Веремеевич А.Н.

Морозова И.Г.

Наумова М.Г. Волкова Е.А.

Пути и перспективы модернизации среднемодульных механических передач в общем машиностроении

Аннотация

В пособии рассмиотрены вопросы, связанные с описанием видов механических передач и редукторов, а так же вариантов их расчетов. Приведены сведения о цилиндрических редукторах (в том числе передачах Новикова), червячных, фрикционных, планетарных, волновых и других механических передачах и редукторах. Представлена теория и практика расачетов среднемодульнывх промышленных редукторов, находящихся в составе приводов металлургических машин. Рассмотрены тинновации в области разработки и модернизации редукторов. Пособие будет полезно учащимся, выполняющих как курсовые так и дипломные проекты и работы. Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 150100 «Металлургия»

ОГЛАВЛЕНИЕ

Редукторы……………………………………………………………………………..…	5
Основные типы передач…………………………………………………………………	10
Цилиндрические редукторы…………………………………………………………	10
Передачи Новикова и ее модификации……………………………………………	14
Червячные передачи и редукторы…………………………………………………..	20
Комбинированные редукторы………………………………………………………	28
Фрикционные передачи………………………………………………………………	29
Передача винт-гайка………………………………………………………………….	38
Планетарные передачи и редукторы……………………………………………….	46
Общие сведения о планетарных передачах…………………………………..	46
Расчет планетарных передач…………………………………………………..	54
Выбор типоразмера планетарного редуктора, мотор-редуктора…………..	57
Цевочный механизм……………………………………………………………..	61
Циклоидальный редуктор………………………………………………………	61
Волновые зубчатые передачи………………………………………………….	67
Расчет волновых зубчатых передач……………………………………………	74
Волновые передачи с промежуточными звеньями……………………………	78
Цепные передачи…………………………………………………………………..	82
Теория и практика расчетов приводов среднемодульных промышленных механизмов…………………………………………………………………………….	90
Рекомендации при подготовке исходных данных для расчета………………..	90
Варианты практического использования материала……………………………	92
Состав оборудования……………………………………………………………	92
Расчет тягового усилия и мощности привода приемного конвейера……….	99
Кинематический расчет привода с червячно-цилиндрическим редуктором……………………………………………………………………	101
Расчет червячной передачи…………………………………………………….	107
Расчет зубчатой передачи………………………………………………………	114
Расчет валов……………………………………………………………………..	122
Методика предварительного расчета гидропривода………………………..	124
Расчет гидропривода кантователя рулонов…………………………………..	131
Кинематический расчет привода с червячным редуктором для листоправильной машины……………………………………………………	139
Новые модели отечественных редукторов……………………………………….	159
Модернизация типовых редукторов……………………………………………..	163
Библиографический список……………………………………………………………..	169

1. Редукторы

Редукторный привод – один из наиболее распространенных видов современных механических систем общепромышленного применения. Редуктор предназначен для снижения угловой скорости вращения и увеличения вращающего момента. От работоспособности и ресурса редукторов и мотор-редукторов во многом зависит обеспечение требуемых функциональных параметров и надежности машины в целом. Неправильный выбор редуктора может привести к значительным экономическим потерям из-за внеплановых простоев, увеличения ремонтных затрат и т. д.

Интересно, что изобретение многоступенчатого редуктора приписывают Архимеду. Открытие принципа построения механических редукторов позволило жителям его родного города Сиракузы «силой одного человека» сдвигать с места вытащенные на берег вражеские корабли.

Рис. 1.1. Лебедка (120 г. до нашей эры)

Этот механизм фигурирует под названием барулк (baroulkos). Из рисунка 1.1 видно, что это устройство представляет собой ни что иное, как редуктор, который используется в качестве лебедки. Барулк Герона Александрийского состоит из нескольких зубчатых колес, приводимых в движение ручной силой, причем Герон принимает отношение диаметра колеса к диаметру оси равным 5:1, предварительно допустив, что подлежащий поднятию груз весит 1000 талантов (25 т), а движущая сила равна 5 талантам (125 кг).

Современный редуктор — это законченный механизм, который соединяется с двигателем и рабочей машиной муфтами или открытыми механическими передачами. В корпусе редуктора размещены зубчатые или червячные передачи, неподвижно закрепленные на валах. Валы опираются на подшипники, размещенные в гнездах корпуса.

Редукторы классифицируют по следующим основным признакам:

• тип передачи (зубчатые, червячные, зубчато-червячные);

• число ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые и т. д.);

• тип зубчатых колес (цилиндрические, конические, коническо-цилиндрические и т. д.);

• относительное расположение валов редуктора в пространстве (горизонтальные, вертикальные);

• особенности кинематической схемы (развернутая соосная, с раздвоенной ступенью и др.).

Чаще всего сегодня применяются цилиндрические редукторы, имеющие высокие нагрузочную способность и КПД: одноступенчатые, двухступенчатые развернутой, раздвоенной и соосной схем, трехступенчатые развернутой и раздвоенной схем. Если компоновка машины и двигателя требует ортогонального расположения быстроходного и тихоходного валов (т.е. оси валов пересекаются под углом 90°), то применяются конические или коническо-цилиндрические двухступенчатые и трехступенчатые редукторы. При соосном расположении рабочей машины и двигателя оптимальны планетарные редукторы — наиболее легкие и компактные при больших передаточных отношениях. Но их нельзя использовать для точных механизмов из-за сложностей с выборкой зазоров. К тому же, инерционность планетарных редукторов выше, чем у цилиндрических, из-за большого момента инерции водила. Редукторы, в которых использованы червячные передачи (червячные цилиндрические, глобоидные, червячно-цилиндрические и цилиндро-червячные) могут обеспечить высокое передаточное отношение при низком уровне шума, но имеют низкие КПД и ресурс. Редуктор и электродвигатель часто объединяют в один компоновочный блок, который называют мотор-редуктором. Как универсальные элементы привода, эти блоки находят свое применение практически во всех областях промышленности. Использование мотор-редукторов позволяет значительно упростить и удешевить конструкцию привода, снизить его габариты, а также затраты на обслуживание. Редукторы стандартизованы и серийно выпускаются специализированными машиностроительными заводами. А поскольку потребности отраслей промышленности весьма многобразны, разновидностей редукторов тоже немало. Отечественное редукторостроение сегодня, как и другие отрасли производства, испытало на себе все сложности кризисных процессов в российской экономике. Сокращение объемов производства в машиностроении повлекло за собой снижение спроса на редукторы. Сегодня большая часть редукторов общепромышленного назначения, которые предлагают российские производители, — это модели, разработанные в 1960–1980-е гг. Эти редукторы, заложенные в конструкции многочисленных машин и механизмов, применяются и по сей день. В силу разных причин даже в новых проектах промышленного оборудования зачастую закладываются и применяются типовые конструкции редукторов и мотор-редукторов тех лет. Надо признать, что, несмотря на широкое применение, эти редукторы уже не удовлетворяют современным техническим требованиям, неконкурентоспособны по сравнению с зарубежными аналогами, и в большинстве случаев их применение в современном производстве невыгодно.

Чтобы изменить неблагоприятную ситуацию, сложившуюся в отечественном редукторостроении, ведущие российские производители развивают свою деятельность сразу в нескольких направлениях. Главные из них — расширение номенклатуры выпускаемых изделий с учетом того, что предлагают зарубежные фирмы, а также новых типов редукторов; модернизация типовых моделей; совершенствование механических передач; повышение качества продукции за счет строгого соблюдения технологических операций и разных способов контроля.

Редуктор – законченный механизм, соединяемый с двигателем и рабочей машиной муфтами или другими разъемными устройствами. Это принципиально отличает его от зубчатой передачи (рис.1.2), встраиваемой в исполнительный механизм.

Рис. 1.2. Основные виды зубчатых передач:

а – прямозубая зубчатая передача; б – косозубая зубчатая передача; в – шевронная передача; г и д –передача с коническими колесами, прямыми и круговыми зубьями; е – прямозубая с внутренним зацеплением

Редукторы можно условно разделить на две большие группы:

• редукторы общего применения; они предназначены для уменьшения числа оборотов при типовых условиях работы с точки зрения расположения в пространстве осей ведущего и ведомого валов;

• редукторы специальные; они применяются в тех случаях, когда использование редуктора общего применения либо невозможно, либо экономически неэффективно в заданной конструктивной компоновке машины.

В корпусе редуктора размещены зубчатые или червячные передачи, неподвижно закрепленные на валах. Валы опираются на подшипники, размещенные в гнездах корпуса; в основном используют подшипники качения. Подшипники скольжения в настоящее время применяют только при очень стесненных диаметральных габаритах (в планетарных передачах), а также в специальных случаях, когда к редуктору предъявляют повышенные требования по уровню вибрации и шума и при очень высоких частотах вращения.

Зубчатые редукторы в сравнении с другими механическими передачами обладают существенными достоинствами: малыми габаритами; высоким КПД; большой надежностью в работе; постоянством передаточного числа из-за отсутствия проскальзывания; возможностью применения в широком диапазоне моментов, скоростей и передаточных чисел.

К недостаткам зубчатых передач могут быть отнесены требования высокой точности изготовления, шум при работе с высокими скоростями. Шум обусловлен в основном ошибками изготовления шага, профиля зубьев, а также переменной жесткостью зацепления и подшипниковых опор валов.

Зубчатые редукторы имеют широкое применение, поэтому число их разновидностей велико. Ориентироваться во всем их многообразии помогает классификация их по типам, типоразмерам и исполнениям.

Редукторы классифицируются по способу крепления, по типу используемых передач, по количеству ступеней, по способу взаимного расположения осей и т.д. Самым важным признаком для классификации является вид используемых передач. Собственно, по этому принципу все редукторы и делятся на несколько типов: цилиндрические, конические, червячные, планетарные, волновые и комбинированные.