2.4 Описание конструкции цилиндрического редуктора
Редуктор состоит из массивного чугунного корпуса, узлов зубчатых колес и шестерен с опорами, крышек подшипников и регулировочных колец (рисунок 2.2).
Рисунок 2.2 – Конструкция двухступенчатого цилиндрического
редуктора с развернутой схемой
КОРПУС служит для размещения в нем деталей передач, для заливки смазки зубчатых колес и подшипников, предохранения их от загрязнения и для восприятия усилий, возникающих в процессе работы механизма. Корпус должен быть достаточно прочным и жестким, так как в случае его деформации возникает перекос валов, что может привести к повышенному износу зубьев вследствие неравномерности распределения нагрузки и даже к поломке. Для повышения жесткости корпус усиливают ребрами, расположенными на участках размещения опор валов. Для удобства монтажа корпус выполнен разъемным. Плоскость разъема горизонтальна и проходит через оси валов. Нижняя часть корпуса 1 называется картером, верхняя 2 – крышкой. На крышке имеется смотровое окно 3, закрытое прямоугольной крышкой с отдушиной 4, которая служит для выравнивания давления внутри корпуса редуктора с атмосферным. В картере 1 имеется пробка 5 для слива масла и щуп 6 для замера его уровня. Картер и крышку скрепляют болтами 7, 8.
ЗУБЧАТЫЕ КОЛЕСА служат для передачи вращательного движения. В редукторе могут быть цилиндрические прямозубые или косозубые колеса. По сравнению с прямозубыми косозубые передачи имеют повышенную нагрузочную способность и работают более плавно.
Колеса 10, 11 насаживают на вал по посадке, гарантирующей натяг в сопряжении, или используют шпонки 12, 13. В отдельных случаях шестерни изготавливают заодно с валом, получая так называемые валы-шестерни.
ПОДШИПНИКИ
14, 15, 16 служат для поддержки вращающихся валов. Подшипник качения состоит из внутреннего и наружного колец с желобами для качения шариков, комплекта шариков (роликов) и сепаратора, удерживающего шарики (ролики) на
определенном расстоянии друг от друга. Подшипник надевают на вал неподвижно и вставляют в корпус по посадке с зазором.
КРЫШКИ ПОДШИПНИКОВ 17–21 служат для предотвращения попадания пыли и грязи внутрь корпуса и в подшипниковые узлы.
БОЛТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ служат для скрепления корпуса и крышки редуктора.
ШТИФТЫ 9 предназначены для точного фиксирования положения крышки относительно корпуса редуктора при совместной расточке гнезд под подшипники и при сборке редуктора.
СМАЗКА РЕДУКТОРА в настоящее время в машиностроении широко применяется циркуляционная и картерная. В данной конструкции редуктора применена картерная смазка, которая осуществляется окунанием зубчатых колес в масло, заливаемое в картер редуктора. Смазка подшипников может быть густая (пластичная), и осуществляемая разбрызгиванием масла. Способ смазки выбирается с учетом окружной скорости зубчатых колес.
2.5 Порядок выполнения работы
2.5.1
Разборка редуктора и ознакомление с конструкцией и назначением
отдельных узлов
Разборка одного из редукторов, указанных преподавателем, производится в следующем порядке: развинчивают болты крепления корпуса, поднимают крышку, используя отжимной болт. Поскольку крышка редуктора является тяжелой деталью, редуктор может перед началом работы находиться в разобранном виде, что дает возможность сразу приступить к знакомству с конструкцией и назначением деталей и узлов редуктора (валов, крышек, регулировочных колец, щупа масломера, сливной пробки).
2.5.2 Определение геометрических параметров быстроходной или тихоходной ступеней цилиндрического зубчатого редуктора
Для решения этой задачи необходимо провести ряд точных замеров с помощью штангенциркуля с точностью до 0,1 мм и вычислить параметры зацепления (рисунок 2.3). Для определения параметров каждой ступени редуктора необходимо сосчитать количество зубьев шестерни 
и колеса 
каждой ступени, измерить диаметры вершин зубьев 
, ширину колес , межосевые расстояния 
, наружные диаметры подшипников 
, внутренние диаметры подшипников 
, ширину подшипников 
.
Рисунок 2.3 – Основные геометрические параметры зубчатого зацепления
2.5.2.1
Модуль зубчатых колес –
основная характеристика размеров зубьев.Модуль 
– величина, пропорциональная шагу 
по делительному цилиндру, измеренная в миллиметрах:
.
Для косозубых передач определяют торцовые и нормальные шаги и модули.
Шаг в торцовом сечении 
– это расстояние между одноименными точками профилей соседних зубьев, измеренное по дуге делительной окружности зубчатого колеса.
Нормальный шаг 
– кратчайшее расстояние по делительному цилиндру между одноименными точками двух соседних зубьев в сечении, перпендикулярном зубу: 
,где
– угол наклона зубьев по делительному цилиндру. Соответственно, нормальный модуль: 
.
Для прямозубых передач торцовые и нормальные шаги, и соответственно, модули совпадают. Модули стандартизированы (таблица 2.1).
Таблица 2.1 – Стандартные модули зубчатого зацепления
| № ряда | |
| 1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25 |
|
| 1; 1,25; 1,375; 1,75; 2,25; 2,75; 3,5; 4,5; 5,5; 5,7; 9; 11; 14; 18; 22 |
,для косозубых 
, где
– делительный диаметр колеса, мм; 
– число зубьев.
Так как делительный диаметр колеса невозможно непосредственно замерить, то модуль колеса, а также некоторые его геометрические размеры, можно определить косвенно, пользуясь выражениями:
а) для прямозубых колес 
, 
;б) для косозубых колес 
;в) 
;г) h
=
2,25 m
,где 
–
диаметр колеса по вершинам зубьев, мм; 
–
диаметр колеса по впадинам зубьев, мм; h
–
высота зуба.2.5.2.2 Передаточное число зубчатой передачи –
отношение числа z
2 зубьев большего колеса к числу z
1 зубьев меньшего (шестерни)
.
Передаточное число редуктора равно произведению передаточных чисел всех его ступеней. Для двухступенчатого редуктора:
,где 
– передаточное число быстроходной ступени; 
– передаточное число тихоходной ступени.2.5.2.3 Межосевое расстояние передач – расстояние между осями ведущего и ведомого колес –
определяется по формулам: 
, 
где индексы 1 и 2 соответственно относятся к шестерне и колесу.Межосевое расстояние передачи можно замерить штангенциркулем, угол наклона зубьев –
угломером или вычислить через тригонометрические функции. Модуль зубчатых колес можно определить по формулам:а) для прямозубых передач 
;б) для косозубых передач 
. Так как угол 
в лабораторных условиях трудно определить достаточно точно, значение 
может отличаться от стандартного значения. Приняв ближайшее стандартное значение модуля из таблицы 2.1, в обратном порядке рассчитывают фактическое значение угла (с точностью до секунд) и другие геометрические параметры передач. Результаты расчетов и измерений внести в таблицу 2.2.
Таблица 2.2 – Параметры зубчатого зацепления
| Параметры | Быстроходная ступень | Тихоходная ступень |
| Измерения: | ||
| Количество зубьев | ||
Диаметр вершин зубьев  | ||
| Ширина колеса | ||
Межосевое расстояние  | ||
| Наружный диаметр подшипника | ||
| Внутренний диаметр подшипника | ||
| Ширина подшипника | ||
| Расчетные значения: | ||
Передаточные числа ступеней, ,  | ||
Общее передаточное число редуктора  | ||
Торцовый модуль  | ||
| Угол наклона | ||
Нормальный модуль  | ||
| Диаметры делительных окружностей колеса и шестерни | ||
| Межосевое расстояние | ||
| Высота h зуба |
д) выводы и заключения.
3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.
ИССЛЕДОВАНИЕ
ХАРАКТЕРИСТИК РЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ
(4 часа)
Цель работы: экспериментальное определение зависимости ременной передачи от нагрузки (момента на ведомом шкиве), натяжения ремня, передаточного числа u .
Оборудование : специальная установка; штангенциркуль, линейка.
3.1 Общие сведения
Ременная передача относится к передачам трением с гибкой связью. Передача (рисунок 3.1) состоит из ведущего 1 и ведомого шкивов 2, огибаемых ремнем 3, натяжного устройства 4. Нагрузка передается силами трения, возникающими между шкивом и ремнем вследствие натяжения последнего. В зависимости от формы поперечного сечения ремня передачи бывают плоскоременные (рисунок 3.1б ), круглоременные (рисунок 3.1в ), клиновые (рисунок 3.1г ), поликлиновые (рисунок 3.1д ).
Рисунок 3.1 – Схема ременной передачи
Достоинства ременной передачи:
простота конструкции и малая стоимость;
Возможность передачи мощности на значительные расстояния;
плавность и бесшумность работы;
уменьшение вибрации из-за упругой вытяжки ремня.
Недостатки ременной передачи:
малая долговечность ремня;
большие нагрузки на валы и опоры от натяжения ремня;
непостоянство передаточного отношения из-за упругого проскальзывания ремня.
Применяют ременную передачу в сочетании с другими передачами на быстроходных ступенях привода.
Передаваемая мощность – до 50 кВт, скорость ремня v = 5…50 м/с.
Основными геометрическими характеристиками (см. рисунок 3.1) ременных передач являются:
1) межосевое расстояние а ; впоследствии межосевое расстояние а уточняется при окончательно установленной длине ремня;
2) расчетная длина ремня l ;
3) угол обхвата ремнем малого шкива 1 .
3.1.1 Силы в передаче и напряжения в ремне
Для возникновения трения между ремнем и шкивом создают предварительное натяжение F 0 .
При приложении рабочей нагрузки Т 1 натяжение ведомой ветви снижается до величины F 2 , ведущей повышается до величины F 1 :
F 1 = F 0 + D F ; F 2 = F 0 – D F,
F 1 + F 2 = 2F 0 ;
окружная сила на шкиве:
F t = F 1 – F 2 .
Решая совместно два последних уравнения, получим:
F 1 = F 0 + F t / 2 ; F 2 = F 0 – F t / 2 .
При обегании ремнем шкивов в ремне возникает центробежная сила:
F v = rАv 2 ,
где А – площадь сечения, м 2 ; r – плотность материала, кг/м 3 ; v – скорость ремня, м/с.
Силы натяжения ветвей ремня нагружают валы и подшипники (рисунок 3.2а ).
Рисунок 3.2 – Силы в ветвях ремня: а ) T 1 <0; б ) T 1 >0
Равнодействующая сила F n = 2F 0 sin (a / 2).
Обычно величина F n в 2– 3 раза больше величины F t .
При работе ременной передачи от действующих сил возникают напряжения в материале ремня. Максимальное напряжение в ремне возникает в месте его набегания на малый шкив. Так как при перемещении ремня напряжение изменяется по величине, материал ремня со временем разрушается от усталости, здесь же возникают максимальные напряжения изгиба.
3.1.2 Скольжение ремня. Тяговая способность ременных передач
При передаче движения ремнем наблюдается проскальзывание ремня по поверхности шкива. Проскальзывание увеличивается с ростом нагрузки. В пределе может наступить пробуксовка ремня и передача движения прекратится.
Проскальзывание характеризуется коэффициентом проскальзывания E . При этом передаточное число:
u = 1 / 2 = d 1 / d 2 (1 - E ) ,
где 1 , 2 – угловая скорость вращения шкивов; d 1 , d 2 – диаметр шкивов.
Величина E зависит от нагрузки, угла обхвата ремнем шкива и от натяжения ремня.
3.2.1 Устройство и принцип работы установки
Основные элементы конструкции установки приведены на рисунке 3.3.
На литом основании 1 установки размещены: кронштейн 2 балансирной системы электродвигателя и подставка 15 с нагрузочным устройством. На кронштейне 2 балансирно в шарикоподшипниках установлен корпус электродвигателя 4.
На валу двигателя установлен ведущий двухступенчатый шкив 8.
Узел ведомого шкива смонтирован на подставке 15. В верхней части подставки в направляющих установлен ползун 20. В ползун вмонтирована ось, на которой шарнирно при помощи двух шарикоподшипников установлен корпус. К корпусу крепится нагрузочное устройство 10, вал которого сочленяется с валом двухступенчатого ведомого шкива 11. Вал ведомого шкива установлен в корпусе на двух шарикоподшипниках. К корпусу крепится рычаг 12, при нагружении которого создаётся момент вращения относительно оси, в результате чего корпус вместе с валом ведомого шкива может перемещаться в направлении от ведущего шкива, создавая тем самым дополнительное натяжение ремня.
При помощи ручки 13 производится перемещение ползуна 20 вместе с корпусом, за счет чего создаётся предварительный натяг ремня.
Ручкой 14 производится фиксация ползуна в направляющих при выбранном предварительном натяжении ремня. К валу нагрузочного устройства со стороны, противоположной ведомому шкиву, крепится рычаг, который своим концом создаёт усилие, приложенное к пружине. Величина деформации плоской пружины измеряется индикатором 27, установленным в кронштейне 9.
На валах ведущего и ведомого шкивов закреплены коллекторы контактных устройств. Сигналы, снимаемые с коллекторов контактных устройств, позволяют определить с помощью счётчиков 19 и 23 количество оборотов ведомого и ведущего валов. На панели 16 установлены: выключатель 26 общего питания установки, выключатель двигателя 25, регулятор скорости 24, счётчик оборотов ведущего вала 23, счётчик оборотов ведомого вала 19, выключатель цепей управления счётчиков 22, переключатель сигналов с контактных устройств 21 на счётчики, выключатель цепи возбуждения нагрузочного устройства 18 и регулятор тока возбуждения нагрузочного устройства 17.
На задней стороне основания прибора установлена клемма заземления и выведен кабель с вилкой на конце для подключения прибора к источнику питания.
Нагрузочное устройство представляет собой магнитный порошковый тормоз, принцип действия которого основан на свойстве намагниченной среды оказывать сопротивление перемещению в ней ферромагнитных тел.
В качестве намагниченной среды в конструкции применена жидкая смесь минерального масла и железного порошка.
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.
С того самого момента как человечество освоило колесо возникла необходимость в передаче крутящего момента с одного элемента на другой. Еще великий Леонардо да Винчи в своих чертежах пытался изобразить подобные механизмы. Изобретение двигателя внутреннего сгорания дало толчок к новым изобретениям, в том числе и механизма, способного преобразовывать крутящий момент с одной скорости в другую. Однако только лишь в наше время люди изобрели такой механизм, называется он цилиндрический редуктор. Что это такое? Каких видов бывает? Для чего конкретно он служит?
Что такое редуктор цилиндрический
Название цилиндрический редуктор появилось вовсе не от цилиндрической формы агрегата. Своим названием редуктор обязан цилиндрической схеме работы механизма. Внутри редуктора расположены несколько передаточных колес, имеющих цилиндрическую или коническую форму.
Слово редуктор является транслитерацией латинского слова reductor, что означает отводящий (приводящий) назад. Таким образом дается представление об основной способности редукторов. Передача в редукторах бывает прямая, цепная либо зубчатая.
Редуктором цилиндрическим называется механизм, созданный с целью передачи и преобразования крутящего момента. Данный механизм способен эффективно преобразовывать высокую угловую скорость. Преобразование происходит в более низкую скорость. При подсоединении к конструкции непосредственно мотора редуктор называется еще и цилиндрический мотор редуктор. Передача крутящего момента происходит в разных плоскостях и под разным углом валов друг к другу. В параллельной плоскости движения валов зубчатых цилиндрических редукторах выделяют:
- Прямозубый цилиндрический редуктор и
- Косозубый цилиндрический редуктор
Прямозубый цилиндрический редуктор выполняется с прямой формой зубьев вращательного элемента. Благодаря этому процесс зацепления происходит по всей длине зуба. Такие прямозубые передачи применяются в редукторах открытого типа. Прочное зацепление обеспечивает высокую мощность, однако приводит к преждевременному износу крутящих элементов (например, самих зубьев). При расчете цилиндрического прямозубого редуктора также учитывается повышенный шум, который создают при вращение зубья редуктора. Выделяются одноступенчатый прямозубый цилиндрический редуктор, двухступенчатый, трехступенчатый и так далее. Ступени означают количество передач в редукторе.
Косозубые цилиндрические редукторы отличаются непрямой формой зубьев, что позволяет производить постепенный захват каждого последующего зуба. Снижается шум и вибрации. Увеличивается коэффициент полезного действия. Выполнение вращения вала при такой передаче происходит с меньшим усилием. Выделяется одноступенчатый цилиндрический косозубый редуктор, а также двухступенчатый, трехступенчатый и так далее.
Конструктивные особенности
Плоскостное различие в размещении валов является не существенным. Основными факторами различия являются внутренние конструктивные особенности передачи крутящего момента. Среди цилиндрических редукторов конструктивно выделяют:
- редуктор коническо-цилиндрический
- редуктор червячно-цилиндрический
Коническо-цилиндрический редуктор
Коническо-цилиндрический редуктор является классическим видом цилиндрического редуктора. Основное назначение такого редуктора заключается в преобразовании или изменении скорости вращения валов. Коническая форма рабочих частей позволяет также эффективно передавать крутящий момент от одного вала к другому независимо от угла подведения. Цилиндрический редуктор конического типа характеризуется высоким коэффициентом полезного действия и надежность в работе. Данные свойства агрегата напрямую влияют на технические характеристики механизма, в котором установлен редуктор. Например, от количесва передач в механизме зависит производительность. Поэтому выделяют одноступенчатый цилиндрический редуктор и многоступенчатые редукторы.
Показательным примером такого редуктора является горизонтальный цилиндрический одноступенчатый редуктор. Применяется такой редуктор при следующих условиях:
Частота вращения цилиндрического редуктора не должна номинально превышать скорость в 1800 об/мин. Габариты такого редуктора отличаются малыми компактными размерами и весом всего до 250 килограмм.
Редуктор червячно-цилиндрический
Редуктор червячно-цилиндрический является конструктивной разновидностью классического цилиндрического редуктора. Как правило, данный цилиндрический редуктор собирается в вертикальной плоскости и состоит из мотора-редуктора и вала, которому он передает крутящий момент. Однако возможно и горизонтальное исполнении. Исполняется это прямым крепежом, либо через специальный фланец. От вида прикрепления зависят некоторые характеристики работы механизма.
Вариант прямого соединения подразумевает жесткий ход вала. Это возможно благодаря соединительной муфте. Она соединяет пусковой вал со специальной многозаходной червячной ступенью. Таким образом цилиндрический редуктор получает прирост коэффициент полезного действия без дополнительных энергозатрат, связанных с пуском механизма. Однако по сравнению с коническим редуктором данная червячная передача имеет относительно низкий коэффициент полезного действия. Поэтому используются такие редукторы только при повторно-кратковременных режимах работы механизма.
Крайне редко червячная передача встречается в двухступенчатыч цилиндрических редукторах. Причина - низкий коэффициент полезного действия и дороговизна производства. Чаще встречаются трехступенчатые цилиндрические редукторы которые конструктивно отличаются не только количеством ступеней, но и в наличием соосности.
Цилиндрический редуктор червячно-цилиндрического типа предназначен для восприятия высоких аксиальных и радиальных нагрузок. При этом производительные характеристики агрегата не меняются. Особенно стабильно редуктор работает на тихом ходу. Основным достоинством такой системы передачи крутящего момента является его относительная бесшумность.
Цилиндрические редукторы постоянного тока
Данный подвид редукторов не является новаторским с точки зрения конструкции. Его огромное преимущество заключается в другом. Редуктор постоянного тока чрезвычайно надежен с точки зрения пусковых характеристик. Цилиндрический редуктор такого типа характеризуется стабильной работой при перегрузках.
Понятие соосности в цилиндрических редукторах
Расстояние между осями редуктора тоже играет немаловажную роль. Так, например, двухступенчатый соосный цилиндрический редуктор является более надежным и производительным. Объясняется это понятием соосности, то есть меньшим расстоянием между осями валов (входного и выходного), чем расстояние межосевых передач (ступеней). Соосные редукторы выпускаются с прямым углом подведения валов.
Преимуществом соосной системы редукторов можно назвать недогруженность быстроходного вала, что естественным образом увеличивает его мощность, а значит и коэффициент полезного действия. Среди недостатков можно отметить некоторую усложненность конструкции редуктора, особенно его быстроходного вала.
Таблица коэффициента полезного действия цилиндрических редукторов
Применение цилиндрических редукторов
Благодаря своим положительным показателям цилиндрические редукторы нашли свое применение в: машиностроении, автомобилестроении. Применяются редукторы в приводах оборудования, использующего валы. Мешалки, экструдеры, измельчители, станки по металлу и прочее оборудование.
В качестве ограничений для применения цилиндрических редукторов можно назвать: необходимость достижения плавного хода механизма, сохранение малых габаритов при большом передаточном числе ступеней.
Редуктор общемашиностроительного назначения. Этот тип оборудования представляет собой самостоятельный агрегат, используемый в приводах машин. Его технические характеристики отвечают общим для разных применений требованиям. Конструктивно общемашиностроительные редукторы могут отличаться.
Специальные редукторы разработаны для автомобильной, авиационной и других узкоспециализированных отраслей. Из названия понятно, что агрегаты этой группы должны соответствовать специфике и параметрам конкретного применения.
Редукторы можно классифицировать по следующим признакам:
- По типам передач и числу ступеней;
- По расположению осей входного/выходного валов в пространстве и относительно друг друга;
- По способу крепления.
1.1 Количество ступеней и расположение валов
У двух- и трехступенчатых редукторов развернутых и раздвоенных схем (в случае с двухступенчатыми моделями еще и соосных схем) есть ряд преимуществ перед агрегатами других типов – прежде всего это высокий КПД и устойчивость к нагрузкам. Соосные цилиндрические редукторы могут комплектоваться тихоходной ступенью с внутренним зацеплением. Планетарные и волновые агрегаты с соосным расположением осей валов также обеспечивают высокую производительность и широкий диапазон передаточных чисел.
При комплектации машин и механизмов, требующих пересекающегося расположения валов, будут эффективны двух- и трехступенчатые конические (коническо-цилиндрические) редукторы.
Агрегаты с червячными (червячно-цилиндрическими, цилиндрическо-червячными) передачами характеризуются высоким передаточным числом и низким уровнем шума. Однако КПД у таких моделей ниже, чем у цилиндрических аналогов.
Вертикальное расположение выходных валов требует меньшего пространства. В механизмах, где необходима подобная компоновка, чаще используются червячные или конические редукторы. Удобство заключается в том, что ось двигателя находится в горизонтальном положении.
Таблица 1. Классификация редукторов по расположению осей валов
| Редуктор | Расположение осей |
|---|---|
| Параллельные оси входного/выходного валов |
1. Горизонтальное: - оси в горизонтальной плоскости; - оси в вертикальной плоскости (входной вал – над или под выходным валом); - оси в наклонной плоскости. 2. Вертикальное |
| Совпадающие оси входного/ и выходного валов (соосный) |
1. Горизонтальное 2. Вертикальное |
| Пересекающиеся оси входного/выходного валов |
1. Горизонтальное |
| Скрещивающиеся оси входного/выходного валов |
1. Горизонтальное (входной вал – над или под выходным валом) 2. Горизонтальная ось входного вала и вертикальная ось выходного вала 3. Вертикальная ось входного вала и горизонтальная ось выходного вала |
1.2 Типы используемых передач
1.2.1 Червячные редукторы
Червячный редуктор – наиболее распространенный тип редукторов. Привод имеет компактные размеры (в сравнении с цилиндрическими агрегатами). Передаточное отношение червячной пары может достигать 1-100 (иногда и выше).
Потенциал увеличения крутящего момента при снижении частоты вращения вала у червячных редукторов выше, чем у оборудования с другими типами передач. Передаточное число того же порядка можно получить при эксплуатации трехступенчатого цилиндрического редуктора. В червячных агрегатах для решения этой задачи достаточно одной ступени. Еще одно преимущество – простота и низкая стоимость червячных редукторов. Использование червячного зацепления позволяет снизить уровень шума передачи, обеспечить высокую плавность хода.
Функция самоторможения присутствует только в червячных редукторах. Ее принцип основан на торможении ведомого вала при отсутствии движения на ведущем валу (червяке). Самоторможение в передаче осуществляется в тот момент, когда угол подъема ведущего вала меньше или равен 3,5 градусам.
При выборе червячного редуктора следует учитывать тот факт, что при увеличении передаточного числа снижается КПД червячной передачи. Отсюда – потери энергии вследствие трения червяка об зубья колеса.
Ресурс червячных приводов составляет, в среднем, 10 тысяч часов.
1.2.2 Червячный глобоидный редуктор
Винт глобоидного червячного редуктора имеет выпуклую форму (в других червячных передачах он цилиндрический). Эта конструктивная особенность увеличивает передачу крутящего момента и мощность привода.
Глобоидные редукторы предназначены для использования в условиях, предполагающих высокую надежность, отсутствие обратного проскальзывания и динамических толчков на выходном валу. Чаще всего редукторы этого типа применяются в барабанных приводах лифтов: глобоидная пара адаптирована к переменным нагрузкам, возникающим при подъеме и торможении кабины, в состоянии поддерживать нормальную реверсивность при эксплуатации.
Таблица 2. Допустимые нагрузки для червячных глобоидных редукторов типа ЧГ
| Типоразмеры | Номинальное передаточное число | Частота вращения червяка, об/мин | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 750 | 1000 | 1500 | |||||
| Р вх, кВт | Т вых, Н м | Р вх, кВт | Т вых,Н·м | Р вх, кВт | Т вых, Н·м | ||
| Чг-63 | 10 | 1,2 | 120 | 1,5 | - | 1,9 | 110 |
| 12,5 | 1,1 | 130 | 1,3 | 130 | 1,7 | 110 | |
| 16 | 1,0 | 150 | 1,2 | 150 | 1,5 | 130 | |
| 20 | 0,8 | 150 | 0,9 | 150 | 1,3 | 130 | |
| 25 | 0,5 | 125 | 0,6 | 110 | 0,8 | 110 | |
| 31,5 | 0,4 | 110 | 0,5 | 110 | 0,6 | 90 | |
| 40 | 0,3 | 110 | 0,3 | 100 | 0,5 | 90 | |
| 50 | 0,2 | 100 | 0,3 | 100 | 0,3 | 90 | |
| 63 | 0,1 | 90 | 0,2 | 90 | 0,3 | 80 | |
| Чг-80 | 10 | 2,4 | 250 | 2,8 | 220 | 3,1 | 170 |
| 12,5 | 2,0 | 260 | 2,4 | 240 | 2,6 | 180 | |
| 16 | 1,6 | 260 | 1,9 | 240 | 2,1 | 180 | |
| 20 | 1,5 | 300 | 1,7 | 260 | 1,8 | 200 | |
| 25 | 1,0 | 250 | 1,1 | 220 | 1,5 | 190 | |
| 31,5 | 0,7 | 220 | 0,8 | 200 | 1,1 | 180 | |
| 40 | 0,6 | 220 | 0,7 | 200 | 0,9 | 180 | |
| 50 | 0,5 | 210 | 0,5 | 180 | 0,6 | 160 | |
| 63 | 0,3 | 200 | 0,4 | 170 | 0,5 | 150 | |
| Чг-100 | 10 | 4,3 | 460 | 4,7 | 380 | 6,3 | 350 |
| 12,5 | 3,8 | 500 | 4,0 | 400 | 5,5 | 380 | |
| 16 | 3,0 | 500 | 3,6 | 450 | 4,6 | 400 | |
| 20 | 2,7 | 550 | 3,2 | 500 | 3,9 | 420 | |
| 25 | 2,0 | 500 | 2,3 | 450 | 3,0 | 400 | |
| 31,5 | 1,4 | 420 | 1,6 | 380 | 2,1 | 350 | |
| 40 | 1,2 | 420 | 1,3 | 380 | 1,8 | 350 | |
| 50 | 0,9 | 400 | 1,0 | 350 | 1,3 | 320 | |
| 63 | 0,7 | 380 | 0,8 | 320 | 1,1 | 300 | |
| Чг-125 | 10 | 8,4 | 900 | 10,4 | 850 | 12,3 | 700 |
| 12,5 | 7,1 | 950 | 8,9 | 900 | 10,0 | 700 | |
| 16 | 5,6 | 950 | 7,0 | 900 | 8,5 | 750 | |
| 20 | 5,3 | 1100 | 6,3 | 1000 | 7,8 | 850 | |
| 25 | 4,0 | 1000 | 4,6 | 900 | 5,2 | 700 | |
| 31,5 | 2,9 | 900 | 3,4 | 800 | 3,9 | 650 | |
| 40 | 2,4 | 900 | 2,8 | 800 | 3,2 | 650 | |
| 50 | 1,7 | 800 | 2,1 | 750 | 2,6 | 650 | |
| 63 | 1,4 | 750 | 1,7 | 700 | 2,1 | 600 | |
| Чг-160 | 10 | 16,7 | 1850 | 20,3 | 1700 | 28,3 | 1600 |
| 12,5 | 13,9 | 1900 | 16,3 | 1700 | 22,8 | 1600 | |
| 16 | 11,0 | 1900 | 13,7 | 1800 | 18,6 | 1650 | |
| 20 | 9,7 | 2050 | 11,9 | 1900 | 16,5 | 1800 | |
| 25 | 7,6 | 1950 | 8,6 | 1700 | 11,2 | 1500 | |
| 31,5 | 5,7 | 1800 | 6,4 | 1550 | 8,2 | 1350 | |
| 40 | 4,6 | 1800 | 5,1 | 1550 | 6,6 | 1350 | |
| 50 | 3,6 | 1650 | 4,0 | 1450 | 5,0 | 1250 | |
| 63 | 2,8 | 1550 | 3,4 | 1450 | 4,1 | 1200 | |
Цилиндрический редуктор - это одна из самых популярных разновидностей редукторов. Он, как и все редукторы, служит для изменения скорости вращения при передачи вращательного движения от одного вала к другому.
Именно редукторный привод один из наиболее распространенных видов приводов современных механических систем общепромышленного применения. Более ста лет назад перед нашей промышленностью стояла задача обеспечить нужды страны в цилиндрических редукторах. С этим успешно справлялись открывающиеся заводы. В настоящее время выпуск качественной и надежной продукции обеспечивается мощной производственной базой. Сейчас производят различные типы продукцией: цилиндрический редуктор одно-, двух-, и трехступенчатый.
От работоспособности и ресурса цилиндрического редуктора во многом зависит обеспечение требуемых функциональных параметров и надежности машины в целом. Показатели долговечности и надежности элементов привода и, в частности, редукторов и мотор-редукторов, зависят от обоснованного выбора самого редуктора при проектировании машины, т.е. соответствия этого выбора действующей нормативной документации (НД). Неправильный выбор редуктора снижает его рыночную конкурентоспособность, нанося ущерб производителю, и может привести к значительным экономическим потерям потребителя машиностроительной продукции из-за внеплановых простоев, роста ремонтных затрат и пр. Одно из важнейших требований обеспечения конкурентоспособности цилиндрического редуктора - наилучшее соответствие его паспортных характеристик реальным эксплуатационным условиям нагружения и работы привода машины.
Редуктор (от лат. reductor - отводящий назад, приводящий обратно) - это механизм, входящий в приводы машин и служащий для снижения угловых скоростей ведомого вала с целью повышения крутящих моментов. В редукторах применяют зубчатые передачи, цепные передачи, червячные передачи, а также используют их в различных сочетаниях - червячные и зубчатые, цепные и зубчатые и т.п. Существуют комбинированные приводы, в которых редуктор компонуют с вариатором. Редуктор используют в транспортных, грузоподъёмных, обрабатывающих и др. машинах. Главными характеристиками редукторов служат коэффициент полезного действия (КПД), мощность, передаточное отношение, угловые скорости валов, количество ступеней и передач и др.
Ещё в глубокой древности применялся принцип редукторов - увеличение приложенной силы или тяги. Эта идея механической передачи приложенного усилия восходит от изобретения колеса. Каким образом функционирует простая передача? Два колеса соприкасаются с собой ободами. Большое колесо делает оборотов меньше, по сравнению с меньшим. Когда колесо поменьше - становится ведущим, то крутящийся момент передачи получается больше, потеряв в скорости угловой. Для подъемов огромных грузов подобная передача применяется часто. Установив зубчатые колёса вместо гладких, получим передачу тяги и усилия более производительной. Вот так в человеческой жизни начали появляться редукторы. С появлением паровой машины возникла необходимость в передаче еще больших мощностей. Соответственно, потребовалось конструировать металлические редукторы. К 1850 г. ткацкие станки с механическим приводом были уже втрое производительнее ручных станков. Более дешевая энергия дала возможность повысить быстродействие станков, и это укрепило их экономическое преимущество. Паровой двигатель был достаточно мощным, чтобы приводить в движение несколько текстильных станков, и соответствующие станки приходилось размещать вокруг двигателя. Паровой двигатель также сделал возможным размещение производств не только у воды, а там, где были уголь, рабочие руки, рынки сбыта и транспорт. Новое время проводило и селекцию самых оптимальных конструкций зубчатых передач - тиражироваться начинали именно те, что давали максимальный экономический эффект. К середине ХIX века, по-видимому, следует отнести появление первых серийных редукторов. Ну а при появлении во второй половине XIX века электрического привода, бензиновых и дизельных двигателей означало разработку редукторов с заданными параметрами. Зубчатые механизмы предназначались для передачи вращательного движения от высокооборотных двигателей и преобразования (снижения) его параметров. Даже самые первые электродвигатели и ДВС обладали скоростью и моментом, как правило, не подходящим для использования в технологическом процессе.
Существует много разновидностей редукторов и классифицируются они по типу механических передач: цилиндрический, червячный, конической - цилиндрический.