Редуктор

Здесь собраны формулы, графики и таблицы, необходимые для расчетов зубчатых колёс, тихоходного вала, выбора подшипников редуктора. Изложена методика их расчета, скопированная из новой книги Проектирование зубчатых редукторов.

1.1 Выбор двигателя

Обычно редукторы приводятся во вращение трехфазными асинхронными электрическими двигателями наиболее простыми, дешёвыми и надежными. У двигателей этого типа частота вращения магнитного потока статора nс зависит от числа полюсов и равна 3000,1500, 1000 750. Этим частотам соответствуют частоты вращения ротора об./мин., указанные в таблице 1 для двигателей мощностью 0,55…45 кВт.

Необходимая мощность двигателя

Р = (1.1).

По этой мощности выбирается двигатель из таблицы 1.1 так, чтобы эта мощность была .

Коэффициент полезного действия редуктора при соединении механизма с двигателем через упругую муфту

,

КПД редуктора 0,96…0,98

КПД муфты ..

Таблица 1.1

P кВт	n об/мин	n об/мин	n об/мин	n об/мин
0,55	2745	1390	900	700
0,75	2840	1390	920	700
1,10	2840	1420	920	700
1,50	2850	1425	935	700
2,20	2850	1425	950	700
3,00	2970	1430	950	720
4,00	2880	1435	955	720
5,50	2880	1435	965	720
7,50	2900	1445	970	730
11,00	2900	1460	975	730
15,00	2940	1465	975	730
18,50	2940	1465	975	730
22,00	2945	1470	975	730
30,00	2945	1470	980	735
37,00	2945	1475	980	740
45,00	2945	1475	985	740

Передаточное отношение редуктора (передаточное число ступени) находится перебором отношений частот вращения ротора двигателя найденной мощности

так, чтобы оно не отличалось от стандартных передаточных чисел, указанных в таблице 1.2:

п2 – частота вращения тихоходного вала редуктора,

п1 – частота вращения ротора электродвигателя

Таблица1. 2

1,0	1,1	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	2,2	2,5	1,80	3,15
3,0	4,0	4,50	5,00	5,60	6,30	7,10	8,00

Чем выше частота вращения ротора двигателя, тем он легче, но больше передаточное отношение и масса редуктора.

1.2 Материалы для деталей редукторов

Основную часть стоимости зубчатых редукторов составляет стоимость материалов, из которых изготовлены их детали. У редукторов стационарных машин она равна 85 % всей стоимости, у дорожных машин 75% , у автомобилей – 70%. Снижение этих затрат, т.е. снижение материалоемкости, возможно за счет рациональной конструкции деталей и повышения допускаемых напряжений, зависящих от твердости поверхностей деталей.

Зубья могут разрушиться из-за высоких напряжений в точках их контакта или у перехода рабочей боковой поверхности к поверхностям впадин между зубьями, если велики напряжения изгиба . Эти напряжения меняются циклически. Число циклов смены напряжений у шестерни больше, чем у колеса.

Из-за циклического изменения контактных напряжений возможно усталостное выкрашивание активных поверхностей зубьев, если контактные напряжения выше допускаемых.

Циклическое изменение напряжений в ножке зуба, сопровождаемое объединением микротрещин, уменьшает момент сопротивления изгибу. Эти обстоятельства учитываются при выборе материала и способа упрочнения зубьев.

Основная причина разрушения зубьев - усталостное выкрашивание их рабочих поверхностей при больших контактных напряжениях, меняющихся циклически, поэтому основные параметры зубчатых колёс редукторов определяют по допускаемым контактным напряжениям.. Обязателен поверочный расчёт зубьев на изгиб

При серийном производстве редукторов необходимы высокие значения допускаемых контактных напряжений [H] и напряжений изгиба [F].

Зубчатые колеса чаще всего изготавливаются из низколегированных сталей 40ХН, 40Х, 35ХМ, 20ХА2М, 18ХГТ, 25ХГМ и др., стоимость которых мало отличается от стоимости углеродистых сталей с близкими пределами прочности и текучести.

Допускаемое контактное напряжение зависит от твердости поверхностей зубьев.

Наибольшую твердость дают цементация и нитроцементация. Её применяют при производстве редукторов, передающих большую мощность, редукторов транспортных машин, а также при выпуске стационарных редукторов крупными сериями.

Несколько ниже допускаемые напряжения при азотировании из-за подслойных усталостных трещин. Менее эффективна также и поверхностная закалка.

При объемной закалке твердость одинакова по всему объему, зуб становится хрупким и легко разрушается от удара.

Нормализация или улучшение поверхностей зубьев, когда их твердость менее 350 НВ (Н<350НВ), применимы только в единичном производстве, так как масса и габариты редукторов при этой термообработке в 3-4 раза выше, чем при цементации и нитроцементации.

При выпуске механизмов небольшими сериями допустимо применять для зубьев колес улучшение, для зубьев шестерен – улучшение с последующей закалкой токами высокой частоты.