Конические редукторы применяют для передачи движения между валами, оси которых пересекаются обычно под углом 90°. Передачи с углами, отличными от 90°, встречаются редко.

Рис. 2.4. Одноступенчатый редуктор с коническими зубчатыми колесами:

а - кинематическая схема; 6 - общий вид

Наиболее распространенный тип конического редуктора по­казан на рис. 2.4; редуктор с вертикально расположенным тихоходным валом изображен на рис. 2.5. Возможно исполнение редуктора с вертикально расположенным быстроходным ва­лом; в этом случае привод осуществляется от фланцевого электродвигателя.

Рис. 2.5. Одноступенчатый конический редуктор с вертикальным ведомым валом:

а - кинематическая схема; б - общий вид

Передаточное число и одноступенчатых конических редук­торов с прямозубыми колесами, как правило, не выше трех; в редких случаях u = 4.При ко-

сых 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.

Двухступенчатые цилиндрические редукторы

Наиболее распространены двухступенчатые горизонтальные редукторы, выполненные по развернутой схеме (рис. 2.6). Эти редукторы отличаются прос тотой, но из-за несимметричного расположения колес на валах повышается концентрация нагруз­ки по длине зуба. Поэтому в этих редукторах следует приме­нять жесткие валы.

Соосная схема (рис. 2.7) позволяет получить меньшие габа­риты по длине; это ее основное преимущество.

В соосных редукторах быстроходная ступень зачастую недогружена*, так как силы, возникающие в зацеплении колес тихоходной ступени, значительно больше, чем в быстроходной, а межосевые расстояния ступеней одинаковы (а wБ = а wT). Указан­ное обстоятельство является одним из основных недостатков соосных редукторов. 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.

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.

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).

Редуктор с раздвоенной быстроходной ступенью, имею­щий косозубые колеса, показан на рис. 2.8. Тихоходная ступень при этом может иметь либо шевронные колеса, либо прямозубые (рис. 2.8, б). Кинематическая схема и общий вид редуктора с раздвоенной тихоходной ступенью показаны на рис. 2.9.

* 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.

Рис. 2.6. 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

Рис. 2.7. Двухступенчатый горизонтальный соосный редуктор:

а - кинематическая схема; б - общий вид

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. 2.8, 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 поров-

Рис. 2.8. Двухступенчатый горизонтальный редуктор с раздвоенной первой быстроходной) ступенью:

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

Рис. 2.9. Двухступенчатый горизонтальный редуктор с раздвоенной второй (тихоходной) ступенью:

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

ну между параллельно работаю­щими парами зубчатых колес.

Схемы вертикальных цилиндрических двухступенчатых редукторов приведены на рис. 2.10.

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 га-

Рис. 2.10. Кинематические схемы двухступенчатых цилиндрических вертикальных редукторов:

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

бариты 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 17,78 20,49 22,12 23,15

u Б. . . 2,30 2,808 3,125 3,500 3,950 3.950 4,500 5,187 5,600 6,615

Корпус редуктора служит для размещения деталей передачи, защиты их от загрязнения, организации системы смазки. Корпус воспринимает силы, возникающие в зацеплении редукторной пары, в подшипниках, в открытой передаче. Наиболее распространенный способ изготовления корпусов – литье из серого чугуна (например, СЧ15). В проектируемых одноступенчатых редукторах принята в основном конструкция разъемного корпуса, состоящего из крышки и основания (см. рис. 3.1). Корпуса вертикальных цилиндрических редукторов имеют в отдельных случаях два разъема, что определяет еще одну часть корпуса – среднюю. Корпуса червячных редукторов с межосевым расстоянием a w < 140 мм изготовляют неразъемными.

Рис. 3.27. Корпус цилиндрического одноступенчатого горизонтального редуктора

Несмотря на разнообразие форм корпусов, они имеют одинаковые конструктивные элементы: подшипниковые бобышки, фланцы, ребра, соединенные стенками в единое целое; их конструирование подчиняется некоторым общим правилам.

На рис. 3.27 – 3. 31 даны разные конструкции корпусов цилиндрического, конического и червячного одноступенчатых редукторов с указанием общих конструктивных элементов.

Форма корпуса

Форма корпуса определяется технологическими, эксплуатационными и эстетическими условиями с учетом его прочности и жесткости. Этим требованиям удовлетворяют корпуса прямоугольной формы, с гладкими наружными стен­ами без выступающих конструктивных элементов; подшипниковые бобышки и ребра располагаются внутри; стяжные болты – только на продольной стороне корпуса в нишах; крышки подшипниковых узлов преимущественно врезные; фундаментные лапы не выступают за габариты корпуса (рис. 3.32). Возможны и другие формы корпусов .

Габаритные (наружные) размеры корпуса . Определяются размерами расположенной в корпусе редукторной пары и кинематической схемой редуктора. При этом вертикальные стенки редуктора перпендикулярны основанию, верхняя плоскость крышки корпуса параллельна основанию – редукторная пара вписывается в параллелепипед (рис. 3.33). Поэтому конструирование редукторной пары, валов и подшипниковых узлов, проектные размеры которых предварительно определены в эскизном проекте (разд. 2), выполняется во взаимосвязи с конструированием корпуса.

Рис. 3.28. Подшипниковая бобышка цилиндрического горизонтального редуктора

Толщина стенок корпуса и ребер жесткости . В проектируемых малонагруженных редукторах (Т 2 500 Н·м) с улучшенными колесами передач толщины δ (δ – мм) стенок крышки и основания корпуса принимаются одинаковыми:

где Т 2 – вращающий момент на тихоходном валу редуктора, Н·м (см. табл. 2.3).

Внутренний контур стенок корпуса очерчивается по всему периметру корпуса с учетом зазоров (х) и (у) между контуром и вращающимися деталями (xy3…5 мм).

Фланцевые соединения

Фланцы предназначены для соеди­нения корпусных деталей редуктора. В корпусах проектируемых одноступенчатых редукторов конструируют пять фланцев: 1 – фундаментный основания корпуса; 2 – подшипниковой бобыш­ки; 3 – соединительный основания и крышки корпуса; 4 – крышки подшипникового узла; 5 – крышки смотрового люка (см. рис. 3.27 – 3.31). Конструктивные элементы фланца (см. табл. 3.13) выбирают в зависимости от диаметра (d) соответствующего крепежного винта (болта). Диаметр винта (болта) определяется зависимости от значения главного геометрического параметра редуктора a w (d e 2) по табл. 3.14. Высота фланца (h), количество винтов (болтов) (n) и расстояние между ними (L) определяют в зависимости от назначения фланца (табл. 3.15)

Таблица 3.13 Конструктивные элементы фланцев, мм

Элемент фланца	Диаметр винта (болта) d
Примечания: 1. Размер b 0 устанавливается конструктивно; 2. В числителе указаны размеры под винт, в знаменателе – под болт

Фундаментный фланец основания корпуса (см. рис. 3.27 – 3.31). Предназначен для крепления редуктора к фун­даментной раме. Опорная поверхность фланца выпол­няется в виде двух длинных параллельно расположенных или четырех небольших платиков (рис. 3.34). Места крепления располагают на возможно большем (но в пределах корпуса) расстоянии (L 1) друг от друга. Длина опорной поверхности платиков: L = L 1 + b 1 ; ширина b 1 = 2,4d 01 +1,5; высота h 1 = (2,3…2,4) .

Рис. 3.29. Корпус конического горизонтального одноступенчатого редуктора

Рис. 3.30. Корпус червячного одноступенчатого редуктора с нижним

расположением червяка

Рис. 3.31. Монолитный корпус червячного одноступенчатого редуктора нижним расположением червяка

Проектируемые редукторы крепятся к раме четырьмя болтами (шпильками), расположенными в ни­шах корпуса. Размеры ниш даны на рис. 3.35, 3.36; высота ниш при креплении шпильками h 01 = (2,0…2,5) d 1 , при креплении болтами h 01 = 2,5 (d 1 + ). Форма ниши (угловая или боковая) определяется формой корпуса и расположением мест крепления. По возможности корпус крепится к раме (плите) болтами снизу (рис. 3.37), что исключает необходимость конструирования ниши.

Таблица 3.14 Диаметр винтов (болтов) фланцев d, мм

100 a w (d e2) < 160				См. табл. 3.16
160 a w (d e2) < 250

Таблица 3.15 Количество подшипниковых (стяжных) винтов

Редуктор
Цилиндрический	вертикальный
	горизонтальный
Конический	вертикальный
	горизонтальный
Червячный

Фланец подшипниковой бобышки крышки и основания корпуса (рис.

3.38) предназначен для соединения крышки и основания разъемных корпусов. Фланец расположен в месте установки стяжных подшипниковых болтов (винтов) (см. рис. 8.26..8.30): в крышке – наружу от ее стенки, в основании – внутрь от стенки. Подшипниковые стяжные винты ставят ближе к отверстию под подшипник на расстоянии L 2 друг от друга так, чтобы расстояние между стенками отверстий диаметром d 02 и d 4 (табл. 3.16)(при установке торцовой крышки подшипникового узла) было не менее 3…5 мм. При установке врезной крышки это расстояние выдерживается между стенками от­верстия диаметром d 02 и отверстия диаметром D 0 под выступ крышки (см. рис. 3.27, 3.29).

Рис. 3.32. Формы корпусов одноступенчатых редукторов

Рис. 3.33. Габаритные размеры корпуса цилиндрического редуктора

Рис. 3.34. Опорные платки фундаментного фланца

Высота фланца (h) определяется графически исходя из условий размещения головки винта на плоской опорной поверхности подшипниковой бобышки.

Таблица 3.16 Диаметры винтов (d 4) торцовой крышки и ширина расточки (f) под врезную крышку, мм

Параметр	Диаметр наружного кольца подшипника

В цилиндрическом горизонтальном редукторе (см. рис. 3.27, 3.28) винт, расположенный между отверстиями под подшипники, помещают посередине между этими отверстиями. В разъемных корпусах при сравнительно небольших продольных сторонах (при a w (d e2) < 160 мм) фланец высотой h 2 выполняют одинаковым по всей длине (см. рис. 3.28, 3.29). Подшипниковые стяжные винты можно размещать в боковых нишах (см. рис. 3.29).

Соединительный фланец крышки и основания корпуса . Для соединения крышки разъемного корпуса с основанием по всему контуру разъема выполняют соединительный фланец (см. рис. 3.39, 3.40). На коротких сторонах крышки и основания корпуса, не соединенных винтами, фланец расположен внутрь корпуса и его ширина

(К 3) определяется от наружной стенки; на длинных (продольных) сторонах, соединенных винтами (d 3), фланец располагается: в крышке корпуса – наружу от стенки, в основании – внутрь.

Количество соединительных винтов (n 3) и расстояние между ними (L 3) принимают по конструктивным соображениям в за­висимости от размеров продольной стороны редуктора и раз­мещения подшипниковых стяжных винтов. При сравнительно небольшой длине продольной стороны можно принять d 3 = d 2 и h 3 = h 2 . При длинных продольных сторонах принима­ют: h 3 = 1,5 для болтов, h 3 = 2,5 для винтов, а количество винтов (болтов) и расстояние между ними определяют конструктивно. Под головку винта (болта) предусмотрены шайбы (прил. 34).

Неразъемный корпус (см. рис. 3.31) конструируют для червячных или цилиндрических редукторов при a w <140 мм. Через большие окна, выполненные в корпусе, вводят при сборке комплекты вала с червячным колесом или комплекты валов с цилиндрическими колесами. Соединение крышек с корпусом уплотняют резиновыми кольцами. Для удобства сборки диаметр отверстия окна (D) делают на 2…5 мм больше максимального диаметра колеса. Диаметр соеди­нительных винтов (d 3) определяют так же, как и для разъемных корпусов, по табл. 3.14; количество винтов n 3 = 6…8, расстояние между ними: L 3 (8…10) d 3 . Для создания необходимой жест­кости боковые крышки выполняют с высокими центрирующими буртиками и с шестью радиально расположенными ребрами жесткости (см. рис. 3.31).

Фланец для крышки подшипникового узла . Отверстие подшипникового узла неразъемной подшипниковой бобышки закрывается торцовой крышкой на винтах (см. рис. 3.30, 3.31). В комплекте деталей подшипникового узла разъемных корпусов чаще применяется врезная крышка (см. рис. 3.27, 3.29). Параметры присоединитель­ного фланца крышки подшипникового узла определяют по табл. 3.16 и 3.17.

Фланец для крышки смотрового окна (см. рис. 3.27 – 3.31). Размеры сторон фланца, количество винтов (n 5) и расстояние между ними (L 5) устанавливают конструктивно в зависимости от места расположения окна и размеров крышки; высота фланца: h 5 = 3…5 мм.

Рис. 3.35. Угловая ниша фундаментного фланца

Рис. 8.36. Боковая ниша фундаментного фланца

Рис. 3.37. Крепление фундаментного фланца

Рис. 3.38. Крепление фланца подшипниковой бобышки

Рис. 3.39. Соединительный фланец

Опорные платики . Для прикрепления к корпусу сливных пробок, отдушин, маслоуказателей на крышке и основании корпуса предусмотрены опорные платики (фланцы). Размеры сторон платиков должны быть на величину с = 3…5 мм больше размеров опорных поверхностей прикрепляемых деталей. Вы­сота платика: h = c.

Подшипниковые бобышки . Предназначены для размещения комплекта деталей подшипникового узла (см. рис. 3.27 – 3.31). Подшипниковые бобышки в редукторах с неразъемными монолитными корпусами расположены внутри корпуса (см. рис. 3.31). В разъемных корпусах червячных, конических редукторов и цилиндрических вертикальных редукторов с нижним располо­жением шестерни подшипниковая бобышка быстроходных ва­лов находится внутри корпуса (см. рис. 3.29); бобышки тихоходных валов в основании корпуса расположены внутри его, а в крышке корпуса – снаружи. Однако в зависимости от конструкции крышки и основания корпуса возможно расположение всей бобышки проходного вала внутри корпуса (см. рис. 3.29).

Рис. 3.40. Ниша соединительного фланца

Таблица 3.17 Размеры элементов фланца крышки подшипникового узла, мм

Элементы (рис. 3.27 – 3.31)
	торцовая
	По диаметру наружного кольца подшипника (D)
	По диаметру крышки (D 1)
			По диаметру крышки (D 0)

Внутренний диаметр подшипниковой бобышки быстроход­ного (D Б) и тихоходного (D Т) вала равен внутреннему диаметру фланца для крышки подшипникового узла (табл. 3.17), а наружный: D Б3 (D Т3) = D Б (D Т)+ 3δ, где δ – толщина стенки корпуса. Длина гнезда подшипниковой бобышки (l 1) быстроходного и (l 2) тихоходного валов зависит от комплекта деталей подшипникового узла и типа подшипника.

Детали и элементы корпуса редуктора

Смотровой люк (рис. 3.41). Служит для контроля сборки и осмотра редуктора при эксплуатации. Для удобства осмотра его располагают на верхней крышке корпуса, что позволяет также использовать люк для заливки масла. Смотровой люк делают прямоугольной или круглой формы максимально возможных размеров. Люк закрывают крышкой. Широко применяют стальные крышки из листов толщиной δ к 2 мм (рис. 3.41, а). Для того чтобы внутрь корпуса извне не засасывалась пыль, под крышку ставят уплотняющие прокладки из картона (толщиной 1,0…1,5 мм). Если с такой крышкой совмещена пробка-отдушина, то ее приваривают к ней (рис. 3.41, б).

Рис. 3.41. Крышки люка редуктора

Рис. 3.42. Фиксирование крышки корпуса коническими штифтами

Крышки крепятся к корпусу винтами (прил. 20). Если смотровой люк отсутствует, то в верхней плоскости крышки корпуса предусматривают отверстие под отдушину. Иногда по конструктивным соображениям контроль уровня смазки зацепления осуществляют жезловым маслоуказателем, установ­ленным в крышке корпуса, для чего предусматривается специальное отверстие. Эти отверстия мож­но использовать и для заливки масла.

Установочные штифты (рис. 3.42). Расточку отверстий под подшипники (подшипниковые гнезда) в крышке и основании корпуса производят в сборе. Перед расточкой отверстий в этом соединении устанавливают два фиксирующих штифта на возможно большем расстоянии друг от друга для фиксации относительного положения крышки корпуса и ос­нования при последующих сборках. Фиксирующие конические штифты (прил. 21) располагают наклонно или вер­тикально в зависимости от конструкции фланца. Там, где невозможно применение конических штифтов, встык соединения ставят со стороны каждой стенки по одному (всего четыре) цилиндрическому штифту. Диаметр штифта: d = (0,7…0,8) d 3 , где dз – диаметр соединительного винта (см. табл. 3.14). Вариант установки только по рис. 3.42 а).

Отжимные винты (рис. 3.1). Уплотняющее покрытие плоскости разъема склеивает крышку и основание корпуса. Для того чтобы обеспечить их разъединение, при разборке рекомендуют применять отжимные винты, которые ставят в двух противоположных местах крышки корпуса. Диаметр отжимных винтов принимают равным диаметру соединитель­ных (d 3) или подшипниковых (d 2) стяжных винтов (см. табл. 3.14).

Проушины (см. рис. 3.43). Для подъема и транспор­тировки крышки корпуса и собранного редуктора применяют проушины, отливая их заодно с крышкой (см. рис. 3.27 – 3.31). По варианту рис. 3.43 проушина выполнена в виде ребра с отверстием. Выбор конструкции проушины зависит от размеров и формы крышки корпуса.

Рис. 3.43. Проушина для подъема редуктора

Рис. 3.44. Сливные отверстия

Отверстия под маслоуказатель и сливную пробку (рис. 3.44). Оба отверстия желательно располагать рядом на одной стороне основания корпуса в доступных местах. Нижняя кромка сливного отверстия должна быть на уровне днища или несколько ниже него. Дно желательно делать с уклоном 1…20˚ в сторону отверстия. У самого отверстия в отливке основания корпуса выполняют местное углубление для стока масла и отстоявшейся грязи. Отверстие под маслоуказатель должно располагаться на высоте, достаточной для точного замера верхнего и нижнего уровней масла. Форма и размеры отверстий зависят от типа выбранных маслоуказателя и сливной пробки. Наружные стороны отверстий оформляют опорными платиками. При установке маслоуказателя и сливной пробки с цилиндрической резьбой обязательно применяют уплотнительные прокладки из паронита или резиновое кольцо. Пробка с конической резьбой не требует уплотнения.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Пермский государственный технический университет

Кафедра механики композиционных материалов и конструкций

Методические указания к лабораторной работе

по дисциплине “Детали машин и основы конструирования”

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ЗУБЧАТЫХ РЕДУКТОРОВ

Цель работы: ознакомление с устройством, работой и основными параметрами зубчатых редукторов.

Назначение редукторов.

Зубчатые редукторы – механизмы, служащие для понижения угловых скоростей и увеличения вращающих моментов, содержащие зубчатые передачи и выполняемые в виде отдельных агрегатов.

Достоинствами зубчатых редукторов являются малые габариты, высокая нагрузочная способность, высокий КПД (0.94…0.99), долговечность и надежность в работе, простота в эксплуатации.

Зубчатые редукторы применяют в самых разных отраслях машиностроения, в основном, в составе приводов машин.

Типы редукторов.

В зависимости от передаточного отношения и выбранной схемы редукторы выполняют одноступенчатыми и многоступенчатыми с цилиндрическими и коническими колесами.

Одноступенчатые редукторы (рис. 1, а, ж) обычно применяют при передаточных отношениях до 8.

Двухступенчатые редукторы применяют при передаточных отношениях до 40.

Наиболее распространенной схемой двухступенчатых редукторов является развернутая (рис. 1, б), где каждая ступень состоит из одной пары зубчатых колес. Преимущества этой схемы - малая ширина редуктора, легкая унификация. Недостаток - несимметричное расположение зубчатых колес относительно опор вызывает неравномерное распределение нагрузки между подшипниками и появление концентрация нагрузки по длине зубьев.

В редукторах с раздвоенными ступенями (рис. 1, г) опоры расположены симметрично относительно зубчатых колес. Благодаря этому достигается равномерная загруженность опор и благоприятное распределение нагрузки по ширине зубчатого венца. Такие редукторы более компактны, имеют меньшую массу. Зубчатые колеса раздвоенной ступени выполняют косозубыми с большими углами наклона противоположного направления.

В редукторах, выполненных по соосной схеме (рис. 1, в), оси ведущего вала и ведомого совпадают. Соосные редукторы имеют малые габариты по длине, но увеличенные габариты по ширине.

Трехступенчатыередукторы применяют при передаточных отношениях 25…250. Трехступенчатые редукторы выполняют по развернутой схеме (рис. 1, д), аналогичной схеме на рис. 1, б, или по схеме (рис. 1, е) с раздвоенной промежуточной ступенью.

Конические редукторы применяют для передачи движения между валами, оси которых пересекаются под углом, как правило, равным 90º (рис. 1, ж).

Коническо-цилиндрическиедвухступенчатые редукторы (рис. 1, з) применяют при передаточных отношениях до 15.

По схемам на рис. 1 и другим выпускают серийные редукторы общего назначения.

Рис. 1. Схемы цилиндрических и конических редукторов.

Конструкция редуктора .

Рассмотрим конструкцию двухступенчатого коническо-цилиндрического редуктора (рис. 2).

Все детали редуктора размещены в корпусе, который состоит из основания корпуса 1 и крышки 2. Плоскость разъема расположена горизонтально и проходит через оси валов. Крышка крепится к основанию стяжными винтами 3 и болтами 4. Пружинные шайбы 5 препятствуют отвинчиванию винтов и болтов. Штифты 6 необходимы для надежной взаимной фиксации крышки и корпуса при обработке посадочных отверстий под подшипники и при последующих сборках.

Коническая шестерня быстроходной ступени 7 и цилиндрическая шестерня тихоходной ступени 8 выполнены заодно с соответствующими валами.

Коническое колесо быстроходной ступени 9 закреплено на валу в окружном направлении с помощью шпонки 10, а в осевом - буртиком вала и втулкой 11. Цилиндрическое колесо тихоходной ступени 12 закреплены на валу 13 в окружном направлении с помощью шпонки 14, а в осевом – буртиком вала и втулкой 31.

Опорами быстроходного вала являются радиально-упорные роликовые подшипники 15, установленные врастяжку в стакане 16. Гайка 17 необходима для регулирования подшипников 15, а шайба 18 – для стопорения гайки 17 относительно вала. Стакан 16 и прокладки 19 позволяют регулировать коническое зацепление. Подшипниковый узел закрыт накладной крышкой 20 с манжетным уплотнением 21. Крышка крепится к корпусу с помощью винтов 22.

Опорами промежуточного вала являются радиально-упорные роликовые подшипники 23, установленные враспор. Подшипники закрыты глухими накладными крышками 24, под фланцы которых установлены тонкие металлические пластины 25, необходимые для регулирования как подшипников, так и конического зацепления. Крышки крепятся к корпусу винтами 26.

Опорами тихоходного вала являются радиально-упорные роликовые подшипники 27, установленные враспор. Подшипники закрыты крышками 28, под фланцы которых установлены регулировочные пластины 29. Крышки крепятся к корпусу винтами 30.

Для осмотра зубьев зацепления и залива масла в крышке редуктора расположено смотровое окно, которое закрывается крышкой 32 с пробкой-отдушиной 33.

Масло сливается через отверстие в нижней части корпуса, закрываемое пробкой 35. Для контроля уровня масла предусмотрен круглый маслоуказатель 34.

Проушины 36 служат для транспортировки редуктора.

Отжимной винт 37 облегчает снятие крышки при разборке редуктора.

Крепление редуктора к раме или плите осуществляется резьбовыми деталями, которые устанавливаются в отверстия 38 фланцев основания.

Рис. 2. Редуктор коническо-цилиндрический двухступенчатый

Корпуса редукторов.

Корпус редуктора является опорой для деталей передач и служит для защиты зубчатых колес и подшипников от загрязнения, для размещения масляной ванны и для защиты масла от выброса его в окружающую среду.

Конструктивная форма корпуса определяется типом, размерами и относительным расположением деталей передач, способом смазки зацеплений и подшипников.

Работоспособность зубчатых зацеплений, подшипников и других узлов зависит от жесткости корпусных деталей. Требуемая жесткость достигается за счет оптимальной формы и размеров корпусных деталей, а также за счет рационального использования ребер жесткости. Как правило, ребра располагают в местах установки подшипниковых узлов.

Корпуса цилиндрических редукторов обычно имеют разъем в плоскости осей валов, благодаря чему обеспечивается удобная сборка редуктора. При сборке редуктора плоскость разъема покрывают пастой «герметик» для обеспечения плотности стыка.

Для соединения корпуса и крышки редуктора, а также для присоединения корпуса к основанию предусматривают фланцы.

Необходимые отверстия располагают в местах, удобных для механической обработки и легко доступных при эксплуатации. Расточку отверстий под подшипники в крышке и основании корпуса производят в сборе. С этой целью положение крышки относительно корпуса фиксируют двумя штифтами, расположенными на возможно большем расстоянии один от другого.

Корпуса редукторов обычно изготовляют методом литья из серых чугунов средней прочности СЧ15, СЧ20 и алюминиевых сплавов. При этом толщина стенок корпуса должна удовлетворять не только требованиям необходимой жесткости корпуса, но и требованиям технологии литья.

В единичном производстве и мелкосерийном корпуса могут быть выполнены сварными из листовой стали.

Зубчатые колеса.

Передача движения в зубчатых редукторах осуществляется колесами цилиндрическими прямозубыми, косозубыми, шевронными (рис. 3, а, б, в) или колесами коническими с прямыми, косыми (тангенциальными), круговыми зубьями (рис. 3, г, д, е).

Прямозубые колеса применяют при небольших (до 6 м/с) скоростях, небольших нагрузках, а также при необходимости осевого перемещения колес (в коробках передач).

Зубчатая передача косозубыми и шевронными колесами имеет большую нагрузочную способность, чем передача прямозубыми колесами, за счет увеличения длины линии контакта зубьев. Однако наклон зубьев вызывает появление дополнительной осевой силы, в связи с чем требуется фиксация валов от осевого смещения. Косозубые колеса выполняют с углами наклона зубьев β = 8º - 18º.

Рис. 3. Зубчатые колеса цилиндрические и конические

Шевронные колеса выполняют с углами наклона зубьев β = 25º- 45º. Колеса отличаются увеличенной шириной и более трудоемки в изготовлении. Осевые силы компенсируются противоположным направлением зубьев. Шевронные колеса применяют в тяжелонагруженных, высокоответственных передачах.

Зубчатые редукторы общего назначения изготовляют с колесами эвольвентного зацепления и зацепления Новикова (круговым профилем зубьев), которое по сравнению с эвольвентным зацеплением обладает большей нагрузочной способностью.

Основным параметром эвольвентного зубчатого зацепления является модуль m = p / π ,

где р – шаг – расстояние между одноименными профилями соседних зубьев, измеренное по дуге делительной окружности колеса.

На практике применяются модули стандартных значений (ГОСТ 9563-80), приведенные в таблице.

	1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 60; 80; 100 (мм)
	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; 55; 70 (мм)

Меньшее колесо зубчатой пары называется шестерней, а большее – колесом.

Шестерни часто выполняют заодно с валом (вал-шестерня). Такая конструкция отличается жесткостью, прочностью и технологичностью, что снижает ее стоимость. Недостатком является необходимость изготовлять вал из того же материала, что и шестерню, часто более качественного и дорогого, чем требуется.

В большинстве случаев зубчатые колеса изготовляют из углеродистых и легированных сталей.

Зубчатые колеса фиксируются на валах в окружном направлении посредством соединений вал - втулка (шпоночных, шлицевых, соединений с натягом). Данные соединения обеспечивают передачу вращающего момента от вала к колесу или от колеса к валу.

Фиксация колес в осевом направлении осуществляется с помощью буртиков валов, распорных втулок, пружинных колец, установочных винтов.

Зубчатые колеса, устанавливаемые на концах валов, можно крепить гайками или концевыми шайбами.

Валы.

Валы предназначены для размещения деталей и передачи вращающегося момента.

Валы редукторов конструируют гладкими и ступенчатыми (рис. 4). Ступенчатая форма вала упрощает сборку, позволяет рационально использовать металл за счет уменьшения размеров менее нагруженных участков, обеспечивая создание равнопрочных конструкций. Уступы вала служат для фиксации деталей в осевом направлении.

Гладкие валы имеют один номинальный диаметр, а отдельные участки отличаются допусками и шероховатостью поверхности.

Концевые участки валов делают цилиндрическими или коническими. Посадка деталей на конус обеспечивает легкость сборки и разборки, возможность создания любого натяга. Цилиндрические концы валов проще в изготовлении.

Рис. 4. Конструкции валов

Подшипниковые узлы.

Конструктивное оформление подшипниковых узлов зависит от типа подшипников, схемы их установки, вида зацепления зубчатых колес, способа смазывания подшипников и колес.

Опорами валов редукторов являются, как правило, подшипники качения.

Подшипники должны обеспечивать необходимое радиальное и осевое, если требуется, фиксирование валов. Опора называется фиксирующей, если в ней ограничено осевое перемещение вала в одном или обоих направлениях. Опора называется плавающей, если в ней осевое перемещение вала не ограничено в обоих направлениях.

Опорами валов цилиндрических прямозубых и косозубых колес редукторов являются чаще всего шариковые радиальные подшипники (рис. 5, а) или роликовые конические радиально-упорные (рис. 5, б), установленные по схеме враспор. Обе опоры являются фиксирующими, но каждая ограничивает перемещение вала лишь в одном направлении. При установке радиальных шариковых подшипников между торцом наружного кольца подшипника и торцом крышки оставляют зазор для компенсации тепловых деформаций.

Рис. 5. Установка подшипников враспор

В шевронных передачах или передачах с раздвоенными цилиндрическими колесами для выравнивания нагрузки между полушевронами опоры одного из валов конструируют плавающими. В качестве плавающих опор применяют радиальные подшипники шариковые или роликовые (рис. 6.).

Рис. 6. Вал шевронной передачи на плавающих опорах

Рис. 7. Вал-шестерня конической передачи:

На рис. 6, а шариковые подшипники установлены относительно крышек с зазором. Кольца роликовых подшипников на рис. 6, б закреплены на валу с помощью заплечиков вала и концевой шайбы, а в корпусе – с помощью упорного пружинного кольца и крышки.

В конических передачах подшипники быстроходных валов размещают обычно в стаканах для удобства регулирования зубчатого зацепления. Радиально упорные шариковые или роликовые подшипники устанавливают по схеме враспор с регулированием подшипников с помощью прокладок (рис. 7, а) или врастяжку с регулированием подшипников с помощью шлицевой гайки на валу (рис. 7, б).

Регулирование подшипников.

Регулирование подшипников заключается в создании оптимальных зазоров в подшипниках.

Наличие зазоров в подшипниках обеспечивает легкое вращение вала, предотвращает защемление тел качения в результате температурных деформаций, а отсутствие их увеличивает сопротивление вращению, но повышает жесткость опор и точность вращения вала, а также улучшает распределение нагрузки между телами качения, повышая несущую способность подшипника.

Нерегулируемые типы подшипников (например, радиальные шариковые) изготовляют с небольшими зазорами между кольцами и телами качения, при сборке изделия они не требуют регулировки.

В регулируемых типах подшипников (радиально-упорные шариковые, радиально-упорные роликовые) необходимые осевые и радиальные зазоры могут быть установлены при монтаже подшипников в узле.

Регулирование подшипников осуществляется перемещением одного из колец относительно другого в осевом направлении. Способ регулирования зависит от типа подшипников и крышек подшипниковых узлов.

Рис. 8. Регулирование осевого зазора в радиально-упорных подшипниках

При установке накладных (фланцевых) крышек перемещение наружных колец подшипников осуществляется набором тонких металлических прокладок, устанавливаемых под фланец крышки (рис. 8, а, 9, а).

При установке врезных (закладных) крышек перемещение наружных колец осуществляется винтом 1, установленным в крышке, и шайбой 2 (рис. 5, б, а также рис. 8, б, 9, б). При этом регулирование производят с одной стороны вала.

Регулирование зубчатого зацепления.

Погрешности изготовления деталей редуктора по осевым линейным размерам и погрешности сборки приводят к неточному относительному положению зубчатых колес.

В цилиндрических зубчатых передачах для компенсации неточности положения колес ширину одного из них делают больше ширины другого. Шестерня обычно имеет более высокую поверхностную твердость зубьев, и, чтобы избежать неравномерного износа сопряженного колеса, шестерню выполняют такой ширины, что она перекрывает с обеих сторон колесо. Кроме того, на увеличение ширины шестерни расходуется меньше металла.

Рис. 9. Регулирование конического зубчатого зацепления

В конических зубчатых передачах совпадение вершин конусов обеспечивают регулированием осевого положения колес при сборке передачи. Точность зацепления достигается осевым перемещением вала с закрепленными на нем колесами, реже – осевым перемещением колес по валу.

Если опоры вала расположены в разных стенках корпуса, регулирование осевого положения вала осуществляется или постановкой под фланцы накладных крышек подшипников набора тонких металлических прокладок 1 (рис. 9, а) или двумя нажимными винтами 2, вворачиваемыми в закладные крышки (рис. 9, б).

Если подшипники опоры размещены в стакане, регулирование осуществляют постановкой под фланец стакана полуколец 1 (рис. 10).

Рис. 10. Регулирование осевого положения вала-шестерни конической передачи

Как было замечено выше, такими же устройствами регулируются и подшипники, поэтому вначале следует отрегулировать подшипники, а затем зацепление, переставляя прокладки с одной стороны корпуса на другую, сохранив суммарную их толщину, либо отворачивая винт с одной стороны корпуса, одновременно заворачивая с другой стороны на такую же величину.

Точность положения конических колес контролируют по расположению пятна контакта.

Смазывание передач.

Смазывание зубчатых передач применяют в целях снижения трения, уменьшения износа, отвода тепла и продуктов износа от трущихся поверхностей, защиты от коррозии, снижения шума и вибраций.

В редукторах общего назначения применяют три способа смазывания: картерный и циркуляционный жидкими маслами и периодический пластичными смазками.

Наибольшее применение имеет картерный способ, когда масло заливается в корпус и вращающимися колесами разбрызгивается, обеспечивая смазывание передач и подшипников. Картерный способ используется при окружных скоростях колес до 15 м/с. При картерном способе глубина погружения в масло быстроходного колеса составляет (0,75…2) h, но не менее 10 мм и не более 0,25d 2 , где h – высота зуба, d 2 - диаметр колеса.

Для смазывания зубчатых колес, расположенных выше уровня масла, применяют специальные смазывающие колеса, свободно вращающиеся на осях.

Колеса конических передач необходимо погружать в масло на всю высоту зуба по всей длине.

При больших окружных скоростях центробежная сила сбрасывает масло с зубьев, и зацепление работает при недостаточном смазывании. Возникает необходимость использовать струйную циркуляционную смазку через специальные сопла или разбрызгиватели. Этот способ требует сложного устройства смазочной системы и применяется в экономически обоснованных случаях.

Объем масла принимают из расчета 0,4…0,8 л масла на 1 кВт передаваемой мощности.

Смазывание подшипников.

Для смазывания подшипников применяют жидкие и пластичные смазочные материалы.

Наиболее благоприятные условия для работы подшипников обеспечивают жидкие масла. Преимущества их заключаются в меньшем сопротивлении вращению, способности отводить теплоту и очищать подшипник от продуктов износа.

Пластичные смазки лучше, чем жидкие защищают подшипник от коррозии, особенно при длительных перерывах в работе. В узлах с интенсивным тепловыделением пластичные смазки не применяют.

При картерном смазывании передач подшипники смазываются в результате разбрызгивания масла колесами и образования масляного тумана. Брызги масла, покрывая детали передач, валы, внутренние поверхности корпуса, стекают и попадают в подшипник. Для свободного попадания масла в подшипник его полость должна быть открыта внутрь корпуса.

Надежное смазывание подшипников разбрызгиванием возможно при окружных скоростях колес более 3 м/с. При меньших скоростях, когда доступ масляных брызг к подшипникам затруднен, смазывание их осуществляют индивидуально пластичными смазками, которыми заполняют пространство внутри подшипникового узла.

Уплотнительные устройства.

Уплотнительные устройства применяют как для предотвращения вытекания смазочного материала из подшипниковых узлов, так и для защиты от попадания извне пыли и влаги. В зависимости от места установки уплотнения делят на наружные, устанавливаемые в крышках, и внутренние, которые устанавливают с внутренней стороны подшипниковых узлов.

При смазывании подшипников разбрызгиванием и высоком уровне масла в картере во избежание попадания в подшипник вместе с маслом продуктов износа, а также излишней смазки подшипники защищают маслозащитными шайбами (кольцами) (рис. 11). Особенно это необходимо, если на быстроходном валу установлены косозубые колеса, которые отбрасывают масло на подшипник и заливают его, вызывая повышенный нагрев.

Рис. 11. Маслозащитные шайбы

При смазывании подшипников пластичным материалом полость подшипника отделяют от внутренней части корпуса уплотнениями. Наибольшее распространение имеют мазеудерживающие кольца с круговыми (рис. 12, а) или винтовыми (рис. 12, б) канавками, стальные шайбы с центрирующим кольцом (рис. 12, в).

Рис. 12. Мазеудерживающие кольца и шайбы

Для защиты подшипникового узла снаружи при низких и средних скоростях применяют контактные манжетные уплотнения. Резиновые армированные манжеты устанавливают в крышках подшипниковых узлов (рис. 12, а). Их используют при смазывании подшипников как густым, так и жидким смазочным материалом.

При значительных скоростях вращения используют бесконтактные уплотнительные устройства - щелевые и лабиринтные уплотнения. Выполненные в крышках подшипников узкие щелевые канавки различной формы удерживают смазочный материал от вытекания благодаря действию центробежной силы (рис. 12, б, в)

Уплотняющий эффект лабиринтных уплотнений обусловлен чередованием радиальных и осевых зазоров, образующих длинную узкую извилистую щель (рис. 13). Канавки щелевых и лабиринтных уплотнений целесообразно заполнять пластичным смазочным материалом.

При жидкой смазке подшипников эффективны торцовые уплотнения упругими стальными шайбами (рис. 14).

Рис. 13. Лабиринтные уплотнения

Рис. 14. Торцовые уплотнения

Смазочные устройства.

При работе передач продукты износа загрязняют масло, с течением времени оно стареет, свойства его ухудшаются. Поэтому масло, залитое в корпус, периодически меняют. Для слива масла предусмотрено специальное отверстие.

Отверстие для залива масла устанавливают в верхней части корпуса и закрывают пробкой или пробкой-отдушиной с отверстием для выравнивания давления.

Для контроля уровня масла в корпусе устанавливают маслоуказатели жезловые (щупы) (рис. 15, а), круглые (рис. 15, б) и трубчатые (рис. 13, в) из прозрачного материала, маслоуказатели крановые (рис. 15, г), которые ставят попарно соответственно верхнему и нижнему уровню смазки.

15. Маслоуказатели

Порядок выполнения работы.

Определить тип изучаемого редуктора, составить кинематическую схему, дать её характеристику.

Частично разобрать редуктор, произвести замеры в соответствии с таблицей отчёта.

Выполнить расчет основных геометрических параметров редуктора.

Выполнить кинематический и силовой расчет редуктора.

Описать конструкцию редуктора.

Общего и специального назначения.
Редукторы общего назначения могут применяться во многих случаях и отвечают общим требованиям. Специальные же редукторы имеют нестандартные характеристики подходящие под определенные требования.

Классификация, основные параметры редукторов

В зависимости от типа зубчатой передачи редукторы бывают цилиндрические, конические, волновые, планетарные, глобоидные и червячные . Широко применяются комбинированные редукторы, состоящие из нескольких совмещенных в одном корпусе типов передач (цилиндро-конические, цилиндро-червячные и т.д.).

Конструктивно редукторы могут передавать вращение между перекрещивающимися, пересекающимися и параллельными валами.
Так, например цилиндрические редукторы позволяют передать вращение между параллельными валами, конические - между пересекающимися, а червячные - между пересекающимися валами.

Общее передаточное число может достигать до нескольких десятков тысяч, и зависит от количества ступеней в редукторе. Широкое применение нашли редукторы, состоящие из одной, двух или трех ступеней, при чем они могут, как описывалось выше, совмещать разные типы зубчатых передач.

Ниже представлены наиболее популярные виды редукторов , серийно выпускаемые промышленностью.

Цилиндрические редукторы

Конические и цилиндро-конические редукторы

Конические и цилиндро-конические редукторы передают момент между пересекающимися или скрещивающимися валами. В редукторах применяются шестерни в виде конуса с прямыми или косыми зубами. Конические редукторы имеют большую плавность зацепления, что позволяет им выдерживать большие нагрузки. Редукторы могут быть одно-, двух- и трехступенчатыми. Большое распространение получили цилиндро-конические редукторы , где общее передаточное отношение может достигать 315. Быстроходный и тихоходный валы редуктора могут располагаться горизонтально и вертикально. По типу кинематической схемы конические и цилиндро-конические редукторы могут быть развернутые или соосные.

На рисунке ниже представлены кинематические схемы конических редукторов:

А) Реверсивный конический редуктор. Смена направления вращения достигается установкой зубчатого колеса с противоположенной стороны конической шестерни.

Б) Реверсивный конический редуктор. Конические шестерни вращаются в разных направлениях. Подключение тихоходного вала к одной из конических шестеренок происходит за счет кулачковой муфты.

В) Двухступенчатый коническо-цилиндрический редуктор. Быстроходный и тихоходный валы находятся под прямым углом в одной плоскости.

Г) Двухступенчатый коническо-цилиндрический редуктор. Входной и выходные валы перекрещиваются и лежат в разных плоскостях.

Д) Трехступенчатый коническо-цилиндрический редуктор. Быстроходный и тихоходный валы находятся под прямым углом в одной плоскости.

Е) Трехступенчатый коническо-цилиндрический редуктор. Промежуточная и тихоходная цилиндрическая передача собраны по соосной схеме.

Конические редукторы широко используются в изделиях, где требуются передать высокий момент под прямым углом. В отличие от червячных редукторов, конические редукторы не имеют быстро изнашиваемого бронзового колеса, что позволяет работать им в тяжелых условиях длительное время. Также важным отличием является обратимость, возможность передавать вращение от тихоходного вала к быстроходному валу. Обратимость позволяет разгрузить редукторный механизм в отличие от червячного редуктора, что позволяет использовать конический редуктор в установках с высокой инерцией.

Классификация редукторов в зависимости от вида передач и числа ступеней:

Тип редуктора	Количество ступеней	Тип механической передачи	Расположение тихоходного и быстроходного валов
Цилиндрический	Одна ступень	Одна или несколько цилиндрических передач	Параллельное
	Две ступени; три ступени		Параллельное или соосное
	Четыре ступени		Параллельное
Конический	Одна ступень	Одна коническая передача	Пересекающееся
Коническо-цилиндрический		Одна коническая передача и одна или несколько цилиндрических передач	Пересекающееся или скрещивающееся
Червячный	Одна ступень; две ступени	Одна или две червячные передачи	Скрещивающееся
			Параллельное
Цилиндрическо-червячный или червячно-цилиндрический	Две ступени; три ступени	Одна или две цилиндрические передачи и одна червячная передача	Скрещивающееся
Планетарный	Одна ступень; две ступени; три ступени	Каждая ступень состоит из двух центральных зубчатых колес и сателлитов
Цилиндрическо-планетарный	Две ступени; три ступени; четыре ступени	Сборка из одной или нескольких цилиндрических и планетарных передач	Параллельное или соосное
Коническо-планетарный	Две ступени; три ступени; четыре ступени		Пересекающееся
Червячно-планетарный	Две ступени; три ступени; четыре ступени	Сборка из одной конической и планетарных передач	Скрещивающееся
Волновой	Одна ступень	Одна волновая передача

Конструкция и назначение редуктора

Механизм, служащий для понижения угловой скорости и одновременно повышающий крутящий момент, принято называть редуктором. Энергия вращения подводится на входной вал редуктора, далее в зависимости от передаточного отношения на выходном валу получаем пониженную частоту и увеличенный момент.

В состав редуктора в зависимости от типа механической передачи обычно входят зубчатые или червячные пары, центрирующие подшипники, валы, различные уплотнения, сальники и т.д. Элементы редуктора помещаются в корпус, состоящий из двух частей – основания и крышки. Рабочие механизмы редуктора при работе непрерывно смазываются маслом путем разбрызгивания, а в отдельных случаях применяется принудительный насос, помещенный внутрь редуктора.

Существует огромное количество различных типов редукторов, но наибольшую популярность получили цилиндрические, планетарные, конические и червячные редукторы. Каждый тип редуктора имеет свои определенные преимущества и недостатки, которые следует учитывать при конструировании оборудования. Основными же критериями для подбора редуктора являются определение необходимой мощности или момента нагрузки, коэффициента редукции (передаточного отношения), а также монтажного расположения источника вращения и рабочего механизма.

Особенности редукторов по виду механических передач

Мировой промышленностью выпускается огромное количество редукторов и редукторных механизмов различающихся по типу передачи, вариантам сборки и т.д. Рассмотрим основные типы механических передач, их особенности и преимущества.

– является самой надежной и долговечной из всех видов зубчатых передач. Данная передача применяется в редукторах, где требуется высокая надежность и высокий КПД. Цилиндрические передачи обычно состоят из прямозубых, косозубых или шевронных зубчатых колёс.

а) Прямозубая цилиндрическая передача

б) Косозубая цилиндрическая передача

в) Шевронная цилиндрическая передача

г) Цилиндрическая передача с внутренним зацеплением

Конические передачи – обладают всеми преимуществами цилиндрических зубчатых передач и применяются в случае перекрещивания входного и выходного валов.

а) Коническая зубчатая передача с прямым зубом

б) Коническая зубчатая передача с косым зубом

в) Коническая зубчатая передача с криволинейным зубом

г) Коническая гипоидная передача

– позволяет передавать кинетическую энергию между пересекающимися в одной плоскости валами. Основными преимуществами данной передачи является высокий показатель передаточного отношения, самоторможение, компактные размеры. Недостатками являются низкий КПД, быстрый износ бронзового колеса, а также ограниченная способность передавать большие мощности.

Гипоидная передача – она же спироидная состоит из конического червяка и диска со спиральными зубьями. Ось червяка значительно смещена от оси конического колеса, благодаря чему число зубьев одновременно входящих в зацепление в несколько раз больше чем у червячных передач. В отличие от червячной пары в гипоидной передаче линия контакта перпендикулярна к направлению скорости скольжения, что обеспечивает масленый клин и уменьшает трение. Благодаря этому КПД гипоидной передачи выше, чем у червячной передачи на 25%.

а) Червячная передача с цилиндрическим червяком

б) Червячная передача с глобоидным червяком

в) Спироидная передача

г) Тороидно-дисковая передача

д) Тороидная передача внутреннего зацепления

– прототипом является планетарная передача с небольшой разницей количества зубов сателлита и неподвижного колеса. Волновая передача характеризуется высоким показателем передаточного отношения (до 350). Основными элементами волновой передачи являются гибкое колесо, жесткое колесо и волновой генератор. Под действием генератора гибкое колесо деформируется и происходит зацепление зубьев с жестким колесом. Волновые передачи широко применяются в точном машиностроении благодаря высокой плавности и отсутствия вибраций во время работы.

1) Зубчатое колесо с внутренними зубьями

2) Гибкое колесо с наружными зубьями соединенное с выходным валом редуктора

3) Генератор волн

Количество ступеней редуктора

Число ступеней редуктора напрямую влияет на передаточное отношение. В червячных редукторах наиболее распространены одноступенчатые пары. Цилиндрические же редукторы, состоящие из одной ступени, применяются реже, чем двух- или трехступенчатые редукторы. В производстве редукторов все чаще применяются комбинированные передачи, состоящие из разных типов передач, например коническо-цилиндрические редукторы.

Входные и выходные валы редукторов

В редукторах обычно применяются обычные прямые валы, имеющие форму тел вращения. На валы редукторов действуют внешние нагрузки, консольные нагрузки и усилия преодоления зацеплений. Крутящий момент на валу определяется рабочим крутящим моментом редуктора или реактивным крутящим моментом привода. Консольная нагрузка определяется способом соединения редуктора с двигателем, зависит от радиального или осевого усилия на вал. В ряде машин, к которым предъявляются особые требования в отношении габаритов или веса используются редукторы с полым валом. Полый вал редуктора позволяет располагать вал исполнительного механизма внутри редуктора, тем самым отпадает необходимость использовать переходные полумуфты и т.п.

Срок службы редуктора

Срок службы редуктора зависит от правильных расчетов параметров действующей нагрузки. Также на длительность работы влияет своевременное профилактическое обслуживание редуктора, замена масла и сальников. Регулярный профилактический осмотр позволит избежать незапланированного ремонта или замену редуктора. Уровень масла контролируется через смотровое окно в редукторе и при необходимости доливается до нужного уровня.

Ниже приведена таблица зависимости срока службы редуктора от типа передачи:

Устройство редуктора

Основными элементами редуктора являются:

1. Прошедшие обработку зубчатые колеса с зубьями высокой твердости . Материалом обычно служит сталь марки (40Х, 40ХН ГОСТ 4543-71). В планетарных редукторах шестерни и сателлиты изготовлены из стали марки 25ХГМ ГОСТ 4543-71. Зубчатые венцы из стали 40Х. Червячные валы изготавливаются из стали марки ГОСТ 4543-71 – 18ХГТ, 20Х с последующей цементацией рабочих поверхностей. Венцы червячных редукторов изготавливают из бронзы Бр010Ф1 ГОСТ 613-79. Гибкое колесо волнового редуктора изготовлено из кованой стали 30ХГСА ГОСТ 4543-71.
2. Валы (оси) быстроходные, промежуточные и тихоходные . Материалом является - сталь марки (40Х, 40ХН ГОСТ 4543-71). В зависимости от варианта сборки выходные валы могут быть одно- и двухконцевыми, а также полыми со шпоночным пазом. Выходные валы планетарных редукторов изготовлены заодно с водилом последней ступени. Материалом служит чугун или сталь.
3. Подшипниковые узлы . Используются подшипники качения воспринимающие большие осевые и консольные нагрузки. Применяются обычно конические роликоподшипники.
4. Шлицевые, шпоночные соединения . Шлицевые соединения чаще применяются в червячных редукторах (выходной полый вал). Шпонки применяются для соединения валов с зубчатыми колесами, муфтами и другими деталями.
5. Корпуса редукторов . Корпуса и крышки редукторов выполняются методом литья. В качестве материалов используется чугун марки СЧ 15 ГОСТ 1412-79 или сплав алюминия АЛ11. Для улучшения отвода тепла корпуса редукторов снабжаются ребрами.

Методика выбора редуктора в зависимости от нагрузки

Методика выбора редуктора заключается в грамотном расчете основных параметров нагрузки и условий эксплуатации.

Технические характеристики описаны в каталогах, а выбор редуктора делается в несколько этапов:

• выбор редуктора по типу механической передачи
• определение габарита (типоразмера) редуктора
• определение консольных и осевых нагрузок на входной и выходной валы
• определение температурного режима редуктора

На первом этапе конструктор определяет тип редуктора исходя из заданных задач и конструктивных особенностей будущего изделия. На этом же этапе закладываются такие параметры как: передаточное отношение, количество ступеней, расположение входного и выходного валов в пространстве.

На втором этапе следует определить межосевое расстояние. Исходные данные на каждый тип редуктора можно найти в каталоге. Следует помнить, что межосевое расстояние влияет на способность передать момент от двигателя к нагрузке.

Консольные и осевые нагрузки определяются уравнениями, а потом сравниваются со значениями в каталоге. В случае превышения расчетных нагрузок, на какой либо вал, редуктор выбирается на типоразмер выше.

Температурный режим определяется во время работы редуктора. Температура не должна превышать + 80° гр. при длительной работе редуктора с действующей нагрузкой.

Как выбрать редуктор?

Выбор редуктора должен производить квалифицированный сотрудник т.к. неправильные расчеты могут привести к поломке редуктора или сопутствующего оборудования. Грамотный выбор редуктора поможет избежать дальнейшие затраты на ремонт и покупку нового привода. Основными параметрами для выбора редуктора как было сказано выше, являются: тип редуктора, габарит или типоразмер, передаточное отношение, а также кинематическая схема.

Определить габарит редуктора можно с помощью каталога, где указаны максимальные значения крутящего момента для каждого типоразмера. Момент действующей нагрузки на редуктор определяется следующим выражением:

где:
M2 - выходной момент на валу редуктора (Н/М)
P1 - подводимая мощность на быстроходном валу редуктора (кВт)
Rd - динамический КПД редуктора (%)
n2

Частоту вращения тихоходного вала n2 можно определить, зная значения передаточного отношения редуктора i , а также значения скорости быстроходного вала n1 .

где:
n1 - частота вращения быстроходного вала (об/мин)
n2 - частота вращения тихоходного вала (об/мин)
i - передаточное отношение редуктора

Еще одним важным фактором, который следует учитывать при подборе редуктора, является величина – сервис фактор (s/f). Сервис фактор sf – это отношение максимально допустимого момента M2 max указанного в каталоге к номинальному моменту M2 зависящего от мощности двигателя.

где:
M2 max - максимально допустимый момент (паспортное значение)
M2 - номинальный момент на валу редуктора (зависит от мощности двигателя)

Значение сервис фактора (s/f) напрямую связан с ресурсом редуктора и зависит от условий работы привода.

При работе редуктора с нормальной нагрузкой, где число стартов не превышает 60 пусков в час - сервис фактор может выбираться: sf = 1.

При средней нагрузке, где число стартов не превышает 150 пусков в час - сервис фактор выбирается: sf = 1,5.

При тяжелой ударной нагрузке с возможностью заклинивания вала редуктора сервис фактор выбирается: sf = 2 и более.

Передаточное отношение и как его определить?

Основное назначение любого редуктора понижение угловой скорости подводимой на его входной вал. Значения выходной скорости определятся передаточным отношением редуктора. Передаточное отношение редуктора - это отношение скорости входного вала к скорости выходного вала.

Для получения передаточных чисел от 10 до 60 могут быть использованы двухступенчатые редукторы со ступенями, выполненными по схеме 2K-h.

Двухступенчатые редукторы, выполненные по схеме 2K-h, с двухвенцовыми сателлитами, в обоих ступенях могут иметь передаточные числа от 60 до 400.

Двухступенчатые планетарные редукторы этой же схемы используются для получения крутящих моментов до 4000 кН. м.

В силовых установках, в двухступенчатых редукторах можно получить передаточные числа до 60 и более, Передаточные числа свыше 50 уменьшают число зубьев на центральных шестернях и уменьшают срок службы редуктора. При этом повышается уровень шума. Поэтому сумма передаточных чисел не должна превышать 50,

Редуктор планетарный двухступенчатый блочный

На листе 111 приведена конструкция редуктора, выполненная по схеме 2K-h. В торцевой крышке на двух подшипниках установлен вал, откованный вместе с центральной шестерней первой ступени передач. Опорами сателлитов служат двухрядные сферические и роликовые подшипники. Водило первой ступени соединяется с центральной шестерней второй ступени через зубчатое соединение.

Сателлиты второй ступени установлены на двух двухрядных роликовых подшипниках, водило установлено на двух однорядных цилиндрических роликоподшипниках. Водила первой и второй ступени имеют жесткую конструкцию. Внутренние зубья центрального колеса первой ступени нарезаны на внутреннем выступе корпусной детали. Кованое центральное колесо второй ступени из легированной стали с общей термической обработкой. Колесо болтовым соединением объединено с корпусными деталями. Смазываются зацепление и подшипники маслом, залитым в картер редуктора. Валы уплотняются манжетными уплотнениями. Характерной особенностью редуктора является его блочность и удобство сборки. Отдельно собирается торцевая крышках валом и подшипниками и водило с сателлитами первой и второй ступени.

Редуктор планетарный двухступенчатый с плавающими венцами

В двухступенчатом планетарном редукторе (лист 112) с передаточным числом и = 51,3 консольное центральное колесо быстроходной ступени редуктора опирается с одной стороны на два однорядных шариковых подшипника, размещенных в левой щеке водила. Каждый сателлит первой ступени установлен на однорядном шариковом подшипнике, который опирается на ось, установленную неподвижно в щеках водила. Правая щека с помощью цилиндрических штифтов соединена со шлицевой втулкой. Движение на центральное колесо второй ступени передается через шлицевое соединение втулки с валом. Опорами каждого сателлита второй ступени служат два однорядных шариковых подшипника. Водила обеих ступеней неразъемные, что значительно упрощает их конструкцию. Водило второй ступени выполнено как одно целое с тихоходным валом и опирается на два однорядных шариковых подшипника. Центральные колеса с внутренними зубьями первой и второй ступени выполнены плавающими и застопорены от вращения зубчатыми муфтами.

Наружные зацепления зубчатых муфт с одной стороны входят в зацепление с зубьями центрального колеса, а с другой - соединяются с венцами, закрепленными неподвижно в корпусе редуктора. Муфты и центральные колеса о внутренним зацеплением удерживаются от осевого смещения пружинными кольцами, установленными в канавках центрального колеса и неподвижного венца. Использование плавающих центральных колес дает возможность выравнивать нагрузку между сателлитами по длине зубьев и тем самым повышать передаваемый момент. Введение плавающих центральных колес и зубчатых муфт ведет к усложнению конструкции редуктора, поэтому их используют только при высоких частотах вращения.

Редуктор планетарный двухступенчатый с двухвенцовыми сателлитами

Двухступенчатые редукторы с двухвенцовыми сателлитами в силовых установках могут иметь передаточное число до 400, а в кинематических - до 600, выполненных по схеме 2K-h обеих ступеней. При использовании эффективных методов поверхностного упрочнения зубьев можно достичь и наименьшего расхода металла на единицу передаваемого момента, по сравнению с другими видами передач.

На листе 113 показан двухступенчатый планетарный редуктор с передаточным числом и =167. Конструктивное исполнение как первой, так и второй ступени аналогично ранее рассмотренной конструкции одноступенчатого редуктора с двухвенцовыми сателлитами.

Вторая ступень редуктора передает больший момент, чем первая ступень, и поэтому водило установлено на однорядных роликовых конических-подшипниках. Корпус редуктора сварной. Для устранения возможной деформации корпус подвергается термической обработке для снятия внутренних напряжений, вызываемых нагревом при сварке. Масло заливается в картер корпуса, и зацепление смазывается купанием в ванне, а подшипники — разбрызгиванием.

Редуктор планетарный двухступенчатый с плавающими венцами второй ступени

В двухступенчатых планетарных редукторах, при исполнении первой ступени по схеме 2K-h, а второй - по схеме 3К, можно получить передаточные числа от 60 до 600 при высоком КПД и при небольшой массе на единицу передаваемого момента.

На листе 114 представлен двухступенчатый планетарный редуктор с передаточным числом и = 286. Со стороны быстроходного вала планетарная передача выполнена по схеме 2K-h. Быстроходный вал откован как одно целое с центральной шестерней и опирается на два однорядных шариковых подшипника. Сателлиты, входящие в зацепление с центральной шестерней и с центральным колесом с внутренним зацеплением, в качестве опор имеют по два цилиндрических подшипника с короткими цилиндрическими роликами, с двумя буртами наружного кольца одним буртом на внутреннем кольце. Между наружными кольцами установлено пружинное кольцо в канавке отверстия сателлита и распорное кольцо, что устраняет осевое перемещение колец. Внутренние кольца подшипников от осевого смещения предохраняются двумя кольцами, установленными между торцевыми поверхностями подшипников и щеками водила. С водила движение через шлицевое соединение передается на вал центральной шестерни второй ступени, выполненной по схеме 3К.

Сдвоенные сателлиты опираются на сферические двухрядные роликоподшипники, внутренние кольца которых посажены на неподвижные оси, закрепленные с одной стороны планками и болтами к щекам родила. Для обеспечения самоустановки сателлитов и равномерного распределения нагрузки по длине зубьев центральные колеса с внутренними зацеплениями, неподвижное и подвижное, имеют соединения через зубчатые муфты. На валах установлены двойные севанитовые уплотнения.

Смазывание зацеплений происходит окунанием в масло, налитое в картер, а подшипников - разбрызгиванием. Для отвода теплого воздуха и паров масла на верхней части корпуса установлен вентиляционный колпак.

Габаритные и присоединительные размеры редукторов (лист 115) даны в табл. 187.

Таблица 187

Габаритные и присоединительные размеры планетарных двухступенчатых редукторов с плавающими венцами второй ступени (лист 115), мм

Редуктор планетарный двухступенчатый усиленной конструкции

Редукторы этого типа используются в цементной промышленности для привода крупных высокопроизводительных цементных трубных мельниц.

Редукторы изготовляются с передаточными числами от 30 до 60, с передаваемыми моментами до 3000 кН. м, работают в непрерывном длительном режиме.

На листе 116 представлен двухступенчатый редуктор с радиусами водил первой и второй ступени r 1 = 462 мм и r 2 = 700 мм.

Центральная шестерня первой ступени плавающая, соединяется с валом электродвигателя через зубчатую муфту. Сателлиты первой ступени установлены на двухрядных роликовых сферических подшипниках, насаженных на пустотелые валики, последние закрепляются болтами к щекам водила. Опорами водила с одной стороны служит цилиндрический двухрядный роликовый подшипник, а с другой - сферический двухрядный роликовый подшипник.

Сферический подшипник неподвижно закреплен в корпусе по наружному и внутреннему кольцам и устраняет осевое перемещение водила. Водило первой ступени соединяется с центральной шестерней второй ступени зубчатой муфтой. Раздвоенные сателлиты опираются на два сферических роликовых подшипника. Таким образом обеспечивается самоустановка каждой части сателлита по зубьям центральной шестерни и колеса.

Опорами для водила служат цилиндрический роликовый подшипник и двухрядный сферический роликоподшипник, последний жестко установлен в корпусе.

В отверстие водила с допусками горячей посадки запрессован тихоходный вал. Центральные колеса первой и второй ступени болтовыми соединениями жестко связаны с корпусными деталями. Сварные корпус и крышка — из листового металла.

Особое внимание уделено обильному смазыванию всех трущихся деталей редуктора. К центральным шестерням смазка подводится через брызгалы. Двухрядные сферические подшипники имеют подвод смазки с двух сторон зацеплению зубчатых муфт непрерывным потоком подается масло специальными соплами. Такое обильное снабжение охлажденным и отфильтрованным маслом зацепления и подшипников гарантирует надежность непрерывно работающего редуктора.