1 Изучение редукторов. Лабораторная работа №1
Порядок выполнения работы
Работая в лаборатории, будьте осторожны, не повредите себе руки, не роняйте детали на ноги себе и товарищам! Не засоряйте лабораторные объекты! После изучения приведите лабораторный объект в первоначальное состояние и положите его на прежнее место. Инструменты в конце занятий сдайте преподавателю.
В конструкциях редукторов в очень большой степени реализованы машиностроительные элементы, которые изучаются в дисциплине "Детали машин". По этой дисциплине вам предстоит выполнить курсовой проект (курсовую работу), где вы должны будете от начала и до конца рассчитать и сконструировать редуктор. Поэтому выполнение настоящей лабораторной работы и последующих работ позволит вам осознанно воспринять теоретическую часть курса и успешно справиться с курсовым проектом.
Настоящая работа носит ознакомительный характер и предусматривает изучение всех редукторов, имеющихся в лаборатории, в том плане, как это даётся в описании работы.
Описание довольно объёмистое, поэтому в первом чтении его следует прорабатывать вне аудитории. Начинать чтение следует с раздела "Введение" к настоящему сборнику лабораторных работ, где содержатся основополагающие положения и зависимости, без которых трудно воспринять последующий материал.
Рекомендуется читать описание по отдельным пунктам, а затем смотреть редукторы именно в связи с прочитанным. Например, вы прочитали и осмыслили пункт "Общие сведения о редукторах". Затем посмотрите, какие из упомянутых в описании редукторов имеются в лаборатории, научитесь их безошибочно узнавать и отличать друг от друга. Затем читайте следующий пункт и смотрите, как прочитанное реализовано в металле и т.д. Старайтесь запоминать названия деталей, конструктивных решений, схем и т.д., встречающихся в тексте. Всё это составляет язык изучаемой дисциплины, без которого невозможно её успешное освоение.
После проработки описанным способом всех материалов, должно состояться собеседование с преподавателем. При положительном исходе собеседования вы получите редуктор для углублённого изучения и написания отчёта в соответствии с разделом 7 настоящего сборника.
Работа будет считаться зачтённой, если вы защитили отчёт, подготовили ответы на контрольные вопросы и имеете достаточное представление обо всех редукторах в лаборатории.
1.2 Общие сведения о редукторах
1.2.1 Редуктором называется агрегат, который содержит установленную в закрытом корпусе передачу (или передачи) зацеплением с постоянным передаточным отношением и который предназначен для понижения угловой скорости, а следовательно, повышения крутящего момента.
Такой же агрегат, но предназначенный для повышения угловой скорости, называется мультипликатором. По конструкции мультипликаторы принципиально не отличаются от редукторов. Их особенности обусловлены в основном высокими частотами вращения выходных звеньев. Мультипликаторы используются реже, чем редукторы.
Установка передачи в жестком закрытом корпусе обеспечивает высокую точность и стабильность расположения элементов передачи, лучшую смазку, меньший износ, защиту от попадания загрязнений. Поэтому в большинстве случаев применяют закрытые передачи – редукторы и мультипликаторы – вместо открытых передач. Открытые передачи используют при ручном приводе, а также при механическом приводе в тихоходных и громоздких машинах (подъемные краны, экскаваторы и т.п.).
В редукторах применяют, как правило, зубчатые или червячные передачи и их комбинации, изредка применяются и цепные передачи.
1.2.2 Схемы исполнения редукторов весьма разнообразны /3, с.129/. Для удобства изучения разделим редукторы на следующие группы:
– редукторы с цилиндрическими зубчатыми колесами – цилиндрические (одно-, двух- и трехступенчатые);
– редукторы с коническими зубчатыми колесами – конические;
– редукторы с червячной передачей – червячные;
– редукторы комбинированные (коническо-цилиндрические, цилиндро-червячные и т.п.);
– редукторы планетарные;
– мотор-редукторы с редукторами, перечисленными выше.
Промышленность выпускает ряд семейств стандартных редукторов общего назначения (цилиндрические одноступенчатые, цилиндрические двухступенчатые, коническо-цилиндрические, червячные и др.).
Весьма многочисленны также редукторы специального назначения, которые проектируются как составная часть вполне определенной машины (автомобиля, судна и т.п.).
1.2.3 Цилиндрические редукторы с прямозубыми и косозубыми цилиндрическими колесами получили наибольшее распространение.
Одноступенчатые цилиндрические редукторы (см. рисунок 1.1а) проектируют на передаточные числа до 10, но чаще – до 6,3.
Примечание – На рисунках редукторы представлены в виде их кинематических схем. Научиться читать эти схемы вам поможет приложение Б.
В одноступенчатых редукторах преобладают колеса косозубые. Для передачи больших мощностей (сотни киловатт) их выполняют иногда шевронными.
Основное распространение получили двухступенчатые цилиндрические редукторы с передаточными отношениями от 3 до 50. Их выполняют чаще всего по развернутой схеме (рисунок 1.1б). Она обеспечивает простоту конструкции, но свойственное ей несимметричное расположение колес на валах приводит из-за деформации валов к перекосу этих колес и, как следствие, к неравномерному распределению нагрузки по длине зубьев (к концентрации нагрузки). Это обстоятельство вынуждает ограничивать ширину колес и повышать жесткость валов.
Схема с раздвоенной быстроходной ступенью (рисунок 1.1в) позволяет улучшить условия работы наиболее нагруженной тихоходной ступени за счет симметричного расположения ее колес на валах. Для обеспечения равномерной нагрузки обеих зубчатых пар быстроходной ступени их, во-первых, делают косозубыми с одинаковым по величине, но противоположно направленным наклоном зубьев, то есть придают им свойства шевронной пары, а, во-вторых, один из валов устанавливают на подшипниках, не препятствующих его осевому перемещению под воздействием осевых сил (вал с такой установкой на подшипниках называют "плавающим" в осевом направлении).
Соосная схема по рисунку 1.1г позволяет расположить быстроходный и тихоходный валы на одной оси. Недостатки редукторов этого типа – увеличенный габарит вдоль осей и несимметричное расположение колес на промежуточном валу.
Трехступенчатые цилиндрические редукторы выполняют на передаточные числа от 40 до 160 и более. Их проектируют по простейшей развернутой схеме или по более совершенной схеме с раздвоенной промежуточной ступенью (рисунки 1.1д,е). Эта схема обеспечивает весьма благоприятные условия для работы быстроходной и тихоходной ступеней, так как их зубчатые колеса располагаются симметрично относительно подшипников и зубья колес нагружаются по длине равномерно.
Схемы редукторов:
а – одноступенчатого;
б – двухступенчатого, выполненного по развернутой схеме;
в – двухступенчатого с раздвоенной быстроходной ступенью;
г – двухступенчатого соосного;
д – трехступенчатого, выполненного по развернутой схеме;
е – трехступенчатого с раздвоенной промежуточной ступенью;
Буквами Б и Т на схемах обозначены соответственно быстроходный и тихоходный валы.
1 – опора (подшипник); 2 – колесо зубчатое цилиндрическое; 3 – вал; 4 – корпус.
Рисунок 1.1 – Схемы наиболее распространенных цилиндрических редукторов
1.2.4 Конические редукторы применяют тогда, когда оси входного и выходного валов должны быть расположены под углом друг к другу. Этот угол составляет чаще всего 90°.
Редукторы с одной только конической парой по рисунку 1.2а выполняют на передаточные отношения до 6.
Для увеличения передаточных отношений применяют комбинированные коническо-цилиндрические редукторы (рисунки 1.2б,в). Они выполняются обычно двух- и трехступенчатыми на передаточные отношения соответственно от 6 до 30 и от 30 до 180. Конической в этих редукторах делают всегда наименее нагруженную быстроходную пару, поскольку изготовление конических колес больших размеров затруднительно.
1.2.5 Червячные редукторы при передаточных отношениях от 8 до 80 выполняют одноступенчатыми (рисунок 1.2г). При больших передаточных отношениях – двухступенчатыми (рисунок 1.2д). Одноступенчатые редукторы выполняются с нижним, верхним и боковым расположением червяка.
КПД червячной передачи обычно уменьшается с увеличением передаточного отношения. Поэтому для получения достаточно больших передаточных отношений и повышения КПД используют комбинированные редукторы, содержащие червячную и зубчатую цилиндрическую передачи (рисунок 1.2е). Червячные передачи применяются чаще в качестве быстроходной ступени, так как с повышением скорости улучшается режим смазки и повышается КПД червячной передачи.
1.2.6 Планетарные редукторы отличаются тем, что оси некоторых их колес (сателлитов) подвижны. По сравнению с обычными зубчатыми планетарные редукторы имеют, как правило, меньшие габариты и вес при одинаковых передаточных отношениях и передаваемых моментах. Это преимущество достигается за счет:
– использования внутреннего зацепления;
– передачи нагрузки параллельно несколькими сателлитами;
– меньшего влияния деформаций деталей на распределение нагрузки по ширине колес;
– широкого применения высококачественных материалов и их термохимического упрочнения, что более доступно для зубчатых колес относительно малых размеров.
Схемы планетарных редукторов довольно многочисленны. Простейший редуктор по схеме рисунка 1.3а позволяет получить передаточное отношение до 8 при КПД 0,97...0,98.
При том же значении КПД редуктор по схеме рисунка 1.3б может иметь передаточное отношение до 16. Для получения больших передаточных отношений проектируют редукторы, составленные
Схемы редукторов:
а – конического одноступенчатого;
б – коническо- цилиндрического двухступенчатого;
в – коническо- цилиндрического трехступенчатого;
г – червячного одноступенчатого;
д – червячного двухступенчатого;
е – червячно-цилиндрического двухступенчатого.
Буквами Б и Т на схемах обозначены соответственно быстроходный и тихоходный валы.
1 – колесо коническое; 2 – опора (подшипник); 3 – вал; 4 – корпус; 5 – колесо червячное; 6 – вал червяка.
Рисунок 1.2 – Иллюстрация схем различных редукторов
Схемы простейших планетарных редукторов:
а – одноступенчатого; б – с двухрядным сателлитом.
1 – солнечное колесо; 2 – сателлиты, оси которых подвижны; 3 – корончатое колесо (неподвижное); 4 – корпус; 5 – водило.
Буквами Б и Т на схемах обозначены соответственно быстроходный и тихоходный валы.
Рисунок 1.3 – Иллюстрации планетарных редукторов
Схемы мотор-редукторов:
а – с двухступенчатой соосной зубчатой передачей;
б – с одноступенчатой планетарной передачей.
Буквами Т и ЭД на схемах обозначены соответственно тихоходный вал и электродвигатель.
Рисунок 1.4 – Иллюстрации мотор-редукторов
из двух последовательно расположенных передач, показанных на упомянутых рисунках, а также и по другим схемам. Планетарные редукторы широко применяют на транспортных и грузоподъемных машинах, в авиации, на судах и т.д. В редукторах используют как прямозубые, так и косозубые цилиндрические колеса.
1.2.7 Мотор-редуктором называют агрегат, состоящий из зубчатого редуктора и электродвигателя, корпуса которых жестко соединяются между собой (рисунок 1.4). В мотор-редукторах применяются обычно цилиндрические одно- и двухступенчатые, а также планетарные редукторы или их комбинации. Электродвигатели используют асинхронные специального исполнения или же серийные фланцевые.
Достоинство мотор-редуктора состоит в том, что его масса и габариты значительно меньше, чем у аналогичной по техническим данным установки, составленной из двигателя, редуктора и соединяющей их муфты. Для уменьшения габаритов основные детали редуктора изготавливают из высококачественных материалов и подвергают их упрочняющей термохимической обработке.
Промышленность серийно выпускает несколько семейств мотор-редукторов общего назначения /4, т.3, с. 506...516/.