6.3 Редукторы и мультипликаторы
Редукторы и мультипликаторы предназначены для преобразования движения по скорости (угловой или линейной) и по усилию (моменту или силе). Редукторы и мультипликаторы могут быть вращательные — входное и выходное звено (вал) вращаются, поступательные — входное и выходное звено движутся поступательно и с различным движением звеньев. В последнем случае редуктор дополнительно выполняет функцию преобразования вида движения.
6.3.1 Редукторы
Вращательные редукторы чаще всего выполняются на основе зубчатых передач. Их и различают по виду передач: цилиндрические, конические, червячные, планетарные, волновые. Каждый вид редукторов имеет свои особенности: цилиндрический редуктор имеет высокий КПД, входной и выходной валы у него параллельны; конический редуктор также имеет высокий КПД, и позволяет передать движение через скрещивающиеся валы; червячный редуктор обеспечивает высокую плавность движения, имеет малые габариты, валы у него взаимно перпендикулярны; планетарный редуктор, как и червячный, компактен, входной и выходной валы у него, как правило, соосны; волновой редуктор имеет большое передаточное отношение при малых габаритах, отличается отсутствием геометрического люфта в зацеплении, валы у него соосны. Конечно, каждый тип редуктора имеет свои недостатки, ограничивающие его применение. Например, червячный редуктор. У него пониженный КПД, он требует хорошей смазки и охлаждения, у него ограничена скорость вращения входного вала. При однозаходном червяке, редуктор обладает свойством самоторможения, поэтому, его нельзя применять, если, в процессе движения, момент на выходном валу меняет свой знак (например, при торможении) и может оказаться больше допустимого по условию прочности деталей редуктора. У всех редукторов передаточное отношение
(6.31)
где вх, вх– скорость и угол поворота входного вала редуктора;
вых, вых – скорость и угол поворота выходного вала редуктора.
Соответственно, скорость выходного вала
(6.32)
Угол поворота выходного вала
(6.33)
Момент на выходном валу
(6.34)
где Мвх – момент на входном валу;
– КПД редуктора.
КПД редуктора зависит от его типа и величины нагрузки. С уменьшением нагрузки КПД падает. У редукторов с низким КПД и большим передаточным отношением наблюдается самоторможение, приводящее к ударам при реверсе крутящего момента на выходном валу редуктора.
При выборе редуктора по каталогу надо знать номинальную мощность и частоту вращения приводного двигателя, частоту вращения выходного вала редуктора, вращающий момент на выходном валу и эксплуатационный коэффициент нагрузки. Эксплуатационный коэффициент зависит от времени работы редуктора в течение суток, количества включений в сутки и инерции приводимых редуктором механизмов. При большом, приведенном к валу редуктора, моменте инерции возможна значительная ударная нагрузка на редуктор и, соответственно высокий эксплуатационный коэффициент. С помощью эксплуатационного коэффициента учитывают также тепловое состояние редуктора − температуру окружающей среды и относительную продолжительность включения редуктора. Полученный эксплуатационный коэффициент должен быть меньше приведенного в каталоге для каждого конкретного редуктора. В управляемом приводе, при обеспечении плавных пусков и торможений, эксплуатационный коэффициент может быть значительно снижен.
Редукция в поступательном движении может быть обеспечена самыми разными механизмами: клиновыми, рычажными, цепными, на основе зубчатых реек и шестерен и т.п. Простейшим редуктором может служить обыкновенный полиспаст (рис. 6.17).
Рис. 6.17. Полиспаст
Передаточное отношение полиспаста u = vвх/vвых = sвх/sвых равно числу ветвей полиспаста n. В изображенном на рис. 6.17 полиспасте u = n = 4. Другой часто используемый редуктор − клиновой механизм изображен на рис. 6.18. При малых углах передаточное отношение может быть очень большим. Здесь u = sвх/sвых = ctg .
Рис. 6.18. Клиновой механизм
Редукторы с преобразованием вида движения, как и поступательные редукторы, строятся на основе различных механизмов. Часто используется редуктор на основе пары винт-гайка (рис. 6.19). Его передаточное отношение u = вх/vвых = вх/sвых = 2/t, где t – шаг винта.
Рис. 6.19. Редуктор на основе пары винт-гайка
При однозаходном винте с малым шагом, передаточное отношение такого редуктора может быть достаточно большим. Винт, в этом случае можно соединить напрямую с двигателем. А если в качестве винтовой пары использовать ШВП или РВП, получим редуктор без люфтов, высокой точности и жесткости и с высоким КПД.