значительными скоростями. Полимерные зубчатые колеса способны демпфировать ударные нагрузки и работать относительно бесшумно.

Основным кинематическим условием, которому должны удовлетворять профили зубьев, является постоянство передаточного числа. Кроме того, для обеспечения высокого КПД, прочности и долговечности колес, профили боковых поверхностей должны обеспечивать малые скорости скольжения и достаточные радиусы кривизны в зонах контакта. Чем больше радиус кривизны, тем ниже степень концентрации напряжений на контакте. Формообразование профилей должно быть реализовано простым инструментом, а форма профилей удобна для контроля независимо от числа зубьев колес. Этим условиям наиболее полно удовлетворяет эвольвентное зацепление , когда профиль боковой поверхности зуба описывается эвольвентой. Такие зацепления нашли чрезвычайно широкое применение в машиностроении. Кроме того, эвольвентное зацепление мало чувствительно к отклонениям межосевого расстояния передачи.

Зацепление зубчатых колес эквивалентно качению без скольжения окружностей с диаметрами d  1 и d  2 (рис.1), называемых начальными окружностями .

В качестве основного параметра зубчатого зацепления принят окружной модуль – величина, пропорциональная окружному делительному шагу, который представляет собой расстояние между одноименными профилями соседних зубьев, измеренное по дуге делительной окружности зубчатого колеса. При этом делительной окружностью называется такая окружность, диаметр d которой равняется произведению стандартной величины модуля на число зубьев колеса z . Соответственно окружной модуль представляет собой частное от деления диаметра делительной окружности на число зубьев:

. Отсюда следует, что, при одном и том же диаметре d , чем выше модуль, тем меньше число зубьев, больше шаг зацепления и высота зуба. Таким образом, высота зуба h пропорциональна модулю зацепления:

. Каждое зубчатое колесо может входить в зацепление с колесами того же модуля, имеющими любое число зубьев и любой диаметр. Причем, изменяя модуль, можно изменять все геометрические характеристики зубчатой нарезки при сохранении других размеров передачи, в том числе межцентрового расстояния. Повышая модуль, можно увеличить геометрические параметры зубьев, что позволит повысить передаваемые мощности, но при этом ухудшатся динамические характеристики передачи: повысятся зазоры в зацеплении, ударные нагрузки и шум.

Рис 1. Образование эвольвентных профилей

Модули стандартизованы в диапазоне 0,05…100 мм (ГОСТ 9563-80). Ниже приведены ряды значений модулей, наиболее часто применяемые в машиностроении (1-й ряд следует предпочитать второму):

1-й ряд: 1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40 мм.

2-й ряд: 1,125; 1,375; 1,75; 2,25; 2,75; 3,5; 4,5; 5,5; 7; 9; 11; 14; 18; 22; 28; 36; 45 мм.

Для зубчатых зацеплений в конструкции редукторов также допускают модули: 1,6; 3,15; 6,3; 12,5 мм.

Зубчатые редукторы (рис. 2.) классифицируют по следующим основным признакам:

По типу зубчатых колес – цилиндрические , конические , коническо-цилиндрические ;

По числу ступеней – одноступенчатые , двухступенчатые и т.д.;

По виду кинематической схемы – развернутые , соосные с раздвоенной ступенью и др.

Рис. 2 Схемы зубчатых редукторов

Рис 3 Схема одноступенчатого цилиндрического редуктора
Редуктор состоит из корпуса, в котором размещаются элементы передач (зубчатые колеса, валы, подшипники и др.). ^ Корпус редуктора чаще всего изготавливают литьем , в редких случаях (единичное и мелкосерийное производство) – методом сварки . Конструкции корпуса подразделяются на цельные и разъемные (составные). В цельные корпуса монтаж предварительно собранных валов с зубчатыми колесами и подшипниками проводится через боковые отверстия, которые в дальнейшем закрываются крышками подшипников. В разъемные корпуса такой монтаж проводится при демонтированной крышке редуктора по плоскости разъема.

В зависимости от нагрузочных и скоростных условий работы в конструкции редукторов применяются подшипники скольжения или качения (шариковые или роликовые). Смазка зубчатых передач осуществляется принудительным циркулярным смазыванием с помощью специальной системы смазки или окунанием колес в процессе их работы в масло, которое предварительно наливается в нижнюю часть корпуса редуктора (картер). При этом смазка подшипников осуществляется разбрызгиванием . Для контроля уровня масла в редукторе используют смотровое окошко или щуп.

Рис 4 Чертеж одноступенчатого цилиндрического редуктора

Рис 5 Схема и чертеж двухступенчатого цилиндрического развернутого редуктора





Рис 6 Чертеж двухступенчатого цилиндрического соосного редуктора

Рис 7 Схема и чертеж двухступенчатого коническо-цилиндрического редуктора

^ 2. Порядок выполнения работы
2.1 Провести анализ конструкции натурного образца зубчатого редуктора, выбранного по указанию преподавателя в следующей последовательности:

Снять крышку редуктора и ознакомиться с его конструкцией.

Перечислить конструктивные особенности редуктора: тип зубчатых колес; число ступеней; для двухступенчатого цилиндрического редуктора указать вид кинематической схемы (развернутая или соосная); тип корпуса редуктора; способ изготовления корпуса редуктора; тип подшипников; способ смазки зубчатых передач; способ смазки подшипников; способ контроля уровня масла в редукторе;

2.2 Измерить или получить у преподавателя сведения о геометрических параметрах редуктора: число зубьев шестерни z 1 и колеса z 2 первой (быстроходной) ступени, z 3 и z 4 - соответственно второй ступени; диаметры вершин шестерен d a 1 и d a 3 , высоту зубьев шестерен h 1 и h 3 , ширину ободов колес b 2 и b 4 .

2.3 Выполнить расчет и определение параметров редуктора:

Определить стандартные значения модулей каждой ступени m , как наиболее близкие по значениям к расчетным в большую сторону;

Расчетные значения межосевых расстояний а w корректировать в соответствии с ГОСТ (в сторону больших значений):

1-й ряд..40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 580; 630; 800

2-й ряд………...……71; 90; 112; 140; 180; 224; 280; 355; 450; 560; 710;

2.4 Вычертить кинематическую схему редуктора с простановкой полученных размеров.

Данный тип редукторов комплектуются только цилиндрическими зубчатыми передачами и отличаются числом ступеней и положением валов.

Компоновочные возможности одноступенчатых редукторов ограничены и отличаются расположением осей валов в пространстве. Диапазон передаточных чисел u =1,6…6,3. Угол наклона косозубых передач =8 0 …22 0 .

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.1. Корпус редуктора типа КЦ1 новой конструкции

Рис.2. Редуктор типа Ц1У - - -12К

Рис.3. Редуктор типа Ц1УВ – - -15К

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

Рис.4. Горизонтальные редукторы типа 1Ц2У

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.

Наибольшее распространение имеет развернутая схема за счет рациональной унификации деталей редуктора. Так, например, шестерни, колеса и валы можно использовать для изготовления редукторов нескольких типоразмеров. 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.

Развернутую схему целесообразно использовать до = 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.

В соосной схеме 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 , поэтому быстроходная ступень редуктора является недогруженной и соответственно более мощной. Соосные редукторы очень удобны для использования в машинах с повторно-кратковременным режимом работы. К недостатку соосных редукторов следует отнести некоторое усложнение конструкции опоры быстроходного и тихоходного вала, расположенной внутри редуктора.

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.

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.

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.

В двухступенчатых редукторах расположены три вала. Первый из них, расположенный ближе к двигателю, называется ведущим и имеет индекс 1 (например, d 1); второй вал является промежуточным и имеет индекс 2 (например, d 2); третий вал называется ведомым и имеет индекс 3 (например, d 3). Ведущий и промежуточный валы образуют быстроходную ступень, имеющую индекс 1 или б (а 1 , U 1 или а б, U б), промежуточный и ведомый валы образуют тихоходную ступень, имеющую индекс 2 или т (а 2 , U 2 или а т, U т). Шестерни и червяки имеют нечетные индексы, колеса - четные индексы. Например, шестерня, расположенная на ведущем валу, имеет индекс 1 (d 1 , z 1 , HB 1), а шестерня, расположенная на промежуточном валу, имеет индекс 3 (d 3 , z 3 , HB 3). Колесо, расположенное на ведомом валу имеет индекс 4 (d 4 , z 4 , HB 4).

Рис. 5. Кинематические схемы цилиндрических редукторов

Редукторы, выполненные по развернутой схеме, весьма технологичны, имеют малую ширину, допускают унификацию с редукторами типов Ц1У, Ц3У, КЦ1, КЦ2 и ЧЦ.

Необходимо отметить, что, если в редукторах типа 1Ц2У старой конструкции угол наклона зубьев составлял 8 0 06 " 34 " (), 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 11 0 31 " 42 " () 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 (рис.6).

Рис. 6 Сборочный чертеж общего вида редуктора типа Ц2У

Если у редукторов типа Ц2 (Ц2Ш) быстроходная ступень представляла раздвоенную косозубую передачу (разнесенного шеврона), а тихоходная ступень – косозубую передачу до =710 мм и шевронную свыше >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 =29 0 32 " 29 " , а тихоходная ступень – раздвоенная косозубая с углом наклона =8 0 6 " 34 " .

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

Редукторы служат для понижения частоты вращения (тихоходного вала по отношению к быстроходному) и повышения вращающего момента на тихоходном валу.

Редуктор одноступенчатый цилиндрический

Совместно с фланцевым электродвигателем редуктор составляет мотор-редуктор. Тихоходный вал с напрессованным на него колесом с внутренними зубьями установлен в корпус через окно на боковой стенке. Шестерня расположена на конце вала электродвигателя, что уменьшает размеры мотор-редуктора. Система смазывания зацепления картерная, подшипники смазываются маслом, разбрызгиваемым зубчатым колесом.

Редуктор двухступенчатый цилиндрический, выполненный по развернутой схеме

У этого редуктора горизонтальная плоскость разъема корпуса. Для установки валов использованы роликовые конические подшипники, которые регулируют нажимными шайбами и винтами, размещенными в закладных крышках. Соединение зубчатых колес с валами выполнено призматическими шпонками. В редукторе применены торцовые уплотнительные устройства.

Редуктор двухступенчатый цилиндрический, выполненный по развернутой схеме с корпусом без разъема

Такая конструкция корпуса обеспечивает уменьшение массы редуктора и повышает жесткость корпуса, но несколько усложняет технологию изготовления деталей и сборку. Зубчатые колеса и тихоходная шестерня установлены через окно в верхней стенке корпуса и соединены с валами при помощи шлицев. Сборка деталей на промежуточном и тихоходном валах завершается установкой подшипника внутри корпуса. В качестве опор использованы шариковые радиальные подшипники и привертные крышки.

Редуктор двухступенчатый цилиндрический с шевронными колесами

Быстроходная ступень выполнена раздвоенной. Тихоходный вал зафиксирован в осевом направлении роликовыми коническими подшипниками, которые регулируют винтом с нажимной шайбой. Быстроходный и промежуточный валы плавающие, установлены в опорах на роликовых цилиндрических подшипниках. Для передачи моментов с зубчатых колес на валы использованы соединения с натягом. Корпус редуктора имеет горизонтальную плоскость разъема, крышки подшипников закладные, в качестве уплотнительных устройств использованы манжеты.

Редуктор двухступенчатый цилиндрический с шевронными колесами и корпусом без разъема

В данной конструкции промежуточный вал зафиксирован роликовыми коническими подшипниками, которые регулируют при помощи металлических прокладок под фланцами привертных крышек. Быстроходный и тихоходный валы плавающие. Шлицевые соединения колес и шестерен с промежуточным и тихоходным валом обеспечивают передачу вращающих моментов. Особенности конструкции редуктора без разъема корпуса редуктора приведены на листе 10.3.

Редуктор двухступенчатый цилиндрический соосный

Соосные редукторы обычно более удобны при компоновке привода, чем редукторы, выполненные по развернутой схеме, но имеют большую ширину корпуса из-за необходимости размещения опор быстроходного и тихоходного валов на одной оси. Опоры быстроходного и тихоходного валов расположены в стенке внутри корпуса. Редуктор выполнен с разъемом по осям валов, крышки подшипников закладные. В качестве опор валов служат шариковые радиальные подшипники, установленные враспор. Конструкция характерна благоприятными условиями смазывания передач, так ка зубчатые колеса погружены в масло примерно на одну и ту же глубину.

Редуктор двухступенчатый цилиндрический соосный с осями валов, расположенными в вертикальной плоскости

Такое расположение осей валов позволяет уменьшить занимаемую редуктором площадь, но усложняет условия смазывания тихоходной передачи. Редуктор совместно с фланцевым электродвигателем составляет мотор-редуктор. Шестерня быстроходной передачи установлена на конце вала электродвигателя, а подшипники тихоходного вала — в приливе корпуса, что позволяет отказаться от промежуточной стенки внутри корпуса. Подшипник с пружинным кольцом на наружном кольце фиксирует тихоходный вал в осевом направлении, другой подшипник является плавающим. Для смазывания тихоходной передачи предусмотрена пластмассовая смазочная шестерня.

Редуктор двухступенчатый цилиндрический соосный с тихоходной ступенью внутреннего зацепления

Использование внутреннего зацепления позволяет уменьшить размеры редуктора, но вынуждает располагать шестерню тихоходной передачи на консоли. Промежуточный вал фиксируется в осевом направлении шариковым радиальным подшипником, расположенным в стакане, другой подшипник является плавающим. Подшипники на быстроходном и тихоходном валах установлены враспор.

Редуктор двухступенчатый цилиндрический соосный двухпоточный внешнего зацепления

Использование двух- и трехпоточных редукторов позволяет уменьшить их массу и габаритные размеры благодаря равномерному распределению нагрузки между потоками, которое обеспечивают специальными устройствами. Редуктор совместно с фланцевым электродвигателем составляет мотор-редуктор. Быстроходная шестерня находится на валу электродвигателя. Шариковые радиальные подшипники на промежуточных и тихоходном валах установлены враспор. Торсионные валы обеспечивают выравнивание нагрузки между потоками.

Редуктор двухступенчатый цилиндрический соосный двухпоточный с тихоходной ступенью внутреннего зацепления

Этот редуктор имеет горизонтальную плоскость разъема. Равномерность распределения нагрузки между потоками обеспечивается шевронной быстроходной ступенью.

Редуктор двухступенчатый цилиндрический соосный двухпоточный с тихоходной ступенью внутреннего зацепления без разъема корпуса

Валы и колеса установлены через окна в боковых стенках корпуса редуктора, выравнивание нагрузки обеспечивают пружины сжатия, встроенные в быстроходные колеса.

Редуктор двухступенчатый цилиндрический соосный трехпоточный

Корпус редуктора имеет боковые крышки, что обеспечивает удобство монтажа валов и колес. Опоры быстроходного и тихоходного валов размещены в стенке внутри корпуса.

Редуктором является отдельный механизм с передачей зацеплением. Он обеспечивает уменьшение частоты вращения с пропорциональным увеличением крутящего момента. Редуктор цилиндрический характеризуется параллельными осями валов и зубчатыми передачами между колесами.

Классификация

Типы цилиндрического редуктора разделяются по нескольким признакам.

1. Количество передач - от одной до четырех.
2. Механизмы с параллельными валами и соосные. У последних расстояние между осями на входном и выходном валах меньше чем межосевое расстояние передач.
3. Установка на лапах, на фланце или насадная (выходной вал - полый).
4. Расположения валов в пространстве горизонтальные и вертикальные.

Достоинства цилиндрических редукторов

Группа наиболее распространена, благодаря ряду преимуществ.

1. Высокий КПД, составляющий 95-98 %. С увеличением количества ступеней его величина несколько снижается. Низкие потери энергии вызваны небольшими силами трения в процессе работы.
2. Высокая нагрузочная способность. При подходящих габаритах редуктор цилиндрический способен пропустить через себя и передать на расстояние значительную мощность. Конструктивные особенности механизмов не создают заеданий в зацеплениях. В большинстве устройств потерями пренебрегают, но в крупных и высокоскоростных агрегатах их необходимо учитывать.
3. Незначительный люфт вала на выходе позволяет достичь высокой кинематической точности механизма.
4. Отсутствие больших потерь энергии не приводит к перегреву агрегата. Основная мощность передается от привода к потребителю. На нагрев идет незначительная доля энергии, не вызывающая сильный нагрев деталей. Для большинства передач не нужны системы охлаждения.
5. Надежная работа при динамических воздействиях (частые пуски, неравномерные нагрузки). В связи с этим цилиндрические редукторы широко применяются в оборудовании, где на рабочие органы действуют значительные импульсные нагрузки: дробилки, измельчители, шредеры и др. Преимущество обеспечивается за счет небольшой величины трения скольжения, благодаря которому мало изнашиваются детали. Высокий ресурс валов, передач и подшипников.
6. Большой выбор устройств с разными передаточными числами.

Недостатки цилиндрических редукторов

Наряду с достоинствами, цилиндрический тип передач имеет недостатки.

1. Одна ступень не обеспечивает большое передаточное число. Минимальное количество зубьев колеса равно 17. Это требует значительного увеличения габаритов при максимально возможных передаточных числах (до 1:12.5).
2. Высокий уровень шума, создаваемого при поочередном входе в контакт пар зубьев. Простейшая конструкция, когда они прямые. Контакт здесь происходит по всей длине зуба. Это обеспечивает передачу большой мощности, но также значительный износ и повышенный шум при вращении. В косозубых зацеплениях захват каждого последующего звена производится постепенно, что снижает вибрацию и удары. При этом требуются меньшие усилия для вращения вала.
3. Нет самоторможения. Наружная нагрузка может вращать выходной вал, что не всегда целесообразно. В одном случае это является недостатком, в другом - преимуществом.
4. Зубчатые колеса обладают высокой жесткостью и не дают возможности компенсировать динамические нагрузки.

Применение цилиндрических редукторов

Благодаря высокому КПД, цилиндрические редукторы наиболее распространены. Их используют в приводах прокатных валков, металлообрабатывающих станков, мешалок и др. Нагрузка может быть равномерной, переменной, реверсивной, однонаправленной. Другие типы передач применяются, когда необходимо обеспечить особые условия: плавный ход, высокое передаточное число при небольших габаритах, угловую компоновку привода.

Редукторы применяются для следующих целей:

• ступенчатое снижение скорости вращения - коробка передач;
• бесступенчатое изменение угловой скорости - вариатор;
• преобразование низкой скорости в высокую - мультипликатор;
• совмещение с двигателем в одном блоке - мотор-редуктор.

Редуктор с одной ступенью

Больше распространен редуктор цилиндрический одноступенчатый горизонтального исполнения.

Вертикальные модели также применяются. Та или иная конструкция связана с удобством компоновки привода. Колеса выполняются с прямыми, косыми или шевронными зубьями. Корпус цилиндрического редуктора изготавливается из чугунного литья или делается сваренным из стали.

Применяются подшипники качения и реже - скольжения (для тяжело нагруженных передач).

Редуктор цилиндрический горизонтальный имеет передаточное число не выше 6.3. Дальнейший рост передаточного числа (допускается его увеличение до 12.5) нерационально увеличивает габариты агрегата. Если редуктор цилиндрический одноступенчатый превышает допустимые габариты, применяют устройство меньшего размера с 2 ступенями.

Двухступенчатый редуктор

Распространены механизмы горизонтального типа. Редуктор цилиндрический двухступенчатый содержит ведущий, промежуточный и ведомый валы. Первая ступень называется быстроходной, а вторая - тихоходной.

Рациональная двухступенчатая конструкция цилиндрического редуктора имеет передаточное число не более 50. При дальнейшем его увеличении значительно увеличиваются масса и габариты устройства. Для больших передаточных чисел рекомендуется применять трехступенчатый тип.

Редуктор цилиндрический двухступенчатый может быть выполнен с раздвоенной, сосной или развернутой схемой. Последняя наиболее распространена из-за простоты конструкции. Несимметричное размещение колес приводит к неравномерной нагрузке на подшипники и зубья.

При раздвоенной быстроходной ступени с противоположным наклоном зубьев на колесах осевые усилия уравновешиваются, а окружные - выравниваются за счет самоустановки ведущего вала.

Компоновка редукторов

Быстроходная ступень выполняется чаще косозубой, а тихоходная - прямозубой. Для массового производства косозубых передач принято изготавливать шестерни с левым направлением зуба, а колеса - с правым. В производстве мелкими сериями шестерни первой ступени изготавливают как обычно, а второй - с правым направлением. За счет этого происходит уравновешивание осевых сил на промежуточном валу.

Если требуется передавать крутящий момент, не зависящий от угла подведения, применяются конически-цилиндрические передачи. Вертикальные устройства изготавливаются червячно-цилиндрического типа. У них ниже КПД, поэтому редукторы применяются преимущественно при кратковременных режимах работы.

Развернутая схема больше распространена, так как компоненты механизма (валы, колеса, шестерни) используются для изготовления нескольких типоразмеров редукторов. Недостатком является повышенная концентрация напряжений на рабочем участке зуба, что требует применения жестких валов.

Редукторы с раздвоенной схемой имеют массу на 20 % меньше, благодаря большей компактности.

Смазывание редукторов

В зацепление редуктора подается жидкое масло. Применяются следующие способы смазывания.

1. Картерный - погружение в масляную ванну, если скорость не выше 10 м/с. При дальнейшем ее увеличении значительно возрастают потери энергии на разбрызгивание масла. Зубчатое колесо находится нижней частью на глубине двух-трех высот зуба.
2. Картерный проточный: с одной стороны в ванну агрегата подается масло, а с другой - отводится. При этом производится охлаждение масла.
3. Централизованный (струйный). Способ применяется при максимальной окружной скорости передачи более 10 м/с. Масло подается насосом к зацеплению и подшипникам. При этом оно очищается в сетчатых или пластинчатых фильтрах и охлаждается водой через стенки трубчатых холодильников.
4. Комбинированный: одна ступень может смазываться централизованно, а другая - картерным способом.

Вертикальные редукторы

Вертикальные схемы требуются для механизмов, которые не могут работать с применением обычных горизонтальных передач. Вертикальный цилиндрический редуктор от одной до трех ступеней чаще всего применяют в механизмах, работающих в крановых режимах. Его можно эксплуатировать также в наклонном положении.

Ступени обычно выполняются с косозубыми передачами. Колеса и шестерни изготавливаются из кованых легированных сталей с термообработкой. В качестве опор применяются однорядные конические роликоподшипники.

Производители

Отечественное производство заметно отстает от зарубежного. Импортные модели поступают на российский рынок без адаптации к местным условиям. Традиционные российские редукторы представляют собой предельно упрощенные конструкции, что дает им возможность хоть как-то снизить цены и поддержать спрос. Потребитель все больше убеждается в их низкой надежности, предпочитая приобретать импортные изделия. Отечественный редуктор цилиндрический обладает следующими недостатками:

• отсутствие чистовой и отделочной операций по обработке поверхности зубьев;
• низкая мощность и крутящий момент, недолговечность и недостаточная надежность;
• существенное ограничение разнообразия конструкций, что не дает возможности применять их в современных машинах и механизмах с многофункциональным приводом.

Очень мало предприятий занимается совершенствованием отечественных изделий, улучшая их показатели до зарубежного уровня. Среди них выделяется НТЦ «Редуктор», главным направлением которого является модернизация типовых изделий за счет применения достижений науки о редукторах и внедрения зарубежных новинок.

Заключение

Редуктор цилиндрический наиболее распространен благодаря своим преимуществам, основными из которых являются небольшие габариты, высокий КПД и долговечность. Они проявляются при точном изготовлении механизмов за счет применения качественных материалов и современных способов обработки деталей.