13. Редуктори

13.1. Конструкції основних типів редукторів

Редуктором є механізм, що складається із зубчастих або черв’ячних передач, виконаний у вигляді окремого агрегату і який служить для зниження кутової швидкості і збільшення обертового моменту двигуна. Редуктор може мати кінематичний зв’язок із відкритою зубчастою передачею, ланцюговою або пасовою передачею.

Редуктор складається із корпуса (литого чавунного або зварного сталевого), в якому розміщують елементи передачі – зубчасті колеса, вали, підшипники тощо. Зубчасті редуктори мають широке використання в підйомно-транспортному, металургійному, гірничому, хімічному машинобудуванні, в авто-, авіа-, та суднобудуванні тощо.

Редуктори діляться за такими основними ознаками: а) за типом передачі – зубчасті, черв’ячні, зубчасто черв’ячні; б) за числом ступенів – одноступінчасті, двоступінчасті тощо; в) за типом зубчастих коліс – циліндричні, конічні, конічно-циліндричні тощо; г) за відносним розміщенням валів редуктора у просторі – горизонтальні, вертикальні; д) за особливостями кінематичної схеми – розвернуті, співвісні, з роздвоєним ступенем тощо.

При малих загальних передаточних відношеннях використовують одноступінчасті редуктори (рис. 13.1, а). Їх передаточні відношення звичайно не більше 5, щоб не збільшувати габарити. Максимальне передаточне відношення одноступінчастого циліндричного редуктора за ГОСТ 2185-66 u_max = 12,5. Ново-Краматорський машинобудівний завод (НКМЗ) випускає крупні одноступінчасті горизонтальні редуктори з u = 2,53…8,0 і a_w = 300…1000 мм.

Одноступінчасті конічні редуктори використовують для передачі руху між валами, осі яких звичайно перетинаються під кутом 90º (рис. 13.1, є). Найбільш поширені одноступінчасті конічні редуктори з горизонтально розміщеними валами, їх передаточне відношення не вище u = 3 (4), при косих або криволінійних зуб’ях u = 5 (6,3). Колова швидкість конічних редукторів з прямими зуб’ями v ≤ 5 м/с.

Б

Рис. 13.1. Основні типи зубчастих редукторів

ільш поширеними в промисловості є двоступінчасті редуктори (рис. 13.1, б – г), які мають передаточні відношення 6,3…40. ГОСТ 2185-66 обмежує передаточні числа двоступінчатих редукторів діапазоном u = 6,3…63. Крупні двоступінчасті циліндричні редуктори НКМЗ мають u = 7,33…44,02.

Серед двоступінчатих редукторів найбільш поширені редуктори за розгорнутою схемою (рис. 13.1, б). Ці редуктори прості за конструкцією, мають найменшу ширину, але несиметричні за розміщенням коліс на валах, що приводить до підвищеної концентрації навантаження по довжині зуба. Тому такі редуктори вимагають використання в них жорстких валів.

З метою покращення умов роботи найбільш навантаженою тихохідною ступеню використовують редуктори із роздвоєним швидкохідним ступенем (г). Для забезпечення рівномірного навантаження обох зубчастих пар швидкохідного ступеня їх роблять косозубими, причому одну пару – правою, а іншу – лівою, і один вал установлюють на плаваючих підшипниках, що допускають осьове самоустановлення. Деформації валів тихохідного ступеню не приводять до істотної концентрації навантаження по довжині зуба, так як колеса розміщено на валі симетрично. Редуктори на 20% легші, ніж редуктори за розгорнутою схемою.

Співвісні редуктори (в) мають малі габарити по довжині. Це перспективна конструкція. Однак, швидкохідний ступінь редукторів цієї схеми часто недовантажений, так як сили в зачепленні коліс тихохідного ступеня значно більші сил зачеплення швидкохідного ступеня, а міжосьові відстані цих зачеплень рівні, a_T = a_ш. Крім того, співвісні редуктори мають більші габарити по осям валів, великі відстані між опорами проміжного вала, що вимагає його більшої жорсткості і складність змащення підшипників в середній частині корпуса.

Відношення міжосьових відстаней тихохідного і швидкохідного ступеня двоступінчатих редукторів a_wT/a_wш = 1,12…1,6. Більші значення оптимальні при більших передаточних відношеннях і постійному режимі навантаження.

В конічно–циліндричних редукторах (ж) конічна пара може мати прямі, косі або криволінійні зуб’я. Циліндрична пара виконується прямо– або косозубою. Швидкохідну передачу звичайно виконують конічною.

Поширеним діапазоном передаточних чисел таких редукторів є u = 8…15. Максимальні значення u_max = 22 при прямозубих конічних колесах, u_max = 34 – при конічних колесах з круговими зуб’ями.

Трьохступінчасті редуктори (рис. 13.1, д – е) мають передаточні відношення 25…250.

Міжосьові відношення зубчастих передач редукторів призначають із ряду R20.

Передаточні відношення зубчастих передач редукторів вибирають за нормальним рядом чисел із знаменником 1,25 (1-й ряд, який має перевагу) або із знаменником 1,12 (2-й ряд).

Трьохступінчасті редуктори виконують за розгорнутою схемою (д), аналогічно схемі (б), або за схемою (е) з роздвоєним проміжним ступенем. В останній конструкції забезпечуються хороші умови для роботи швидкохідного і тихохідного ступеню.

Ч ерв’ячні редуктори використовують для передачі руху між валами, осі яких перетинаються. Використовуються три схеми редукторів – з нижнім, верхнім і боковим розміщенням черв’яка (рис. 13.2). При колових швидкостях до v = 4…6 м/с має переваги нижнє розміщення черв’яка.

П

Рис. 13.2. Основні типи черв’ячних редукторів

ередаточне відношення черв’ячних редукторів за ГОСТ 2144-76 u = 8…80.

Так як к. к. д. черв’ячних редукторів невеликий, то їх потужність не перевищує Р = 45 (150) кВт.

Зубчасто-черв’ячні та черв’ячно-зубчасті редуктори мають передаточні числа u = 35…80 (як виключення u ≤ 150). Двоступінчасті черв'ячні редуктори мають u = 120…2500.

Планетарні редуктори мають менші габарити порівняно із зубчастими, так як обертовий момент передається декількома n_c сателітами (потоками потужності); при розрахунках приймають зведене число сателітів n´_c = n_c - 0,7. Для вирівнювання навантаження по потоками при декількох сателітах одне із центральних коліс установлюють без опор, тобто виконують плаваючим в радіальному напрямку.

Хвильові редуктори можна розглядати як різновид планетарних редукторів, що мають гнучке проміжне колесо, яке деформується при передаванні обертового моменту.

Мотор-редуктор – це агрегат, який суміщає в одному корпусі електродвигун і редуктор. Це дозволяє досягати великої точності розміщення вала редуктора відносно вала електродвигуна і зменшити кількість деталей приводу.

Частіше зустрічається мотор-редуктори з зубчастими передачами звичайними і планетарними. Вони можуть бути одно – і двоступінчастими.

Позначення типорозмірів редукторів складається із великих літер їх найменування (Ц – циліндричний, К – конічний, П – планетарний), числа ступенів, основного параметра (мм) тихохідного ступеню (міжосьової відстані, діаметра основи ділильного конуса, радіуса водила) і передаточного відношення. На початку позначення мотор – редуктора додається літера М.

Головним загальним критерієм технічного рівня редукторів є відношення маси редуктора до допустимого моменту на його тихохідному валі: γ = m/T, де m – в кг, Т – в Н·м. У редукторів основних типів із загартованими зуб’ями γ = 0,03…0,05 і має тенденцію до зниження.

13.2. Передаточне відношення одно- і багатоступінчастих зубчастих передач, к.к.д.

Маса і габарити редуктора значною мірою залежать від того, як розподілено його загальне передаточне відношення u_p за ступенями передачі. Кращі показники мають редуктори, в яких діаметри коліс (а не шестерень) усіх ступенів близькі між собою. При цьому виконуються умови змащення передачі зануренням коліс у загальну масляну ванну. Глибина занурення швидкохідних коліс - не більша, ніж подвійна висота зуб’їв, а тихохідних коліс - не більша, ніж 1/3 їх радіуса.

Так як швидкохідний ступінь навантажений менше, ніж тихохідний, то для одержання близьких діаметрів коліс передаточне відношення першого швидкохідного ступеня u₁ необхідно брати більшим порівняно із другим u₂, при одночасному збільшенні коефіцієнта ширини коліс ψ_bа від першого до другого ступеня. Орієнтовні значення передаточних відношень першого швидкохідного u₁ і другого тихохідного u₂ ступенів такі:

двохступінчастий циліндричний редуктор за розгорнутою схемою і при роздвоєному першому ступеневі (див. рис. 13.1, г):

(13.1)

двохступінчастий співвісний циліндричний редуктор (див. рис. 13.1, в):

(13.2)

двохступінчастий конічно-циліндричний редуктор (див. рис. 13.1, ж):

(13.3)

двохступінчастий циліндрично-черв’ячний редуктор:

(13.4)

В трьохступінчастих редукторах (див. рис. 13.1, д, е): в зв’язку із обмеженням граничних передаточних чисел в парі, діаметри коліс швидкохідного ступеню звичайно роблять меншими, а проміжного і тихохідного ступеню – близькими один до одного.

Коефіцієнт корисної дії (к.к.д.) зубчастих передач залежить від втрат потужності на тертя в зачепленні, тертя в підшипниках, розбризкування і перемішування мастила (гідравлічні втрати).

К.к.д. закритих циліндричних передач η = 0,97...0,99, відкритих η = 0,95...0,96, закритих конічних передач η = 0,95...0,98, відкритих η = 0,94...0,95.

У багатоступінчастих передачах

η_Σ = η₁η₂η₃ ... (13.5)