Цилиндрический редуктор

Исполнения быстроходного вала коническо-цилиндрического трехступенчатого редуктора.

Исполнения быстроходного вала коническо-цилиндрического редуктора с вертикальным расположением быстроходного вала представлены на рис . 1 … 3.

Рис. 1 — соединение фланцевого электродвигателя с валом шестерни осуществлено упругой муфтой, встроенной внутрь вала шестерни. Конструкция компактна, но сложна в изготовлении. Стакан для крепления двигателя и вала шестерни общий.

Рис. 2 — вал электродвигателя вставлен внутрь вала шестерни. Конструкция компактна, но имеет следующие недостатки: центрируя двигатель его фланцем в отверстии стакана, специально предназначенном для этой цели, надо предусмотреть зазор в соединении, что неблагоприятно скажется на работе шпоночного соединения этих валов.

Рис. 3  — электродвигатель крепится к стакану, который центрируется по корпусу редуктора. Одна опора вала шестерни фиксирует вал от осевых смещении в двух направлениях, вторая опора — «плавающая». К верхним подшипникам смазка подается с помощью масленки.

Соседние страницы

• Кинематические схемы редукторов
• Редуктор с вертикальными валами
• Редуктор с двумя быстроходными валами.
• Редуктор двухступенчатый
• Редуктор двухступенчатый соосный
• Варианты исполнений опор валов цилиндрического двухступенчатого соосного редуктора
• Редуктор с торсионными валами
• Редуктор двухступенчатый трехпоточный соосный
• Редуктор соосный цилиндрический с внутренним зацеплением тихоходной ступени
• Мотор-редуктор МЦ2С-125
• Редуктор цилиндрический Ц2-160
• Редуктор цилиндрический двухступенчатый 1Ц2У.
• Редуктор Ц2-200.
• Редуктор специальный
• Редуктор Ц3КФ-100
• Редуктор РТЦ-500.
• Редуктор трехступенчатый
• Редуктор РЦТ-1015.
• Редуктор конический К-125.
• Редуктор конический
• Редуктор червячный.
• Мотор-редуктор цилиндрическо-червячный.
• Редуктор цилиндрическо-червячный.
• Редуктор червячный двухступенчатый.

Недостатки цилиндрических редукторов

Наряду с достоинствами, цилиндрический тип передач имеет недостатки.

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

Производители

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

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

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

Достоинства и недостатки

Конструкция конических редукторов схожа с цилиндрическими, поэтому достоинства и недостатки у них схожи. Основное достоинство конического редуктора заключается в расположении шестерней или муфт под углом. Это дает возможность передать вращение от ведущего вала к ведомому, находящемуся к первому под углом в 90 градусов.

Еще одним немаловажным достоинством такого устройства является невосприимчивость к переменным и кратковременным нагрузкам. За это они часто применяются в производственных процессах с частыми запусками.

Как было сказано выше, конические редукторы имеют схожее с цилиндрическими устройство, но есть свои недостатки. К ним относятся:

• более низкий КПД;
• заедание колес происходит чаще.

Несмотря на то, что КПД такого агрегата на 10% ниже и возможны случая заедания шестерней, конические редукторы пользуются большим спросом и нашли себе применение во многих сферах.

Конструктивные особенности

Существует два типа конических редукторов:

• узкие;
• широкие.

Под узким типом редуктора подразумевается то, что ширина зубчатого колеса будет равна четверти внешнего конусного расстояния. Передаточные числа в диапазоне 3-5, а число зубьев у шестерни 20-23. У редукторов широкого типа ширина колеса варьируется в пределах от 0,3 до 0,4 внешнего конусного расстояния. Значения передаточных чисел будут 1-2,5, а количество зубьев шестерни от 25 до 28.

На рисунке ниже изображен чертеж конического редуктора, на котором видно, что зубчатые колеса соприкасаются под определенным углом. Валы установлены на однорядные роликовые подшипники и находятся в закрытом корпусе с крышкой. В большинстве случаев, материалом для корпуса служат сталь или чугун, но встречаются модели из легких сплавов. В конструкции используются шестерни конического типа, имеющие прямые или косые зубья. Использование радиальных подшипников позволяет выдерживать большие осевые нагрузки.

По типу исполнения, конические редукторы могут содержать одну или несколько ступеней, с увеличением которых будет задействовано большее количество валов и конических пар. Самыми распространенными на сегодняшний день являются редукторы конические одноступенчатые. Благодаря двухступенчатым и трехступенчатым агрегатам получается достичь требуемого вращающего момента и реверсивного движения.

В независимости от количества ступеней, вращение к редуктору от электродвигателя передается при помощи муфты, клиноременной или цепной передачи. На рисунке ниже изображена кинематическая схема одноступенчатого редуктора.

Смазка конической пары осуществляется при помощи масляной ванны. Одна из шестеренок частично погружена в масло и при вращении перемещает часть масла на другую шестерню, с которого масла вновь капает в ванну. Во время работы агрегата часть масла попадает на внутренние стенки корпуса, в которых находятся технологические отверстия. Через них масло попадает к подшипникам и смазывает их.

Классификация цилиндрических редукторов

Слово «редуктор» (от лат. reductor) переводится как «отводящий/приводящий назад». То есть уже исходя из названия можно определить задачу данного механизма.

Цилиндрический горизонтальный редуктор представляет собой устройство, которое изменяет крутящий момент, а также мощность мотора. Устанавливается он почти на все автомобили. Это составной элемент трансмиссии, который регулирует перемещение в высокоточных приборах. Как выглядит данный механизм? Он выполнен в виде одного либо нескольких зубчатых зацеплений, которые взаимодействуют друг с другом, чтобы понизить обороты мотора до нужной скорости вращения исполняющего узла.

Цилиндрические горизонтальные редукторы подразделяются на несколько видов в зависимости от количества ступеней, типа колес и резьбы. Далее разберем каждую из классификаций подробно.

По типу зубьев колес цилиндрические горизонтальные редукторы подразделяются на:

• прямозубые;
• косозубые;
• криволинейные;
• шевронные.

Проще всего изготовить прямозубые колеса, но их уровень шума окажется выше, чем у косозубых и шевронных. Более того, ресурс механизма данного типа будет небольшим по причине постоянных ударов во время соприкосновения пар зубьев: из-за сильной вибрации детали быстро изнашиваются.

Цилиндрический горизонтальный косозубый редуктор имеет более сложную конструкцию. Но и эксплуатационные характеристики у него лучше: уровень шума низкий, небольшой износ, плавный ход. Единственный минус — возникает осевая сила, пагубное воздействие которой приходится как-то нивелировать.

Следующий шаг, который сделали инженеры, – усовершенствовали косозубое колесо, создав криволинейный редуктор. Его эксплуатационные характеристики наиболее высоки, однако производство данного типа колес считается достаточно сложным, ведь необходимо использовать спецоборудование.

Чтобы устранить главный минус косозубых колес — осевую силу, приходится устанавливать на валу второе точно такое же колесо, зубья которого наклонены в другую сторону. В результате осевые силы компенсируются двумя половинами колеса, оно называется шевронное. Если на автомобиле используется такой механизм, ход будет максимально плавный. Главная особенность шевронных колес — больший угол зубьев по сравнению с косозубыми цилиндрическими горизонтальными редукторами.

Валы в редукторах могут располагаться относительно друг друга следующим образом:

• оси валов параллельны;
• оси валов перекрещиваются.

На большей части редукторов валы расположены параллельно.

В зависимости от количества ступеней редукторы подразделяются на следующие виды:

• одноступенчатые цилиндрические горизонтальные редукторы;
• двухступенчатые;
• трехступенчатые;
• многоступенчатые.

Как выбрать, сколько ступеней должно быть? Это определяется передаточным числом, которое должно обеспечиваться редуктором. В зависимости от компоновки ступеней положение входного и выходного валов относительно друг друга может быть различным. Для большей наглядности ниже приведено изображение трехступенчатого цилиндрического горизонтального редуктора.

Цилиндрическая передача, в свою очередь, может быть:

• развернутая;
• раздвоенная;
• соосная.

Развернутая цилиндрическая передача встречается наиболее часто из-за универсальности деталей механизма. К примеру, шестерни и зубчатые колеса подойдут на несколько видов редукторов. А значит, компания-производитель сэкономит на их изготовлении.

Раздвоенная цилиндрическая передача подходит для тихоходной и быстроходной ступеней. Оптимальное решение – именно быстроходная ступень, ведь в этом случае получится сделать промежуточный вал в виде «вала-шестерни», а также плавающий быстроходный вал. В случае с раздвоенной схемой она «разносится» благодаря тому, что применяются косозубые передачи, в итоге получается шевронный механизм.

Если цилиндрическая передача соосная, значит, входной и выходной валы размещены на одной оси. Размер и вес таких механизмов примерно такой же, как у редукторов с развернутой схемой. В данном случае быстроходная ступень недонагружена, а тихоходная перегружена.

6.1 Расчет входного вала

Материал вала сталь 45Х

Определяем изгибающий момент по формуле (6.12)

Н·м

Определяем реакции в опорах в вертикальной плоскости

Проверка

-912,7+779,2+133,5=0

Определяем реакции в опорах в вертикальной плоскости

Производим проверку правильности определения численных значений реакций

Диаметр выходного конца вала d=25 мм

Диаметр под подшипники d=30 мм

мм(6.2)

Определяем диаметр вала в опасном сечении считаем опасным сечением вал под подшипником, так как шестерня выполняется заодно с валом по формуле (6.2)

мм,

принимаем d=30 мм.

Определим момент сопротивления сечения вала по формуле (6.3).

Определим полярный момент по формуле (6.5).

Определим коэффициент безопасности по изгибу по формуле (6.5).

табл.12.13

табл.12.9

=0,77, =0,81 табл.12.2

=1,9, =1,7 табл.12.3

По формуле (6.7)

По формуле (6.7)

Расчет подшипников

Принимаем подшипник №206.

Характеристика подшипников: С=38000 Н; С
=25500 .

Требуемая долговечность 2000 ч.

Реакции в подшипниках:

(6.8)

Реакции в подшипниках определим по формуле (6.8).

Н

Н

е=0,42

X=1 Y=0, (6.10)

По формуле (6.10)

Подшипник подобран верно.

Применение цилиндрических редукторов

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

Редукторы применяются для следующих целей:

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

Смазывание редукторов

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

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

Достоинства цилиндрических редукторов

Группа наиболее распространена, благодаря ряду преимуществ.

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

Редуктор с одной ступенью

Больше распространен редуктор цилиндрический одноступенчатый горизонтального исполнения.

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

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

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

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 ;} гдеn_вх – частота вращения входного вала;n_вых – частота вращения выходного вала.

1. Вычислить количество зубьев.Для шестерни входного вала:Z₁=22-9lgUДля шестерни выходного вала:Z₂=Z₁UПолученные 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/9550Мощность электродвигателя:р_эл = р/КПДТ – 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_сутгде 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/Z₁Полученный 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.

Компоновка редукторов

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

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

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

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

Опоры валов цилиндрическо-червячного редуктора.

На рис. 1 а, б показаны наиболее распространенные схемы расположения опор входного и промежуточного валов: левые опоры червяков фиксируют валы от осевых смещений в двух направлениях, правые опоры «плавающие». Собранный с подшипниками вал-червяк вставляют в корпус через отверстие левой опоры, цилиндрическое колесо монтируют на консоль этого вала внутри редуктора.

На рис. 1, а шестерня цилиндрической передачи расположена консольно относительно своих опор, что приводит к повышенной концентрации нагрузки в зубчатом зацеплении. Схему применяют при малом межосевом расстоянии а_w цилиндрической передачи. В данной конструкции цилиндрическое колесо имеет диаметр, меньший наружного диаметра правого подшипника червяка, что позволяет полностью собирать вал-червях вне редуктора.

На рис. 1, б колесо цилиндрической передачи удалось разместить между опорами. Шестерня насажена на вал фланцевого электродвигателя.

На рис. 2, а … г представлены варианты выполнения фиксирующей опоры вала-червяка, препятствующей его осевому смещению в двух направлениях. Роликовые радиально-упорные подшипники обладают большей грузоподъемностью, чем шариковые радиально-упорные, но их применение увеличивает потери на трение. Постановка подшипников, показанная на рис. 2, б, г, обеспечивает большую угловую жесткость опоры, чем показанная на рис. 2, а. Достоинствам конструкции, приведенной на рис. 2, г , является отсутствие стакана.

Распространенным способом регулировки подшипников, поставленных по схеме «врастяг» (рис. 2, б, в, г), является перемещение по валу внутреннего кольца одного из подшипников с помощью гайки (рис. 2, б, в)

Эту операцию надо проводить очень осторожно во избежание «перетяжки» подшипников. В конструкции, изображенной на рис

2, г, гайку затягивают до отказа, так как между подшипниками поставлено компенсаторное кольцо, потребную длину которого определяют по результатам замеров при сборке.

На рис. 3, 6 представлены варианты установки подшипников при консольном расположении шестерни относительно опор. 

На рис. 4, 5 шестерня расположена между опорами. 

На рис. 7, 8, 9 представлены варианты выполнения«плавающей» опоры вала-червяка и способы крепления на его консоли цилиндрического колеса.