Конструкция редукторов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Редуктор - это механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, заключённый в отдельный закрытый корпус и работающий в масляной ванне. Назначение редуктора - понижение частоты вращения и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим. Редукторы широко применяют в различных отраслях народного хозяйства, в связи с чем число разновидностей редукторов велико.

Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или сварного стального), в котором помещают элементы передачи - зубчатые колеса, валы, подшипники.

Корпуса редукторов должны быть прочными и жесткими. Для удобства сборки корпуса редукторов выполняют разъемными. Опорами валов редуктора, как правило, являются подшипники качения. Смазывание передач редукторов осуществляется погружением в масляную ванну, подшипников -разбрызгиванием или пластичной смазкой.

Редуктор проектируют для привода определенной машины. На кинематических схемах буквой Б обозначен входной (быстроходный) вал, буквой Т-выходной (тихоходный).

Основная энергетическая характеристика редуктора - допускаемый вращающий момент Т на его ведомом валу при постоянной нагрузке.



1. Цилиндрические редукторы

Наиболее распространены как обладающие высокой несущей способностью и технологичностью, высоким К.П.Д. и более просты в эксплуатации.

Изготавливаются с прямыми, косыми и шевронными зубьями, а так же с зацеплением Новикова.

Прямозубые редукторы уступают место косозубым даже при окружных скоростях меньше 5 м/сек.

Косозубые (и шевронные) в зависимости от степени точности могут применяться во всем потребном диапазоне скоростей, а изготовление их не требует специального оборудования. Осевые усилия косозубой передачи могут быть устранены раздвоением передачи на две параллельные с разносторонним наклоном зуба. При этом нагрузка на валы будет равномерной благодаря симметричному расположнию колес относительно опоры.

1.1 Одноступенчатые цилиндрические редукторы

Одноступенчатые цилиндрические редукторы горизонтальные рисунок 1 и вертикальный рисунок 2 имеют, как правило, косозубое зацепление. Передаточное число таких редукторов u < 8.

Рисунок 1- Одноступенчатые цилиндрические редукторы горизонтальные.

Рисунок 2- Одноступенчатый цилиндрический редуктор вертикальный.

1.2 Двуступенчатые цилиндрические редукторы

Двухступенчатые цилиндрические редукторы (рисунок 3-горизонтальный, рисунок 4- вертикальный) являются наиболее распространенными среди редукторов общего назначения.

В целях компактности и уменьшения веса передаточные числа

двухступенчатых редукторов u = 8…40.

Рисунок 3 - Двухступенчатый цилиндрический редуктор горизонтальный.

Рисунок 4 - Двухступенчатый цилиндрический редуктор вертикальный.

1.3 Трёхступенчатые цилиндрические редукторы

Эти редукторы выполняют преимущественно на базе горизонтальной схемы. Диапазон передаточных чисел u = 31,5…180.

Трехступенчатые редукторы общего назначения выполняются при специализированном производстве на базе двухступенчатых путем добавления одной ступени (чаще быстроходной). Это видно и по приведенным типичным схемам 1-5 на рисунке 5.

В схеме 1 и 2 имеющих последовательное и шахматное расположение пар момент лучше подводить со стороны более удаленной опоры, т.к. уменьшается концентрация нагрузки по длине зуба и создается некоторое торсионное действие вала. Схема 3 обеспечивает хорошее заполнение корпуса. Зазор между колесами и валами зависит от распределения передаточного числа между ступенями редуктора. Первая и третья ступень раздвоенные. Схема 4 подобна схеме 3, но имеет раздвоенную вторую ступень. Схема 5 смешанная, 2 и 4 валы соосны, а 1 и 3 не соосны.

Рисунок 5- Трехступенчатые редукторы.

1.4 Безлюфтовые редукторы

На рисунке 6 показана схема безлюфтового редуктора, который применяется в станках с цифровым программным управлением, в приборах и других механизмах, работа которых требует большой точности. Схема редуктора построена на принципе создания предварительного натяга, обеспечивающего взаимодействие зубьев только одной стороной профиля и без нарушения контакта. Предварительный натяг создается в замкнутом контуре, который состоит из двух симметрично расположенных полуконтуров. В замкнутом контуре появляется циркулирующая мощность, что увеличивает потери на трение на 3-10%, но величина К.П.Д. уменьшается незначительно.

Рисунок 6- Безлюфтовый редуктор.

1.5 Редукторы с встроенными фрикционными муфтами

На схемах 1 и 2 рисунка 7 показаны примеры применения встроенных фрикционных муфт.

Рисунок 7- Схемы встроенных фрикционных муфт.

На схеме 1 показана дисковая муфта, которая может ограничивать передаваемый момент или отключать редуктор. Регулировка силы, отжимающей муфту, производится гайкой 1, которая расположена снаружи редуктора.

На схеме 2 показана конусная муфта, ограничивающая передаваемый момент. Затяжка муфты регулируется гайкой 1, расположенной внутри картера.

Встроенные фрикционные муфты различных конструкций могут применяться во всех типах редукторов.



2. Конические редукторы

Конические редукторы (рисунок 8) применяют, когда необходимо передавать вращающий момент между валами с взаимно перпендикулярным расположением осей. Передаточное число таких редукторов u<=5 .

;

Рисунок 8- Конические редукторы.

2.1 Коническо-цилиндрические редукторы

Коническо-цилиндричекие редукторы (рисунок 9) независимо от числа ступеней и компоновки выполняют с быстроходной конической ступенью. Передаточное число u = 8…31,5.

Рисунок 9- Коническо-цилиндричекие редукторы.

Конические передачи применяются в виде отдельных редукторов, но чаще входят в состав других смешанных коническо-цилиндрических редукторов.

Конические редукторы дороже цилиндрических, сложнее в изготовлении и монтаже. Несущая способность в них меньше, а вес и габариты больше. Конические пары в коническо-цилиндрических редукторах, передающих значительные мощности, лучше использовать для первой ступени редуктора, т.к. изготовление конических колес большого размера затруднено. Но следует помнить, что в тихоходной ступени редукторов небольшой мощности конические пары менее чувствительны к точности изготовления и монтажа.

Зубья конических передач могут быть прямыми, косыми и круговыми. Передачи с круговыми зубьями вытесняют другие. Специализированное производство редукторов предусматривает только передачи с круговым зубом. Такие редукторы могут передавать большие нагрузки, имеющие меньший шум, а нарезание зубьев может быть более производительным (непрерывный процесс резания).

При использовании прямозубых конических колес передаточное число не должно быть более трех, а окружная скорость не более 2-3 м/сек.

Гипоидные передачи обладают высокой долговечностью, плавностью работы и позволяют более удачно расположить опоры валов. Но они обладают большим скольжением и, следовательно, большим выделением тепла. Скольжение и выделяемое тепло требуют применения противозадирной смазки с прочной масляной пленкой (гипоидные смазки).

Рисунок 10 - Редукторы конические одноступенчатые.

На схеме 1 рисунка 10 представлен конический одноступенчатый редуктор, а на схеме 2 такой же, но реверсивный редуктор. Оба конические колеса сидят свободно на ведомом валу и соединяются с ним зубчатой муфтой. При включении разных колес ведомый вал вращается в разные стороны.

Рисунок 11- Редукторы крническо-целендрические двухступенчатые.

На схеме 3 рисунка 11 показан наиболее распространенный двухступенчатый коническо-цилиндрический редуктор, валы которого расположены в одной плоскости.

На схеме 4 показан такой же редуктор, но коническая шестерня имеет двухстороннюю опору.

На схеме 5 представлен двухступенчатый двухскоростной редуктор. При включении зубчатой муфты с одним из колес ведомый вал получает вращение с какой-то скоростью, а при включении с другим колесом вал вращается с другой скоростью.

На схеме 6 показан коническо-цилиндрический редуктор, передающий вращение на два ведомых вала, которые могут вращаться как с одинаковым, так и с различными числами оборотов (как показано на схеме). Это зависит от соотношения числа зубьев ведущих и ведомых цилиндрических колес. Такие редуктор применяются, например, как привод к двум параллельно расположенным ленточным конвейерам.

На схемах 7 и 8 рисунка12 показаны трехступенчатые коническо-цилиндрические редукторы с различной системой опор ведущего вала. Все валы редукторов расположены в одной плоскости. Возможно и другие расположения валов.

На схеме 9 показан компактный трехступенчатый редуктор, но более сложный в изготовлении. Этот редуктор имеет три вала вместо четырех у предыдущих схем. Направления спирали конического колеса и наклона зуба цилиндрического колеса блока, свободно сидящего на ведомом валу, должны быть подобраны исходя из минимальной осевой силы. То же для колес промежуточного вала.

На схеме 10 показан трехступенчатый редуктор, у которого цилиндрическая часть выполнена соосной, что уменьшает длину редуктора по сравнению со схемами 7 и 8.

Рисунок 12 - Редукторы коническо-цилиндрические трехступенчатые.

На схеме 11 (рисунок 13) представлен вертикальный трехступенчатый коническо-цилиндрический редуктор, у которого цилиндрическая часть выполнена соосной.

На схеме 12(рисунок 13) показан трехступенчатый коническо-цилиндрический редуктор, у которого первой ступенью является планетарный ряд, второй ступенью - коническая пара, а третьей - цилиндрическая простая передача. Электромотор может быть фланцевым и крепиться к картеру.

Рисунок 13-Трехступенчатые коническо-цилиндрические редукторы.



3. Червячые редукторы

Червячные редукторы могут быть с цилиндрическим и глобоидным червяком или с вогнуто-выпуклым зацеплением.

Глобоидные все больше вытесняют передачи с цилиндрическим червяком, так как имеют больший К.П.Д., большую несущую способность и долговечность за счет многопарности зацепления и лучших условий смазки.

Главным недостатком червячных редукторов, особенно с цилиндрическим червяком, является очень низкий К.П.Д. из-за больших потерь на винтовое трение. Это ограничивает передаваемую мощность червячными редукторами. Выделение тепла в результате трения часто приводит к необходимости охлаждать редукторы.

Червячные редукторы могут быть самотормозящими. Это свойство используют в некоторых машинах, например, грузоподъемных и др. К.П.Д. самотормозящих редукторов ниже 0,5.

Червячные редукторы вследствие низкого КПД и меньшего ресурса, чем у зубчатых редукторов, не рекомендуется применять их в машинах непрерывного действия.

Компоновочные возможности ограничены и сводятся к трём основным схемам редукторов: с нижним, верхним и боковым расположением червяка (рисунок 14). Нижнее расположение червяка применяется при окружных скоростях до 5 м/сек. При больших скоростях и малой мощности применяют верхнее расположение червяка, что уменьшает потери на перемешивание масла. Смазка опор вертикального червяка затруднена.

Выбор схемы редуктора обычно диктуется удобством компоновки привода в целом. Диапазон передаточных чисел u = 8…80, рекомендуется u<=63.

В смешанных редукторах червячную передачу лучше использовать в быстроходной ступени, что улучшает условия смазки, уменьшает коэффициент трения с увеличением относительных скоростей трущихся поверхностей и уменьшает износ.

Двухступенчатые червячное редукторы имеют низкий К.П.Д. и очень сложную сборку и регулировку, так как надо одновременно регулировать зацепление обеих передач. Двухступенчатые глобоидные редукторы по этой причине почти не возможно осуществить. Поэтому двухступенчатые силовые червячные редукторы применяют очень редко и только при крайней необходимости. Если надо увеличить передаточное число, то лучше применять комбинированные редукторы, у которых червячная передача сочетается с простой или планетарной цилиндрической, конической или другой зубчатой передачей.

Рисунок 14 - Червячные редукторы.

3.1 Червячно-цилиндрический редуктор

Червячно-цилиндрический двухступенчатый редуктор (рисунок15) имеет червячную быстроходную ступень и одну червячно-цилиндрическую или две червячно-цилиндрические ступени с параметрами редуктора развёрнутой схемы. Редукторы имеют большое передаточное число и низкий уровень шума. Червяк обычно располагают внизу, что вызвано условиями смазывания зацепления, расположением подшипников червяка и условиями сборки.

Рисунок 15- Двухступенчатый червячно-цилиндрический редуктор.



4. Планетарные редукторы

Правильный выбор схемы планетарного редуктора и его удачная конструкция позволяют получить меньший вес и габариты, большие передаточные числа при малом числе колес, больший К.П.Д., легкость расположения внутри другого агрегата и другие преимущества по сравнению с простыми редукторами. Кроме того, планетарные редукторы имеют меньшие вибрации и шум благодаря большей симметрии сил, масс, жесткостей и меньшим габаритам колес, что уменьшает массы вращающихся деталей и погрешности изготовления. Уменьшение масс увеличивает собственные частоты и уменьшает шум.

Наиболее распространен простой планетарный зубчатый редуктор (рисунок 16).

Рисунок 16- Планетарный редуктор.



5. Волновые редукторы

Одним из эффективных путей повышения несущей способности и точности работы зубчатых передач является увеличение числа зубьев, одновременно находящихся в зацеплении. Этот путь привел к многопоточным простым, а затем и планетарным передачам, а далее к планетарным передачам с гибким сателлитом. Планетарные передачи с гибким сателлитом известны под названием волновых передач. В волновых передачах благодаря облегчению в зоне зацепления гибким колесом сопряженного с ним жесткого колеса число контактирующих зубьев может быть доведено до 25% (40%) от общего числа зубьев колеса, а передаточное число может быть очень большим.

Кроме этих основных особенностей волновые передачи имеют и другие характерные свойства:

1) равномерное распределение износа, малую скорость скольжения зубьев только одной стороной и только в одном направлении при входе в зацепление и в другом направлении при входе, хорошие условия смазки, бесшумность работы. редуктор механизм безлюфтовый

2) большую площадь контактов зубьев и низкие удельные давления, так как точечный и линейный контакт почти исключаются, напряжения срезов зубьев малы.

3) высокий К.П.Д. при больших передаточных числах, так как с увеличением передаточного числа К.П.Д. снижается в меньшей степени, чем у обычных зубчатых передач, неограниченный выбор больших передаточных чисел изменяя числа зубьев и волн и применяя планетарные генераторы волн.

4) малые габариты и вес редуктора, удобство встраивать в другие агрегаты.

5) не требуется точность межцентрового расстояния, малое влияние радиального биения колес и ошибки в профиле зуба.

6) снижаются динамические нагрузки в передаче и всего привода за счет крутильной податливости гибкого колеса при пусках, торможении и других случаях динамического приложения нагрузки.

На рисунках 17 и 18 показаны принцип работы волновой передачи и ее основные элементы: генератор волн Н-водило с двумя роликами; жесткое колесо Ж с внутренними зубьями, гибкое колесо Г с наружными зубьями.

Рисунок 17- Принцип работы волновой передачи.

Рисунок 18- Принцип работы волновой передачи.

Ролики генератора волн деформируют гибкое колесо и вводят зубья в зацепление по большой оси овала (эллипса) и полностью выводятся из зацепления по меньшей оси.

Движение передается за счет бегущей волны деформации гибкого колеса. Отсюда и название передачи - волновая.

Три основных элемента передачи - Н, Ж и Г - дифференциально связаны между собой и каждое из них может быть ведущим или ведомым. В редукторах ведущим является генератор волн (водило Н), а из двух других элементов передачи один является неподвижным, а второй - ведомым.

6. Способы соединения вала двигателя и вала редуктора

1) вал к валу - используют если хотят уменьшить габариты и массу механизма (рисунок 19-а,д,и).

2) соединение с помощью компенсирующей муфты - для компенсации смещений (угловых, осевых, радиальных) и погрешностей при сборке, но при этом габариты привода увеличиваются (рисунок 19-б,е,к).

Компенсирующие муфты бывают жесткие и гибкие (упругие, эластиные), смягчающие удары.

Некоторые производители редукторов конструируют собственные полумуфты и делают один конец вала уже с полумуфтой, другая половина полумуфты со зведочкой входит в комплект.

3) соединение шестерней - червячный или коническо цилиндрический мотор-редуктор становится цилиндро червячным или цилиндро-коническо-цилиндрическим. Соединенные валы нагружаются силами, действующими на зубья шестерни (рисунок 19-в,ж,л).

4) клиноременная передача - также увелиничает габатиры окончательного механизма, нагузку на валы определяет сила предварительного натяжения ремней. Натяжение ремня происходит с помощью соединений шпилька-гайка, предварительно усиливают подшипниковый узел, ближний к присоединительному концу входного вала редуктора (рисунок 19-г,з,м).

5) насаживание мотор-редуктора на приводной вал.

Насадное исполнение мотор-редуктора широко распространено и позволяет уменьшить осевые габаритные размеры. Осевую фиксацию обеспечивает гайка.

Рисунок 19- Способы соединения вала двигателя и вала редуктора.



Заключение

История развития техники обусловила вращение как основную форму передачи и использования механической энергии в машинах и механизмах. Наиболее распространенные энергетические машины-двигатели внутреннего сгорания, паровые турбины (двигатели внешнего сгорания), электромоторы, преобразовывая химическую энергию топлива или электрическую энергию в механическую, выдают ее потребителю в виде вращения вала. Несмотря на то, что в истории техники было немало примеров использования энергии машин без вращательного движения (паровые машины Ньюкомена, Ползунова, Уатта с приводом для насосов), вращение получило наибольшее распространение. Причины этого кроются в основном в простоте, компактности, высоком КПД, непрерывности и равномерности движения передаточных механизмов, или иначе-механических передач.



Литература

1. Гулиа Н.В., Клоков В.Г., Юрков С.А. Детали машин: Учебник/Под общ. ред. д.т.н.,проф. Н.В. Гулиа.-2-е изд., испр,-СПб.: Издательство «Лань», 2010.-416с,:ил.- (Учебники для вузов. Специвльная литература).

2.Эрдеди А.А «Детали машин»: учебник для студентов сред. проф. образования /А.А. Эрдеди, Н.А. Эрдеди.-3-е изд., исправл. И доп.- М.: Издательский центр «Академия»,2003.

Размещено на Allbest.ru

...