9 Лабараторная работа № 9

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО ЗУБЧАТОГО

РЕДУКТОРА

Цель работы: Ознакомиться с конструкцией редуктора, его основными деталями и узлами. Овладеть навыками расчёта кинематических и геометрических параметров редуктора.

Оборудование и инструмент: Цилиндрический двухступенчатый редуктор по развёрнутой схеме, набор гаечных ключей, штангенциркуль, мерительная линейка ГОСТ 17435-72.

Общие сведения: Соединение вала рабочего органа машины (колеса, барабана и т.д.) непосредственно с валом электродвигателя зачастую бывает невозможным из-за ограниченного диапазона изменения угловых скоростей электродвигателя. В абсолютно большинстве случаев режим работы рабочего органа машины не совпадает с режимом работы электродвигателя. С этой целью необходимы дополнительные промежуточные механизмы, позволяющие изменять режим работы от двигателя к исполнительным органам. Чаще всего возникает потребность в понижающих механизмах, т.е. в уменьшении угловых скоростей.

Редуктор (от немецкого reduzieren – уменьшать) – механизм, понижающий угловую скорость и увеличивающий крутящий момент от двигателя к рабочей машине и состоящий из зубчатых и червячных передач, установленных в отдельном корпусе.

Редуктор соединяется с двигателем и рабочим органом машины или другими передачами муфтами. В связи с различными условиями эксплуатации к настоящему времени разработано большое разнообразие таких механизмов по кинематическим схемам и конструктивному исполнению.

Рисунок 9.1 - Кинематические схемы редукторов

Различают следующие виды редукторов:

- по типу передачи – цилиндрические зубчатые (рисунок 9.1. а-д); конические зубчатые (рисунок 9.1. е); червячные (рисунок 9.1и-л); коническо-цилиндрические зубчатые (рисунок 9.1.ж); червячно-цилиндрические (рисунок 9.1. з,м) ;

- по числу ступеней: одноступенчатые (рисунок 9.1. а, е, и, к, л); двухступенчатые (рисунок 9.1. б,в,г,д,з,м); трёхступенчатые (рисунок 9.1.ж).

В маркировке редукторов указывается: тип передачи ( Ц- цилиндрическая; П – планетарная; К – коническая; Ч – червячная; В – волновая). Если одинаковых передач несколько, то после буквы ставится соответствующая цифра.

В мотор-редукторах к обычному обозначению спереди добавляется буква М.

Разновидность редукторов указывается вслед за типом передачи: Ш - широкий; У – узкий; С – соосный.

За типом передачи в маркировке следует обозначение типоразмера ( главный размерный параметр тихоходной ступени, мм).

Для цилиндрической, червячной и глобоидной передач главным параметром является межосевое расстояние; планетарной – радиус водила; конической – диаметр основания делительного конуса колеса.

Следующая цифра в маркировке характеризует исполнение редуктора, под которым понимают общее передаточное число редуктора, вариант сборки и формы концов вала.

Пример маркировки:

1)КЦ2 – 200 – 63

Коническо-цилиндрический редуктор; 2 – число ступеней; 200 – межосевое расстояние тихоходной ступени; 63 – передаточное число редуктора.

2)Ц2Ш – 160 – 10

Цилиндрический редуктор; 2 – число ступеней; Ш – широкий; 160 – межосевое расстояние; 10 – передаточное число редуктора

3)Ц2У – 315Н – 25 – 12 – У3

Цилиндрический редуктор; 2 – число ступеней; У – узкий; 315 – межосевое расстояние тихоходной ступени; Н – передача Новикова; 25 – передаточное число редуктора; 12 – вариант сборки; У – умеренное климатическое исполнение; 3 – номер категории.

Наибольшее распространение в современном машиностроении получили цилиндрические зубчатые редукторы благодаря широкому диапазону передаваемых мощностей, долговечности и простоте обслуживания.

При небольших передаточных числах ( U ≤ 6,3 ) применяются одноступенчатые редукторы ( рисунок 9.1. а).

Чаще всего используются двухступенчатые редукторы. Редукторы по развёрнутой схеме (рисунок 9.1. б) имеют большое применение. Они технологичны, имеют малую ширину, допускают лёгкую и рациональную унификацию. Недостатком этих редукторов является неравномерность распределения нагрузки по длине зуба из-за несимметричного расположения колёс относительно опор.

Указанный недостаток устраняется в редукторах с раздвоенной быстроходной ступенью. Однако такие редукторы шире и имеют ограниченные возможности унификации.

Соосные редукторы (рисунок 9.1. д) применяют для уменьшения длины корпуса редуктора.

Двухступенчатые цилиндрические зубчатые редукторы имеют диапазон передаточных чисел ( U =8÷40).

Конические редукторы (рисунок 9.1.е) используются для взаимного перпендикулярного положения входного и выходного валов.

Для малых передаточных чисел (U≤6,3) применяют одноступенчатые конические редукторы, для больших (U=8÷31,5) – двухступенчатые коническо-цилиндрические редукторы с быстроходной конической ступенью.

Особую конструкцию имеют червячные редукторы (рисунок 9.1 з-м). Такая конструкция позволяет обеспечить им большее передаточное число( см. лаб. работу № 10 ).

Конструкция цилиндрического двухступенчатого редуктора с развёрнутой схемой: В данной работе используется редуктор следующей конструкции (рисунок 9.2.)

Рисунок 9.2 - Зубчатый цилиндрический редуктор с развёрнутой схемой

Рисунок 9.3 - Цилиндрический редуктор по развёрнутой схеме с косозубыми (а) и шевронными (б) колёсами.

Подобные редукторы имеют две зубчатые передачи, колёса которых установлены на валах. В корпус редуктора валы устанавливаются в опорах, которыми служат подшипники качения. При малых и средних нагрузках используются шарикоподшипники, при средних и тяжёлых - роликоподшипники.

Смазка редукторных передач осуществляется минеральными маслами путём окунания зубчатых колёс в масляную ванну примерно на глубину равную высоте зуба. Тихоходные колёса второй ступени допускается погружать на глубину до 1/3 радиуса колеса. Ёмкость масляной ванны должна составлять 0,4…0,7 литра на 1кВт передаваемой мощности. Смазка подшипниковых опор осуществляется за счёт разбрызгивания масла при работе передачи (нанесение на поверхность подшипников масляного тумана). В тихоходных редукторах для смазки подшипников используются густые консистентные смазки. Для предотвращения вытечки смазочных материалов подшипниковые узлы снабжаются специальными уплотняющими устройствами (уплотнительные кольца, лабиринтные щелевые уплотнения и т. д.).

Корпусы (картеры) редукторов должны иметь простые геометрические формы, быть прочными и жёсткими. Их изготовляют литыми из серых чугунов марок СЧ 15-32; СЧ 18-36. Для герметизации узлов редуктора корпус снабжён съёмной крышкой, изготовленной из того же материала. Кроме того, в конструкции редуктора предусмотрены отверстия для слива масла, маслоуказатели и отдушины.

Геометрические параметры корпуса редуктора определяются расчётом в зависимости от величины крутящего момента Т_мах на тихоходном валу.

Методика расчёта редуктора:

Кинематический расчёт редуктора:

1.Определение передаточного числа редуктора (U_ред).

Передаточное число быстроходной ступени (U_Б):

U_Б = z₂ /z₁ = D₂ / D₁, (9.1)

где z₁, z₂, D₁, D₂ – число зубьев и диаметры ведущего и ведомого колёс быстроходной ступени.

Передаточное число тихоходной ступени (U_т):

U_т = z₄ /z₃ = D₄ / D₃, (9.2)

где z₃, z₄, D₃, D₄ – число зубьев и диаметры ведущего и ведомого колёс тихоходной ступени.

U_ред = U_Б ∙ U_т (9.3)

2. Определение частот вращения (n) на колёсах:

n₁ – частота вращения на ведущем колесе быстроходной ступени принимается как частота вращения входного вала редуктора (частота вращения вала электродвигателя или вала передачи, стоящей перед редуктором).

На остальных колёсах:

n₂ = n₁/ U_Б (9.4)

n₃ = n₂ (колёса находятся на одном валу) (9.5)

n₄ = n₃/ U_Т (9.6)

3. Расчёт угловых скоростей ():

Угловая скорость связана с частотой вращения следующим образом:

, рад/с; (9.7)

где n_i – частота вращения колеса, об/мин.

4. Расчёт окружных скоростей:

, м/с (9.8)

где D_i – диаметр колеса, м.

При работе передач редуктора окружная скорость колёс в зацеплении одинакова, т.е. для быстроходной ступени:

v₁=v₂ (9.9)

для тихоходной: v₃=v₄ (9.10) 5. Расчёт мощностей:

Мощность от входного к выходному валу уменьшается из-за потерь на трение в подшипниках и в зацеплении. С учётом этих потерь, мощность на колёсах распишется следующим образом:

, (9.11)

где N – мощность на входе в редуктор, Вт; - к. п. д. опор (подшипников).

Как правило, в расчёте берётся пара подшипников, т.е. количество подшипников на одном валу.

, (9.12)

- к. п. д. зубчатой передачи

N₃ = N₂ (потерь мощности между 2-ым и 3-им колесом не происходит) (9.13)

, (9.14)

6. Расчёт крутящих моментов Т_кр.

Крутящий момент является основной силовой характеристикой при расчёте параметров передач. Он определяется следующим образом:

, Н·м (9.15)

С учётом пиковых нагрузок, возникающих при пуске привода максимальный крутящий момент (Т_mах) определяется:

, (9.16)

где Т_вых – крутящий момент на выходном валу редуктора ( в данном случае это Т₄).

7. Расчёт окружных сил на колёсах F:

F = N_i / v_i , Н (9.17)

Расчёт размеров основных элементов корпуса

Такой расчёт производится по эмпирическим зависимостям,

представленными в таблице 9.1.

Методика выполнения работы:

1.Осмотреть конструкцию редуктора. Снять крышку, ознакомиться с

внутренним устройством редуктора (конструкция зубчатых колёс, валов,

подшипников, смазочные устройства).

2.Произвести замеры, необходимые для кинематических расчётов: число зубьев на колёсах, диаметры колёс, межосевые расстояния.

3.Выполнить кинематический расчёт согласно вышеуказанной методики. При этом использовать следующие исходные данные:

Мощность на входном валу N= 11кВт; частота вращения на входном валу n=1460об/мин; к. п. д. зубчатых передач η_з.п.=0,98; η_оп =0,99

Если диаметры колёс замерить затруднительно, то их можно определить расчётом:

D=m∙z, (9.18)

где m – модуль зацепления, определяемый как:

m=Р_п/π, (9.19)

где Р_п – нормальный шаг (cм. работу №8), который измеряется на зубчатых колёсах.

4.Произвести расчёт размеров основных элементов корпуса и сравнить их с измеренными.

5.Заполнить таблицы 9.1, 9,2, 9.3.

Таблица 9.1 Размеры основных элементов корпуса и зазоры в редукторе

Наименование параметра	Обозначение пара- метра и расчётная формула	Значение параметра
		Расчё- том	Изме-рени-ем
1	2	3	4
Толщина стенки корпуса, мм крышки, мм
Диаметр стяжных болтов, мм
Диаметр штифта, мм
Толщина фланца корпуса, мм крышки, мм
Число фундаментных болтов	при ат ≤ 250мм z=4
Диаметр фундаментного болта, мм
Толщина лап корпуса, мм
Расстояние оси болтов от кромки фланца, мм стенки корпуса, мм
Высота центров, мм
Диаметр ступицы под подшипник быстроходного вала, мм промежуточного вала, мм тихоходного вала, мм
Длина ступицы под подшипник, мм
Зазоры между торцами зубчатых колёс, мм торцом колеса и стенкой корпуса, мм вершинами зубчатого колеса и корпусом, мм

Таблица 9.2 - Параметры быстроходной ступени

Измеренные параметры

Вычисленные параметры

Z1

Z2

D1,мм

D2,мм

aб,мм

n1, об/мин

n2, об/мин

N1, кВт

N2, кВт

ω1, рад/с

ω2, рад/с

V, м/с

T1, н·м

T2, н·м

F1,н

F2, н

Таблица 9.3 - Параметры тихоходной ступени

Измеренные параметры

Вычисленные параметры

Z3

Z4

D3,мм

D4,мм

ат,мм

n3, об/мин

n4, об/мин

N3, кВт

N4, кВт

ω3, рад/с

ω4, рад/с

V, м/с

T3, н·м

T4, н·м

F3, н

F4, н

Контрольные вопросы

1.Каково назначение редуктора в приводе машины?

2.Дать краткую классификацию основных типов редукторов

3. Как маркируются редукторы? Расшифровать марку редуктора (по указанию преподавателя)

4.Почему широкое распространение получили цилиндрические зубчатые редукторы? Перечислить их разновидности.

5.Объяснить конструкцию цилиндрического 2-х ступенчатого зубчатого редуктора по развёрнутой схеме.

6.Как определить общее передаточное число зубчатого редуктора?

7.Как определить крутящий момент и окружное усилие?

8.Как определить основные геометрические параметры корпуса и крышки редуктора?