Цилиндрический редуктор

Разновидности корпусов

Наиболее распространены корпуса из высокопрочного чугуна, стали или сплавов металлов, имеющих сниженный вес. Они производятся серийно методом литья в стандартных типоразмерах. Стальные и чугунные корпуса отличаются повышенной прочностью. Но если требуется существенно облегчить вес механизма, то может использоваться авиационный алюминий.

При единичном производстве или необходимости выполнения устройства в нестандартных размерах корпуса изготавливаются методом сварки. Это позволяет воплотить требуемые инженерные задумки.

Корпуса оснащаются местами для надежной фиксации по типу «ла» или «уши». Они помогают закрепить устройство согласно с разработанной схемой. На выходе наружных валов должны быть обязательно предусмотрены уплотнители. Их задача заключается в предотвращении вытекания смазочного материала (масла). С наружной стороны при необходимости имеются инжекторы, они уменьшают давление, образующееся внутри защитного корпуса.

Устройство и принцип работы

Классический редуктор представлен сочетанием различных элементов, которые при взаимодействии обеспечивают передачу усилия. Принцип работы червячного редуктора связан с особенностями основного элемента, в качестве которого выступает червеобразный ведущий винт. Именно он определяет название устройства. Кроме этого, классический вариант исполнения представлен сочетанием следующих элементов:

1. Шестерня имеет цилиндрическую форму, на поверхности которой есть зубья. Она получила весьма широкое распространение, находится в непосредственном соединении с червяком.
2. Для крепления шестерни применяется вал. Он расположен под прямым углом относительно червяка.
3. Все элементы расположены в корпусе, который часто изготавливается из чугуна. Для того чтобы можно было провести обслуживание корпус делается составным, нижняя часть выступает в качестве фиксирующего элемента.
4. Соединение двух элементов корпуса и фиксация других деталей проводится при применении различных уплотнительных элементов. Их применение можно связать с тем, что в корпусе находится масло, которое разбрасывается на момент работы для обеспечения требуемого охлаждения и снижения степени износа.
5. Вращение вала обеспечивается за счет установки подшипников самых различных типов. Этой детали уделяется довольно много внимания, так как на момент службы устройства именно они часто выходят из строя.

При этом на выходе происходит понижение количества оборотов и повышение усилия. Кроме этого, редуктора червячные технические характеристики могут иметь следующие:

1. Выделяют тихоходные и быстроходные варианты исполнения. При этом в случае небольшой скорости вращения червяк устанавливается снизу, при большой – сверху. Тихоходный вал должен смазываться соответствующим образом, так как в противном случае он не прослужит долго.
2. Если вращение основных деталей происходит при большой скорости, то масло должно подаваться под большим давлением. Низководная червячная пара может смазываться без давления при естественной циркуляции масла.

Сегодня корпус редуктора в большинстве случаев изготавливается при применении чугуна, так как этот материал выдерживает существенное воздействие окружающей среды. Передаточное число червячного редуктора зависит от размеров механизма. Чертеж устройства можно встретить в интернете, кроме этого его созданием занимается инженер с соответствующей подготовкой.

При выборе рассматриваемого механизма учитываются самые различные параметры, но передаточное отношение червячного редуктора можно считать наиболее важным параметром.

Виды мотор-редукторов

Сегодня разработано большое число вариантов мотор-редукторов, различающихся типом двигателя, принципом построения механической части и общей геометрией. Практически все возможные комбинации присутствуют в каталогах производителей.

По виду механического зацепления подразделяют цилиндрические, конические, червячные и планетарные модели. По взаимному расположению входного и выходного валов рассматривают соосные, параллельные и угловые варианты. Исходя из передаваемых мощностей выделяют модули обычного размера и мини мотор-редукторы. По типу присоединения к процессу, встречаются варианты с одно- и двухсторонним валом, а также с полым выходным валом.

Цилиндрические мотор-редукторы

Агрегаты, использующие классические цилиндрические редукторы получили большое распространение, благодаря простоте, надежности и универсальности механической части устройства. Их использование возможно в широком спектре оборудования. В зависимости от общей конструкции, цилиндрические мотор-редукторы выполняются с соосными или параллельными валами. Количество ступеней может варьироваться от одной до шести.

По способу расположения шестерен и общей компоновке выделяют горизонтальные и вертикальные модели. Такие устройства характеризуются высоким КПД, долговечностью и относительно невысокой стоимостью.  В отличие от многих других вариантов, цилиндрические редукторы обычно не допускают произвольного расположения в пространстве, что значительно ограничивает их область применения.

Конические мотор-редукторы

Устройства, собранные на основе конических шестерен, позволяют построить угловой конический мотор-редуктор. Его главной особенностью будет перпендикулярное расположение входного и выходного валов. Это ориентирует их на использование в устройствах, требующих смены направления осей. Также конические модели выгодно устанавливать в конструкциях, предъявляющих ограничение по одному из габаритных размеров устройства. Редукторы данного типа отличаются более высокой стоимостью, в виду значительной сложности изготовления отдельных деталей. Передаточное отношение конических моделей обычно невелико. Для его повышения, коническую и цилиндрическую передачи часто комбинируют, результатом чего становится коническо-цилиндрический мотор-редуктор.

Червячные модели

Сегодня, огромную популярность приобрели червячные одноступенчатые мотор-редукторы. В качестве механической передачи в них используется червячная пара. Она обеспечивает высокое передаточное отношение при сравнительно небольших габаритах. Благодаря этому стоимость червячных моделей ниже аналогов с иной конструкцией. Среди других особенностей следует выделить перпендикулярное расположение валов и самостоятельное затормаживание механизма при отсутствии внешнего поступления энергии.

В отличие от цилиндрических и конических моделей, приложение усилия к выходному валу не приведет к проворачиванию механизма. Благодаря этому такие редукторы часто используют в ответственных решениях и подъемно-транспортных устройствах. Червячные редукторы обычно не требовательны к положению установки. Благодаря герметичному корпусу их можно располагать произвольным образом, вследствие чего эти модели активно применяются для модернизации привода станков, промышленных линий и других механизмов. Среди недостатков червячных моделей обычно выделяют небольшой КПД и повышенное тепловыделение.

Планетарные и волновые мотор-редукторы

Благодаря компактности и высоким рабочим моментам, планетарные мотор-редукторы нашли широкое использование в небольших устройствах привода. Высокое передаточное отношение и способность работать с большими нагрузками, ориентирует их на использование совместно с серводвигателями промышленных роботов  и других автоматических устройств. Встречаются планетарные модели и общепромышленного применения. Благодаря особенностям конструкции зубчатой передачи, данные модели мотор-редукторов выполняются с соосными валами. Это позволяет их использовать для привода практически любых механизмов.

Дальнейшим развитием планетарных передач стали волновые редукторы. Они обеспечивают большое передаточное отношение, плавность хода и высокую точность позиционирования выходного вала. Благодаря этому такие модели стали основой построения промышленных роботов. Наряду с высокими характеристиками, данные типы передач отличаются высокими требованиями к изготовлению, а, следовательно, и высокой стоимостью, что существенно сдерживает распространение данных моделей.

Плюсы и минусы

Цилиндрический передаточный механизм получил широкое применение в самых разных областях. Он имеет бесспорные положительные качества если сравнивать с червячным:

• большой коэффициэнт полезного действия;
• не греется;
• работает туда и обратно.

Плюсы и минусы цилиндрического редуктора зависят от свойств зубчатого зацепления и прочих конструктивных компонентов.

Преимущества

Ключевым хорошим моментом считается большой коэффициэнт полезного действия. Он намного превосходит мощности на выходе при похожих двигателях, все зубчатые и остальные виды передач.

Узел способна работать долгое время без перерывов, переключаться безграничное кол-во раз с одного режима на другой и даже менять направление вращения.

Тепловыделение небольшое. Нет необходимости устанавливать систему охлаждения. Смазка разбрызгивается нижними колесами, смазывает верхние шестерни, подшипники и собирает вниз, в поддон, всю грязь, сколовшиеся частицы металла.Будет достаточно иногда доливать масло и раз в 3 – 6 месяцев менять его.Частота профилактических мероприятий зависит от рабочего режима.

Выходной вал поставлен в подшипники качения и почти что не имеет люфта. Перемещение его очень точное, чтобы применять зубчатый механизм в качестве привода точных устройств и приборов. Осевое и радиальное биение сопрягаемых деталей не оказывает влияние на работу механизма.

https://youtube.com/watch?v=WsfW2oHAqII

Рабочая эффективность не зависит от скачков напряжения. Передаточное число стабильно. Если падает частота вращения мотора, пропорционально замедляется вращение ведомого колеса. Мощность остается неизменной.

Минусы

Немаловажное достоинство – отсутствие трения и торможения, в конкретных условиях создаёт проблемы. В механизмах для подъема грузов во время установки цилиндрического редуктора нужно устанавливать крепкий тормоз, чтобы удержатьтяжелые предметы на весу и устранить их самостоятельное опускание

В зубчато-винтовых передачах ведущим может быть только червяк и из-за большого трения появляется эффект самоторможения.

При перегрузе или резком включении ремень проскальзывает по шкиву. Зуб может лишь поломаться, и деталь понадобится менять. Как дополнительные предохранители применяются шпонки. Они рассчитываются на срез без запаса прочности. Заменить срезанную муфтой обычную деталь намного проще.

Стоимость рабочих деталей большая. Производственная технология долговременная и непростая.При этом зуб понемногу стирается, возрастает просвет между рабочими поверхностями. Менять межцентровое расстояние, как в реечных и червячных передачах в редукторе нельзя.Необходимо время от времени менять шестерни, колеса, подшипники.

Чем больше стирается эвольвента, тем сильнее стучат друг об друга зубья, и шумит редуктор.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Особенности конструкции

Основой любого редуктора считается зубчатое зацепление, передающее вращательный момент и изменяющее число оборотов вала. Для цилиндрических зацеплений специфична возможность вращаться туда и обратно. Если понадобится ведомый вал с колесом подсоединяется к двигателю и становится ведущим. Они в этой конструкции размещены параллельно, вертикально и горизонтально. Устройство цилиндрических редукторов может быть самое различное, но оно в первую очередь включает в собственную конструкцию:

• ведущий;
• ведомый вал;
• шестерню;
• колесо;
• подшипники;
• корпус;
• крышки;
• систему смазки.

В простейшем одноступенчатом редукторе одна пара находится в зацеплении – шестерня и колесо. Если ступенек 2 и больше, исходя из этого возрастает численность деталей. Появляются промежуточные оси. Для изменения направления вращения, в кинематическую схему включают паразитку, переходную шестерню с количеством зубьев как у ведущей.

Корпус и крышка отливаются из чугуна или выполняются сварными из низкоуглеродистого листа толщиной 4 – 10 мм в зависимости от габаритов и мощности узла. Сварными делают небольшие редуктора. Другие имеют крепкий литой корпус.

Характеристика цилиндрических редукторов

Кол-во зацеплений, вид зуба и обоюдное расположение валов для всех видов оборудования описывает ГОСТ Редукторы цилиндрические. В нем указаны типоразмеры всех деталей, которые используют в цилиндрических редукторах при самых разных количествах ступенек. Максимальное передаточное число одной пары 6,5. Общее многоступенчатого редуктора может быть до 70.

Более чем у цилиндрического редуктора может быть передаточное число у передачи червячным методом,оно достигает 80. При этом они небольшие, но применяются нечасто из-за невысокого КПД. У цилиндрических одноступенчатых редукторов КПД 99 – 98%, очень высокий из всех вариантов передач.Отличительны червячные и цилиндрические редукторы расположением валов. Если у цилиндрических они параллельные, то червяк размещается к колесу под угол. Стало быть валы ведущий и ведомый выходят из перпендикулярно размещенных стенок находящихся по бокам корпуса.

Для смазки достаточно залить масло в поддон, чтобы находящиеся снизу шестерни в него частично погрузились. Во время вращения зубья захватывают масло и разбрызгивают его на прочие детали.

Проектирование и порядок расчета

Расчет грядущего редуктора начинается с определения передаточного момента и подборки его из нормированных пар. После чего уточняются диаметры деталей и межосевое расстояние валов. Составляется кинематическая схема, устанавливается идеальная форма корпуса и крышки, номера подшипников. В сборочный чертеж входит кинематическая схема двухступенчатого редуктора, смазочная система и способы ее контроля, типы подшипников и места их установки.

ГОСТ 16531-83 описывает все допустимые виды и типоразмеры зубчатых колес, которые используют в цилиндрических редукторах с указыванием модуля, количества зубьев и диаметра. По размерам шестерни выбирается вал. Его крепость рассчитывается с учетом вращательного момента на скручивание и изгиб. Устанавливается самый маленький размер, умножается на прочностный коэффициент. После подбирается ближний больший нормализованный размер вала. Шпонка рассчитывается исключительно на срез и выбирается подобно.

По диаметру вала подбирается подшипник. Его вид устанавливается направлением зуба. При косозубой передаче ставят упорные, намного дорогие. Прямозубая передача не нагружает их в осевом направлении, и однорядные шарикоподшипники работают по паре тысяч часов.

Сборочная схема указывается на чертеже внизу и детально расписывается в технологичной документации, которая предоставляется в производство одновременно с чертежами. На главном чертеже с общим видом в таблице указываются технические свойства редуктора, которые после переносятся в паспорт:

• кол-во ступенек;
• передаточное число;
• число оборотов ведущего вала;
• мощность на выходе;
• КПД;
• размеры;
• вес.

Дополнительно могут указываться вертикальное расположение зацепления, направление вращение вала и вариант установки: фланцевый или на лапах.

Цилиндрический редуктор

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.

Конструктивные особенности

Расположение зубьев относительно оси зубчатых колес является достаточно важной характеристикой. Но более значимую роль играют конструктивные особенности редуктора при передаче крутящего момента

Помимо, собственно, цилиндрических редукторов состоящих исключительно из цилиндрических прямо- или косозубых зубчатых передач широко применяются:

• Коническо цилиндрические редуктора. Одним из наиболее популярных вариантов конструкции является двухступенчатый редуктор, но возможно и большее число ступеней.
• Редуктора червячно-цилиндрические.

Остановимся более подробно на каждой конструкции.

Использование цилиндрических редукторов

Назначение редуктора – понижение числа оборотов мотора и увеличение мощности на выходном валу. Сборка цилиндрического редуктора не представляет трудности. По самому центру отверстий проходит разъем корпуса и крышки. Подшипники насаживаются на валы, ставятся в приготовленные гнезда и подпираются с наружной стороны крышками.

Колеса и шестерни крепят на валы при помощи шпонок.

Для регулировки межосевого расстояния нужно с высокой точностью делать расточку корпуса.

Техническое обслуживание редукторов обычное. Нужно постоянно доливать масло, иногда менять его. Детали, размещенные в середине, рассчитаны на продолжительную эксплуатацию в течение как минимум 10 лет.

Прокатное и кузнечно-прессовое оборудование не сможет работать без редукторов. В данной сфере популярно много разновидностей редукторов. Прямозубые стоят на кранах. Мощные шевронные вращают кривошипные прессы, вальцы, манипуляторы, подающие металл.

Прокатные т-правильные станы работают исключительно благодаря клетям, передающим вращение мотора на валки и рабочие узлы.

Под каждым капотом скрывается коробка скоростей. На каждом станке есть редуктор или несколько. Небольшие передачи установлены в электрифицированном инструменте и регулируют частота вращения шпинделя дрели, угловые шлифовальные машины и фрезера.

Расчет конического редуктора

При проектировании конического редуктора необходимо определить его тип, размеры и технические характеристики исходя из требований и возможностей его эксплуатации на предприятии, а также экономичность его изготовления.

Далее будет описана последовательность расчета конического редуктора, для которого необходимо предварительно определить:

• крутящий момент;
• частоту вращения валов;
• планируемый срок работы.

Чтобы выполнить расчет потребуется специализированная литература, содержащая таблицы коэффициентов и значений, а также знание определенных формул.

Последовательность действий при расчете конического редуктора:

1. Определить передаточное число.

   U = n_вх/n_{вых ;} где

   n_вх – частота вращения входного вала;

   n_вых – частота вращения выходного вала.

1. Вычислить количество зубьев.Для шестерни входного вала:

   Z₁=22-9lgU

   Для шестерни выходного вала:

   Z₂=Z₁U

   Полученные значения округляют в большую сторону до стандартного.

1. Вычислить фактического передаточное значение.

   U_ф=Z₁/Z₂

1. Определить КПД.Стандартное значение 0,96

1. Произвести расчет мощности.Мощность на выходном валу:

   p = Tn_вых/9550

   Мощность электродвигателя:

   р_эл = р/КПД

   Т – крутящий момент.По таблицам следует выбрать электродвигатель с приближенной большей мощностью.

1. Определить твердость шестерней и материал.

   НВ =7000×√(Т/d_эл)

   где d_эл— диаметр вала электродвигателя.

   Полученное число округлить в большую сторону кратно 10. Выбрать материал с подходящей твердостью и записать его пределы текучести и прочности.

1. Произвести расчет допускаемых напряжений.Наибольшим нагрузкам при работе подвергается шестерня. Поэтому необходимо выяснить количество циклов нагружения на всем сроке эксплуатации механизма. Для этого определяем время его работы в часах:

   t = 365LK_год24K_сут

   где L – срок работы агрегата;

   K_год– коэффициент загрузки в год;

   K_сут– коэффициент загрузки в сутки.

   Количество вращений шестерни:

   N = 60tn_{электродвигателя}

   Допустимое значение контактной выносливости:

   δ_H×δ_H0/S_H×K_HL

   где δ_H0 — предельное значение контактной выносливости в МПа;

   S_H – коэффициент запаса контактной прочности (равен 1,1);

   K_FH — коэффициент долговечности.

   Допустимое значение выносливости на изгиб:

   δ_F×δ_F0/S_F×K_FL

   где δ_F0 — предельное значение выносливости на изгиб в МПа;

   S_F – коэффициент запаса прочности на изгиб (равен 1,75);

   K_FL — коэффициент долговечности.

1. Рассчитать предварительный делительный диаметр зубчатого колеса.

   dпр = 18163√(1,2T/δ2_нU)

2. Вычислить предварительный модуль.

   m_пр = d_пр/Z₁

   Полученный модуль уточнить по ГОСТу.

1. Найти внешнее конусное расстояние.

   R = (m√(Z2₁+Z2₂))/2

2. Найти диаметры вершин зубьев и делительных окружностей шестерни.d_внеш1 = mZ₁;d_внеш2 = mZ₂;d_вер1 = d_внеш1+2mcosδ₁;d_вер2 = d_внеш2+2mcosδ₂
3. Вычислить ширину колеса.

   b = 0,285R

   Полученную ширину округлить в большую сторону до стандартного значения.

1. Определить высоту зубьев.

   h = 2,2m

2. Произвести расчет валов редуктора.

   D = 3√(T/0,2τ)

   где τ — допустимое значение касательного напряжения в МПа.

1. Выбрать по размеру диаметров валов тип и размеры подшипников.
2. Произвести расчет зубчатого колеса.
3. Произвести расчет размеров корпуса.

Добиться необходимой прочности стенок корпуса агрегата и его деталей можно при помощи дополнительных ребер жесткости. Рекомендуется по возможности использовать пластмассы и другие легкие материалы, если это позволяют делать конструктивные возможности механизма. В целях экономии при создании редуктора следует выбирать материалы с более дешевой стоимостью, при условии, что это никак не скажется на его дальнейшей работе.

Конические редукторы нашли широкое применение на производстве. Несмотря на небольшие недостатки, они часто применяются в станках, поворотных механизмах и машинах. Использование таких агрегатов позволяет передать вращение под углом в 90 градусов, а также сделать реверс.

Корпуса редукторов

Цилиндрический редуктор при его серийном производстве снабжается, как правило, литым корпусом стандартизованного размера с использованием литейного чугуна или литейных сталей. Спецификация на эти материалы приведена в соответствующих регламентирующих отраслевых документах и ГОСТ. В тех случаях, когда требуется получить конструкцию небольшого веса, применяют корпуса из легких сплавов.

При штучном производстве чаще всего используют корпуса сварные, что позволяет реализовывать конструктивные решения, расчет и проектирование которых проводились по индивидуальному заказу.

Это интересно: Инструкция по тюнингу ГБЦ

На корпусах редукторов, как правило, имеются места для крепления в виде «ушей» и/или «лап», с помощью которых их можно передвигать и крепить по месту установки, используя сборочный чертеж на автомобиль. На выходной части валов устанавливают уплотнения для того, чтобы исключить вытекание масла. С внешней стороны корпуса редукторов могут иметь дополнительные конструкционные элементы, препятствующие увеличению внутреннего давления редуктора, которое может возникать при его нагреве в процессе работы.