Редуктором называется передача, установленная в закрытом корпусе и служащая для снижения угловой скорости и повышения вращающегося момента на ведомом валу. Передача, помещенная в отдельном корпусе и предназначенная для повышения угловой скорости ведомого вала, называется ускорителем или мультипликатором . Установка передачи в отдельном корпусе гарантирует точность сборки, лучшую смазку, более высокий к. п. д., меньший износ, а также защиту от попадания в нее пыли и грязи. Поэтому вместо открытых передач во всех ответственных установках применяют редукторы. Открытые передачи используют при ручном и механическом тихоходном приводе. Зубчатые редукторы благодаря указанным выше достоинствам зубчатых передач нашли широкое применение.

Рис. 1

На (рис. 1) показаны схемы распространенных зубчатых редукторов. На схемах Входной (быстроходный) вал обозначен Б , выходной (тихоходный) - Т и промежуточные валы - П . Тип и конструкция зубчатого редуктора определяются видом, расположением и количеством отдельных его передач (ступеней). На (рис. 1, а...г) представлены схемы цилиндрических зубчатых редукторов - одноступенчатого (рис. 1, а) и двухступенчатых (рис. 1, б...г). Самый простой зубчатый редуктор - одноступенчатый цилиндрический - применяют при передаточном числе и u≤12,5 . Двухступенчатые цилиндрические зубчатые редукторы применяют при u=12,5...63 , а чаще при u=16...40 . При u>60 применяют трехступенчатые цилиндрические зубчатые редукторы. Из двухступенчатых цилиндрических зубчатых редукторов наиболее распространены простые по конструкции трехосные редукторы (рис. 1, б; 2). Двухступенчатые соосные (двухосные) зубчатые редукторы (рис. 1, в) компактнее трехосных, но сложнее по конструкции. Для улучшения условий работы тихоходной передачи двухступенчатого цилиндрического трехосного редуктора быстроходную ступень его иногда делают разветвленной или раздвоенной (рис. 1, г). Если входной и выходной валы должны быть взаимно перпендикулярны, то при u≤6,3 применяют конические зубчатые редукторы (рис. 1, д; 3), а при u>12,5 - коническо-цилиндрические зубчатые редукторы (рис. 1, е). При больших передаточных числах применяют планетарные зубчатые передачи. Планетарный одноступенчатый редуктор, выполненный по схеме показан на (рис. 4). При больших передаточных числах применяют также комбинированные редукторы - зубчато-червячные и червячно-зубчатые. Помимо указанных редукторов применяют также мотор-редукторы - отдельные агрегаты, в которых редуктор и электродвигатель монтируют в одном корпусе. В большинстве случаев мотор-редукторы имеют зубчатые передачи. Мотор-редукторы - компактные агрегаты, но из-за сложности конструкции их применяют ограниченно.

Рис. 2

Для удобства сборки корпуса редукторов выполняют составными (см. рис. 2, 3, 4). Отдельные детали корпуса скрепляют между собой болтами (винтами , шпильками). В обыкновенных зубчатых редукторах (см. рис. 2 и 3) корпус состоит из двух основных деталей - основания 1 , закрепляемого на фундаменте или на установочной раме, и крышки 2 . Для осмотра передач и заливки масла в крышке корпуса предусматривают смотровое отверстие, закрываемое крышкой 3 (см. рис. 2), в которой для редукторов с большим тепловыделением закрепляется отдушина 4 ; по концам крышки корпуса имеются два грузовых винта 5 , петли (рис. 4) или крюки для захвата крошки при подъеме грузоподъемной машиной; в основании корпуса находится маслоспускное отверстие, закрываемое пробкой 6 ; в нем же расположен маслоуказатель 7 ; в тяжелых редукторах предусмотрены крюки 8 для захвата редуктора при подъеме грузоподъемной машиной. Для точной установки крышки на основание корпуса редуктора (см. рис. 2) используют конические штифты 9 . Для облегчения снятия крышки с основания корпуса применяют отжимные винты.

Рис. 3

Корпус редуктора должен быть прочным и жестким, так как его деформации могут вызвать перекос валов и, следовательно, неравномерное распределение нагрузки по длине зубьев. Жесткость корпуса усиливают наружными (см. рис. 3) или внутренними (см. рис. 2) ребрами, расположенными у приливов под подшипниками. Форма крышек для подшипников редукторов определяется типом подшипников и способом их установки.

Корпуса редукторов изготовляют обычно из чугунного литья СЧ15, СЧ18 и СЧ20. Корпуса редукторов, передающих большие мощности при ударных нагрузках, отливают из высокопрочного чугуна и из стали. Иногда при единичном или мелкосерийном производстве корпуса редукторов изготовляют сварными из листовой стали. Основные габаритные размеры корпуса редуктора зависят от размеров зубчатых колес, остальные размеры определяют по эмпирическим формулам в соответствующих справочниках. Валы передач редукторов обычно устанавливают на подшипниках качения . Подшипники скольжения применяют только для очень быстроходных передач (в мультипликаторах) и редукторов большой мощности.

Рис. 4

Смазка зубчатых колес редукторов при окружных скоростях до v =12...15 м/с осуществляется окунанием колес в масляную ванну. Такой способ смазки зубьев называется смазкой окунанием или картерной смазкой . Вместимость масляной ванны принимается из расчета 0,35...0,7 л на 1 кВт передаваемой мощности (меньшее значение – при меньшей вязкости масла, и наоборот). Масло должно покрывать рабочие поверхности зубьев, а потери передаваемой мощности на сопротивление масла вращению зубчатых колес и соответственно на нагрев масла должны быть минимальными. Так как во время работы редуктора происходят колебания уровня масла, то рекомендуется зубчатые колеса погружать в масляную ванну для цилиндрических передач на глубину не менее 0,75 высоты зубьев, а для конических передач вся длина нижнего зуба должна находиться в масле. Тихоходные зубчатые колеса второй и третьей ступеней редуктора при необходимости допускается погружать в масло на глубину до ⅓ радиуса делительной окружности. Чтобы избежать глубокого окунания колес в ванну, колеса первой ступени смазывают с помощью смазочной текстолитовой шестерни (рис. 5, а) или другого подобного устройства. Иногда для колес разных ступеней предусматривают раздельные ванны. В редукторах с быстроходными передачами применяют струйную или циркуляционную смазку под, давлением. Масло, прокачиваемое насосом через фильтр, а при необходимости и охладитель, поступает к зубьям через трубопровод и сопла. При окружной скорости до v =20 м/с для прямозубых передач и до v =50 м/с для косозубых масло подается непосредственно в зону зацепления (рис. 5, б), а при более высоких скоростях во избежание гидравлических ударов масло подается на зубья шестерни и колеса отдельно на некотором расстоянии от зоны зацепления. Смазку подшипников редукторов при окружной скорости зубчатых передач v >4 м/с часто осуществляют тем же маслом, что и зубчатых колес, путем разбрызгивания. При окружной скорости передач v <4 м/с , а также при возможности попадания в масляную ванну металлических частиц износа зубьев для подшипников редукторов предусматривают самостоятельную смазку, обычно консистентную. При больших скоростях и нагрузках на подшипники редуктора предусматривают смазку под давлением от общей системы.

Рис. 5

Расчет зубчатого редуктора состоит из расчета его элементов - передач, валов, шпонок и подшипников, а для редуктора большой мощности также из теплового расчета. Тепловой расчет зубчатых редукторов производят так же, как и червячных редукторов.

Основные параметры a w , и ψ ba цилиндрических зубчатых передач внешнего зацепления для редукторов, выполненных в виде самостоятельных агрегатов, нормализованы ГОСТ 2185-66 (СТ СЭВ 229-75).

Значения межосевых расстояний a w , мм.

1-й ряд	40	50	63	80	100	125	160	200	250	315	400	500	630	800	1000	1250	1600	2000	2500
2-й ряд	-	-	71	90	112	140	180	225	280	355	450	560	710	900	1120	1400	1800	2240	-

Примечание.

Коэффициент ширины венца зубчатых колес ψ ba : 0,100; 0,125; 0,160; 0,200; 0,250; 0,315; 0,400; 0,500; 0,630; 0,800; 1,000; 1,250. При различной ширине сопряженных зубчатых колес значение ^ относится к более узкому из них.

Номинальные значения передаточных чисел u зубчатых редукторов общего назначения, выполненных в виде самостоятельных агрегатов, по СТ СЭВ 221-75 следующие:

1-й ряд	1,00	1,25	1,60	2,00	2,50	3,15	4,0	5,0	6,3	8,0	10,0	12,5
2-й ряд	1,12	1,40	1,80	2,24	2,80	3,55	4,5	5,6	7,1	9,0	11,2	-

Примечание. 1-й ряд следует предпочитать 2-му.

Основные параметры d e2 , u и b конических зубчатых передач с углом пересечения осей, равным 90°, для редукторов, в том числе комбинированных, выполняемых в виде самостоятельных агрегатов, нормализованы ГОСТ 12289-76.

Номинальные диаметры внешнего основания делительного конуса колеса d e2 , мм: 50; (56); 63; (71); 80; (90); 100; (112); 125; (140); 160; (180); 200; (225); 250; 280; 315; 355; 400; 450; 500; 560; 630; 710; 800; 900; 1000; 1120; 1250; 1400; 1600. Номинальные диаметры d e2 заключенные в скобки» по возможности не применять. Фактические диаметры делительного конуса большего колеса не должны отличаться от номинальных более чем на 3%.

Примечания:

Передаточные числа 2-го ряда по возможности не применять.

Фактические значения передаточных чисел u ф , не должны отличаться от номинальных более чем на 3%.

Ширина венца зубчатых колес

где R e - внешнее делительное конусное расстояние.

Значения ширины венца b конического зубчатого колеса по ГОСТ 12289-76 в зависимости от номинального диаметра d e2 колеса и передаточного числа u приведены в табл.

Основные параметры некоторых зубчатых редукторов стандартизованы: цилиндрических одноступенчатых - ГОСТ 21426-75, конических одноступенчатых - ГОСТ 21435-75 и коническо-цилиндрических ГОСТ 21351-75.

Лабораторная работа №2

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЗУБЧАТОГО РЕДУКТОРА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ

ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕДАЧ
1. Краткие сведения о зубчатых редукторах

Зубчатым редуктором называется механизм, состоящий из одной или нескольких зубчатых передач, выполненный в виде отдельного агрегата и предназначенный для понижения угловой скорости вращения и увеличения крутящего момента.

Зубчатая передача – механизм, который с помощью зубчатого зацепления передает или преобразует движение с изменением угловых скоростей и моментов. Зубчатые передачи применяют для преобразования и передачи вращательного движения между валами с параллельными и пересекающимися осями, а также для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот.

Зубчатые передачи между параллельными валами осуществляется цилиндрическими колесами . Наиболее распространены прямозубые колёса (около 70%). Они применяются при невысоких и средних скоростях, когда динамические нагрузки в зацеплении невелики, а также в планетарных, открытых передачах и при необходимости осевого перемещения колёс вдоль вала, например в коробках перемены передач автомобилей и металлорежущих станков. Косозубые колёса (более 30%) имеют большую плавность хода, так как одновременно реализуется контакт нескольких зубьев, а при вращении колес зона контакта постепенно перемещается вдоль зуба. Такие колеса применяются для ответственных механизмов при средних и высоких скоростях. Шевронные колёса имеют достоинства косозубых колёс плюс уравновешенные осевые силы и используются в высоконагруженных передачах. Колёса внутреннего зацепления вращаются в одинаковых направлениях и применяются обычно в планетарных передачах.

Передачи между валами с пересекающимися осями осуществляются обычно коническими колесами с прямыми и круговыми зубьями. Зубчатые передачи для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот осуществляются цилиндрическим колесом и рейкой .

Зубчатые передачи, в сравнении с другими механическими передачами, обладают существенными достоинствами . Они имеют малые габариты по сравнению с цепными и ременными передачами; высокий КПД по сравнению с червячными передачами; постоянство передаточного отношения по сравнению с ременными передачами; широкий диапазон моментов, скоростей и передаточных отношений по сравнению с цепными и ременными передачами.

К недостаткам зубчатых передач могут быть отнесены необходимость обеспечения высокой точности изготовления и шум при работе металлических зубчатых колес со значительными скоростями. Полимерные зубчатые колеса способны демпфировать ударные нагрузки и работать относительно бесшумно.

Основным кинематическим условием, которому должны удовлетворять профили зубьев, является постоянство передаточного числа. Кроме того, для обеспечения высокого КПД, прочности и долговечности колес, профили боковых поверхностей должны обеспечивать малые скорости скольжения и достаточные радиусы кривизны в зонах контакта. Чем больше радиус кривизны, тем ниже степень концентрации напряжений на контакте. Формообразование профилей должно быть реализовано простым инструментом, а форма профилей удобна для контроля независимо от числа зубьев колес. Этим условиям наиболее полно удовлетворяет эвольвентное зацепление , когда профиль боковой поверхности зуба описывается эвольвентой. Такие зацепления нашли чрезвычайно широкое применение в машиностроении. Кроме того, эвольвентное зацепление мало чувствительно к отклонениям межосевого расстояния передачи.

Зацепление зубчатых колес эквивалентно качению без скольжения окружностей с диаметрами d  1 и d  2 (рис.1), называемых начальными окружностями .

В качестве основного параметра зубчатого зацепления принят окружной модуль – величина, пропорциональная окружному делительному шагу, который представляет собой расстояние между одноименными профилями соседних зубьев, измеренное по дуге делительной окружности зубчатого колеса. При этом делительной окружностью называется такая окружность, диаметр d которой равняется произведению стандартной величины модуля на число зубьев колеса z . Соответственно окружной модуль представляет собой частное от деления диаметра делительной окружности на число зубьев:

. Отсюда следует, что, при одном и том же диаметре d , чем выше модуль, тем меньше число зубьев, больше шаг зацепления и высота зуба. Таким образом, высота зуба h пропорциональна модулю зацепления:

. Каждое зубчатое колесо может входить в зацепление с колесами того же модуля, имеющими любое число зубьев и любой диаметр. Причем, изменяя модуль, можно изменять все геометрические характеристики зубчатой нарезки при сохранении других размеров передачи, в том числе межцентрового расстояния. Повышая модуль, можно увеличить геометрические параметры зубьев, что позволит повысить передаваемые мощности, но при этом ухудшатся динамические характеристики передачи: повысятся зазоры в зацеплении, ударные нагрузки и шум.

Рис 1. Образование эвольвентных профилей

Модули стандартизованы в диапазоне 0,05…100 мм (ГОСТ 9563-80). Ниже приведены ряды значений модулей, наиболее часто применяемые в машиностроении (1-й ряд следует предпочитать второму):

1-й ряд: 1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40 мм.

2-й ряд: 1,125; 1,375; 1,75; 2,25; 2,75; 3,5; 4,5; 5,5; 7; 9; 11; 14; 18; 22; 28; 36; 45 мм.

Для зубчатых зацеплений в конструкции редукторов также допускают модули: 1,6; 3,15; 6,3; 12,5 мм.

Зубчатые редукторы (рис. 2.) классифицируют по следующим основным признакам:

По типу зубчатых колес – цилиндрические , конические , коническо-цилиндрические ;

По числу ступеней – одноступенчатые , двухступенчатые и т.д.;

По виду кинематической схемы – развернутые , соосные с раздвоенной ступенью и др.

Рис. 2 Схемы зубчатых редукторов

Рис 3 Схема одноступенчатого цилиндрического редуктора
Редуктор состоит из корпуса, в котором размещаются элементы передач (зубчатые колеса, валы, подшипники и др.). ^ Корпус редуктора чаще всего изготавливают литьем , в редких случаях (единичное и мелкосерийное производство) – методом сварки . Конструкции корпуса подразделяются на цельные и разъемные (составные). В цельные корпуса монтаж предварительно собранных валов с зубчатыми колесами и подшипниками проводится через боковые отверстия, которые в дальнейшем закрываются крышками подшипников. В разъемные корпуса такой монтаж проводится при демонтированной крышке редуктора по плоскости разъема.

В зависимости от нагрузочных и скоростных условий работы в конструкции редукторов применяются подшипники скольжения или качения (шариковые или роликовые). Смазка зубчатых передач осуществляется принудительным циркулярным смазыванием с помощью специальной системы смазки или окунанием колес в процессе их работы в масло, которое предварительно наливается в нижнюю часть корпуса редуктора (картер). При этом смазка подшипников осуществляется разбрызгиванием . Для контроля уровня масла в редукторе используют смотровое окошко или щуп.

Рис 4 Чертеж одноступенчатого цилиндрического редуктора

Рис 5 Схема и чертеж двухступенчатого цилиндрического развернутого редуктора





Рис 6 Чертеж двухступенчатого цилиндрического соосного редуктора

Рис 7 Схема и чертеж двухступенчатого коническо-цилиндрического редуктора

^ 2. Порядок выполнения работы
2.1 Провести анализ конструкции натурного образца зубчатого редуктора, выбранного по указанию преподавателя в следующей последовательности:

Снять крышку редуктора и ознакомиться с его конструкцией.

Перечислить конструктивные особенности редуктора: тип зубчатых колес; число ступеней; для двухступенчатого цилиндрического редуктора указать вид кинематической схемы (развернутая или соосная); тип корпуса редуктора; способ изготовления корпуса редуктора; тип подшипников; способ смазки зубчатых передач; способ смазки подшипников; способ контроля уровня масла в редукторе;

2.2 Измерить или получить у преподавателя сведения о геометрических параметрах редуктора: число зубьев шестерни z 1 и колеса z 2 первой (быстроходной) ступени, z 3 и z 4 - соответственно второй ступени; диаметры вершин шестерен d a 1 и d a 3 , высоту зубьев шестерен h 1 и h 3 , ширину ободов колес b 2 и b 4 .

2.3 Выполнить расчет и определение параметров редуктора:

Определить стандартные значения модулей каждой ступени m , как наиболее близкие по значениям к расчетным в большую сторону;

Расчетные значения межосевых расстояний а w корректировать в соответствии с ГОСТ (в сторону больших значений):

1-й ряд..40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 580; 630; 800

2-й ряд………...……71; 90; 112; 140; 180; 224; 280; 355; 450; 560; 710;

2.4 Вычертить кинематическую схему редуктора с простановкой полученных размеров.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НОВГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ЯРОСЛАВА МУДРОГО

________________________________________________________________

Кузнецов Н.П.

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ И НАГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ РЕДУКТОРОВ

Методические указания к лабораторной работе

ВЕЛИКИЙ НОВГОРОД

	Печатается по решению РИС НовГУ

Р е ц е н з е н т кандидат технических наук, доцент И. Г. Фридлянд

Кузнецов Н.П.

К93 Изучение конструкции, определение параметров и нагрузочной способности цилиндрических зубчатых редукторов: Метод. указ. к лабораторной работе по ДМ и ОК /Авт. – сост. Кузнецов Н.П.; НовГУ им. Ярослава Мудрого. - Великий Новгород, 2012. – 23 с.

Рассмотрены устройство, конструктивные особенности, геометрические параметры, оценка точности зубчатых пар и несущей способности цилиндрического двухступенчатого редуктора общего назначения.

Методические указания предназначены для студентов специальностей 151001.65 «Технология машиностроения» , 190601.65 «Автомобили и автомобильное хозяйство» , 110301.65 «Механизация сельского хозяйства», 150201.65 «Машины и технология обработки металлов давлением», 50502.65 «Технология и предпринимательство» всех форм обучения и студентов направлений 151900.62 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», 190600.62 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов», 110800.62 «Агроинженерия», 140100.62 «Теплоэнергетика и теплотехника», 540500.62« Технологическое образование» .

© Новгородский государственный университет, 2012

© Н.П. Кузнецов, 2012

1. Цель работы

– Ознакомиться с наиболее распространѐнными видами зубчатых редукторов;

– ознакомиться с конструкцией цилиндрического двухступенчатого редуктора и назначением его деталей;

– определить геометрические параметры зубчатого зацепления путѐм их замера и расчѐта;

– оценить нагрузочную способность редуктора;

–.определить точность зубчатой передачи.

Лабораторная работа выполняется в течение 4-х часов. Внеаудиторная подготовка к работе включает в себя ознакомление с методическими указаниями и изучение соответствующих разделов курса деталей машин по конспектам лекций и указанной литературе.

2. Общие сведения о редукторах

Редуктор (от лат. reducere – приводить обратно, возвращать) – передача, понижающая угловую скорость и повышающая вращающий момент в приводах от электродвигателя к рабочей машине.

Зубчатый редуктор состоит из зубчатых и червячных передач, установленных в отдельном герметичном корпусе, что принципиально отличает его от зубчатой или червячной передачи, встраиваемой в исполнительный механизм или машину.

Редукторы широко применяются в различных отраслях машиностроения. Основные схемы их приведены на рис.1.

Для уменьшения габаритов привода и улучшения его внешнего вида в машиностроении широко применяются мотор-редукторы, объединяющие в одном агрегате электродвигатель и редуктор.

Редукторы классифицируются по типам, типоразмерам и исполнениям.

Т и п р е д у к т о р а определяется составом передач, порядком их размещения в направлении от быстроходного вала к тихоходному и положением осей валов в пространстве.

Для обозначения передач используются прописные буквы русского алфавита: Ц

Цилиндрическая, К - коническая, Ч - червячная, Г - глобоидная, П - планетарная, В - волновая.

Если одинаковых передач две или более, то после буквы ставится соответствующая цифра. Широкий редуктор обозначается буквой Ш, узкий - У, соосный - С. В мотор-редукторах к обозначению впереди добавляется буква М.

Наиболее распространены редукторы с валами, расположенными в горизонтальной плоскости, и поэтому специального обозначения они не имеют (у червячных редукторов валы скрещиваются, оставаясь горизонтальными).

Так, например, на рис.1 ж) показана схема редуктора типа КЦ2 - коническоцилиндрического трехступенчатого редуктора с одной конической и двумя

Б – быстроходный вал, Т – тихоходный вал

цилиндрическими передачами, все валы которого расположены в горизонтальной плоскости (мотор-редуктор на базе этого примера обозначается МКЦ2)

Если все валы редуктора расположены в одной вертикальной плоскости, то к обозначению типа добавляется индекс В . Если ось тихоходного вала вертикальна, то добавляется индексТ , если ось быстроходного вала вертикальна,- индексБ .

Например, на рис 1 в) приведена схема редуктора типа Ц2В - цилиндрического двухступенчатого редуктора, все валы которого расположены в вертикальной плоскости, а на рис. 1 л) показана схема редуктора типа ЧТ - червячного одноступенчатого с вертикальной осью тихоходного вала.

Т и п о р а з м е р редуктора определяется типом и главным параметром тихоходной ступени.

Для цилиндрической, червячной и глобоидной передач главным параметром является межосевое расстояние a W конической - внешний делительный диаметр колесаd ei , планетарной - радиус водилаR W , волновой - внутренний диаметр гибкого колесаd в недеформированном состоянии.

И с п о л н е н и е редуктора определяется передаточным числом, вариантом сборки и формой концевых участков валов.

Так, например, типоразмер приведенного выше редуктора с межосевым расстоянием тихоходной ступени a W = 180 мм и передаточным отношениемu = 56 будет обозначаться КЦ2-180-56.

Основная энергетическая характеристика редуктора - номинальный вращающий момент Т на его тихоходном валу при постоянной нагрузке.

Наибольшее распространение получили простые цилиндрические двухступенчатые редукторы. Их применяют в диапазоне передаточных отношений с

номинальными значениями u = 8…40. В одноступенчатых зубчатых редукторах передаточное отношениеu = 2…6,3. Применение одноступенчатых редукторов

с большим значением u не рационально из-за увеличения габаритных размеров по сравнению с двухступенчатыми при одинаковом передаваемом вращающем моменте. В трѐхступенчатых цилиндрических зубчатых редукторах передаточное отношениеu = 43…200. Для понижения угловой скорости с большими значениямиu используют волновые зубчатые редукторы (u = 80…315 на одну ступень) или многоступенчатые планетарные.

3. Конструкции двухступенчатых цилиндрических редукторов.

Наиболее распространѐнной схемой двухступенчатых редукторов является простая развѐрнутая (рис1.б)). Преимущества этой схемы: малая ширина редуктора, высокая технологичность и унифицированность. Недостатком этой схемы является несимметричное расположение зубчатых колѐс относительно опор, вызывающее неравномерное распределение нагрузки по ширине зубчатых венцов.

В схеме с раздвоенной быстроходной ступенью (рис.1г)) опоры расположены симметрично относительно зубчатых колѐс тихоходной ступени. Благодаря этому достигается равномерная загруженность опор от сил, действующих в зацеплении, и благоприятное распределение нагрузки по ширине зубчатого венца тихоходной ступени. Преимущества передач с раздвоенными ступенями реализуются в том случае, если обеспечено достаточно равномерное распределение нагрузки между зацеплениями этих ступеней. Для этого зубчатые колѐса раздвоенных ступеней выполняют косозубыми с большим углом наклона (β ≥ 30°) и противоположно направленными винтовыми линиями. Кроме того, предусматриваются опоры, допускающие осевые перемещения, необходимые для самоустанавливаемости (так называемые «плавающие» опоры валов). Редукторы получаются на 20% легче, чем по развѐрнутой схеме

Соосные редукторы (схема по рис.1д)) компактнее несоосных и во многих случаях позволяют получить удачную общую компоновку привода, одинаковое погружение кролѐс в масло, но из-за размещения подшипников входного и выходного вала внутри корпуса имеют увеличенный размер в осевом направлении и усложнѐнную конструкцию корпуса. Наблюдение за работой и контроль состояния внутренних подшипников в эксплуатации затруднены.

Для лабораторной работы используется стандартный двухступенчатый редуктор типа Ц2, выполненный по развѐрнутой схеме (рис.2).

Корпус редуктора разъѐмный, состоящий из нижней части 1, которая и называется корпусом, и верхней части 2 – крышки. Плоскость разъѐма проходит через оси валов. Корпусные детали отлиты из серого чугуна марки СЧ12 или СЧ15 (ГОСТ 1412). Положение крышки относительно корпуса фиксируется двумя штифтами 15, расположенными на возможно большем расстоянии друг от друга. Корпус и крышка стягиваются болтами 13 с наружной шестигранной головкой. У гнѐзд подшипников корпусные детали имеют приливы – бобышки, позволяющие расположить стягивающие болты ближе к отверстиям под подшипники, увеличивая жѐсткость корпуса в районе опор. Во фланце крышки имеются отверстия с резьбой для отжимных винтов 20, облегчающих разборку редуктора. Крышка имеет также проушины для транспортировки редуктора. При сборке редуктора поверхности сопряжения крышки и корпуса покрывают герметиком. Прокладки в плоскость разъѐма не ставят вследствие вызываемых ими искажения формы посадочных отверстий под подшипники и смещения осей отверстий с плоскости разъѐма.

Шестерни 3, 4 быстроходной и тихоходной ступеней выполнены заодно соответственно с входным и промежуточным валами редуктора. Из-за большого передаточного числа диаметр шестерни первой ступени мало отличается от диаметра быстроходного вала, и зубья нарезаны на поверхности вала.

Зубчатые колѐса 6, 7 передач редуктора посажены на промежуточном и тихоходном валах с натягом и передают вращающий момент посредством шпонок 10.

Для изготовления зубчатых колѐс и валов-шестерѐн применяют качественные углеродистые конструкционные стали марок 40, 45, 50 или легированные конструкционные стали марок 40Х, 45Х, 40ХН, 35ХМ и др. Материал выходного тихоходного вала – стали 40, 45 или легированные стали 40Х, 40ХН.

Опорами валов служат радиальные или радиально-упорные подшипники качения 14. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, возникающие от сил действующих в косозубых передачах. Осевое фиксирование всех валов выполнено по схеме «враспор»: торцы внутренних колец подшипников упираются в буртики вала или распорные кольца 11. Внешние торцы наружных колец подшипников упираются в торцы крышек подшипников. По способу установки крышки подшипников бывают закладные (закладываются в канавки корпуса редуктора - см. рис.2 и 3) и привертные (прикручиваются винтами к корпусу редуктора - см. рис.4). Различают крышки подшипников глухие 9 и сквозные 8 с отверстиями для прохода валов. Если установлены нерегулируемые шариковые подшипники, то для компенсации тепловых деформаций вала между торцом крышки и наружным кольцом подшипника предусматривают зазор 0,2 – 0,5 мм.

Внутренние кольца подшипников установлены на валу с натягом во избежание обкатки кольцом шейки вала, развальцовки посадочных поверхностей и контактной коррозии. Наружные кольца подшипников устанавливают по посадке, обеспечивающей нулевой или небольшой зазор, необходимый при сборке редуктора, а также допускающий осевое перемещение подшипника при тепловом удлинении вала.

Смазка зубчатых колѐс редуктора при окружной скорости колеса V окр ≤ 12,5м/с производится окунанием их в масло, залитое в корпус. Для двухступенчатых редукторов при окружной скоростиV окр ≥1м/с достаточно погружать в масло только колесо тихоходной ступени. ПриV окр ≤ 1м/с в масло должны быть погружены колѐса обеих ступеней редуктора. Вместимость (объѐм) масляной ванны должна быть не менее 0,4…0,7 литра на 1кВт передаваемой мощности во избежание быстрого старения масла и взбалтывания продуктов износа. Уровень масла должен обеспечивать погружение быстроходного колеса в масло приблизительно на две высоты зуба. Контроль уровня масла осуществляется жезловым маслоуказателем 17.

Подшипники смазываются разбрызгиванием масла. На быстроходном и промежуточном валах со стороны шестерѐн перед подшипником устанавливаются маслоотбрасывающие кольца 12, предохраняющие подшипники от переполнения маслом.

Масло заливается через смотровой люк, закрытый крышкой 18. Для слива отработанного масла при его замене в нижней части корпуса имеется маслосливное отверстие, закрытое пробкой 16.

Для устранения утечки масла и попадания внутрь редуктора пыли и влаги в сквозных крышках устанавливаются уплотнения 21. Уплотнительные устройства выполняют контактного и бесконтактного типов. К контактному типу относятся манжетные и войлочные уплотнения (рис.3 а),б) ), к бесконтактному – щелевые (рис.3в) ), центробежные и лабиринтные (рис.4). Для повышения уплотняющего эффекта различные виды уплотнений комбинируют (см. рис.4).

Рис. 4. Лабиринтные уплотнения в комбинации со щелевым а) и манжетнымб)

Отдушина 19 позволяет выравнивать давление внутри корпуса с атмосферным. Входной и выходной валы редукторов имеют цилиндрические (по ГОСТ 12080) или конические (по ГОСТ 12081) концевые участки для установки полумуфт, шкивов, звѐздочек или зубчатых колѐс. Тихоходный выходной вал может оканчиваться зубчатой полумуфтой, выполненной заодно с валом (см.

ис. 5. Размеры концов входных валов.

Редукторы могут иметь различные варианты сборки, отличающиеся расположением входных и выходных валов (оба вала с одной стороны, на различных сторонах редуктора, тихоходный вал выходит на обе стороны и т.п., для двухступенчатых цилиндрических редукторов предусмотрено 9 вариантов сборки).

Данный тип редукторов комплектуются только цилиндрическими зубчатыми передачами и отличаются числом ступеней и положением валов.

Компоновочные возможности одноступенчатых редукторов ограничены и отличаются расположением осей валов в пространстве. Диапазон передаточных чисел u =1,6…6,3. Угол наклона косозубых передач =8 0 …22 0 .

Краткая техническая характеристика редуктора типа Ц1У общего назначения приведена в таблице 3. Кинематическая схема, чертеж общего вида без третьей проекции и общий вид в аксонометрии показаны на рис.2.

Вариант одноступенчатого узкого цилиндрического редуктора с расположением горизонтальных осей валов в вертикальной плоскости типа Ц1УВ показан на рис.3. В данной конструкции для смазки подшипников быстроходного вала предусмотрено дополнительное устройство в виде желоба и каналов с заглушками.

Рис.1. Корпус редуктора типа КЦ1 новой конструкции

Рис.2. Редуктор типа Ц1У - - -12К

Рис.3. Редуктор типа Ц1УВ – - -15К

Среди двухступенчатых цилиндрических редукторов общего назначения имеют широкое применение горизонтальные редукторы типа 1Ц2У (рис.4). Основные параметры приведены в таблице 4.

Рис.4. Горизонтальные редукторы типа 1Ц2У

Цилиндрические пары цилиндрических редукторов выполняют по развернутой узкой (рис.5,а), развернутой (рис.5,б) или соосной (рис.5,в) схеме с одним или двумя потоками мощности.

Наибольшее распространение имеет развернутая схема за счет рациональной унификации деталей редуктора. Так, например, шестерни, колеса и валы можно использовать для изготовления редукторов нескольких типоразмеров. При использовании косозубых передач рекомендуется с целью унификации выбирать направление зуба шестерни - левое, для колеса - правое во всех ступенях редуктора. Эти рекомендации оправданы для крупносерийного и массового производства, так как унификация деталей приводит к снижению себестоимости. Однако, в единичном и мелкосерийном производстве целесообразно на первой ступени брать направление зубьев шестерни - левое, а шестерни второй ступени - правое. Это вызвано тем, что осевые силы на промежуточном валу частично уравновешиваются, тем самым снижается осевая нагрузка на опоры.

Развернутую схему целесообразно использовать до = 630...800 мм. Редуктор, спроектированный по развернутой схеме, получается удлиненной формы. Масса такого редуктора примерно на 20% больше, чем у редуктора, спроектированного по раздвоенной схеме.

В раздвоенной схеме быстроходная или тихоходная ступень раздваивается на две косозубые передачи с встречным направлением зуба, образуя фактически шевронную передачу с разнесенными полушевронами. Более рациональной считается схема с раздвоенной быстроходной ступенью, так как в ней удваивается номенклатура менее нагруженных деталей, упрощается промежуточный вал, его можно выполнить как вал-шестерню, появляется возможность сделать быстроходный вал “плавающим”, это предпочтительнее, чем делать “плавающим” промежуточный или тихоходный вал при раздвоенной тихоходной ступени.

В соосной схеме ось быстроходного вала совпадает с осью тихоходного вала, это дает возможность компоновать технические устройства в осевом направлении. Редуктор, выполненный по соосной схеме, имеет массу, габариты и стоимость такие же как и редуктор, выполненный по развернутой схеме. В соосном редукторе , поэтому быстроходная ступень редуктора является недогруженной и соответственно более мощной. Соосные редукторы очень удобны для использования в машинах с повторно-кратковременным режимом работы. К недостатку соосных редукторов следует отнести некоторое усложнение конструкции опоры быстроходного и тихоходного вала, расположенной внутри редуктора.

Наиболее компактными среди редукторов с неподвижными осями валов являются многопоточные редукторы, в которых поток мощности разветвляется от шестерни быстроходной ступени на ряд потоков и, пройдя через промежуточные валы, переходит на колесо тихоходной ступени, откуда снимается с учетом потерь мощности двигателя.

Многопоточные редукторы по сложности изготовления приближаются к планетарным, однако передаточные числа планетарных редукторов значительно выше, поэтому многопоточные редукторы имеют ограниченное применение. Их используют в случае необходимости симметричной компоновки привода относительно его продольной оси.

Коническо-цилиндрические редукторы представляют собой совокупность конического редуктора с одноступенчатым цилиндрическим, в котором отражены все преимущества и недостатки названных редукторов.

Так как конические передачи имеют более низкую нагрузочную способность и, следовательно, большие габариты, то рекомендуется с целью снижения габаритов привода в целом делать быстроходную ступень конической. Однако, следует учитывать, что конические передачи очень чувствительны к погрешностям монтажа и изготовления, особенно на быстроходных ступенях редуктора. С целью уменьшения влияния погрешностей монтажа допускается использовать коническую передачу на промежуточных и тихоходных ступенях привода. Если увеличение размеров конической передачи не является решающим фактором в проектирование привода, то конической можно сделать тихоходную ступень привода.

Особенностью коническо-цилиндрических редукторов является то, что направление зуба косозубой цилиндрической пары следует выбирать таким, чтобы осевые силы на промежуточных валах вычитались.

На работу конических шестерен влияют радиальные нагрузки, действующие на выходной конец вала, так как большая радиальная нагрузка вызывает деформацию вала и соответственно нарушение зацепления конической пары. Поэтому в случаях, когда на концевой части вала конической шестерни расположен шкив или звездочка, создающие при работе большую радиальную нагрузку, рекомендуется предусматривать устройство для разгрузки вала от действия радиальной нагрузки.

Червячные редукторы выполняют с цилиндрическим и глобоидным червяком, с архимедовым, эвольвентным, конвалютным и вогнутым профилем червяка. Глобоидные редукторы отличаются большой нагрузочной способностью и более высоким КПД за счет большего числа зацепляющихся пар зубьев и лучших условиях смазки. Основным недостатком червячных редукторов является низкий КПД, особенно у самотормозящих червячных передач с цилиндрическим червяком. Поэтому, червячные передачи используют при работе в повторно-кратковеменных режимах.

Двухступенчатые червячные редукторы используют очень редко, так как они имеют очень низкий КПД и высокую стоимость изготовления. Двухступенчатые редукторы выполняют либо с двумя цилиндрическими, либо одним глобоидным и одним цилиндрическим червяками. Двухступенчатые глобоидные редукторы практически не применяются, из-за сложности двойной регулировки зацеплений. В двухступенчатом червячном редукторе увеличивается длина промежуточного вала, в связи с чем уменьшается его жесткость при одновременном увеличении температурных деформаций вала. Для увеличения КПД привода при больших передаточных числах рекомендуется применять червячно-цилиндрические и цилиндро-червячные редукторы. Червячно-цилиндрические редукторы имеют наименьшую ширину привода и минимальные размеры редуктора при больших передаточных числах.

В двухступенчатых редукторах расположены три вала. Первый из них, расположенный ближе к двигателю, называется ведущим и имеет индекс 1 (например, d 1); второй вал является промежуточным и имеет индекс 2 (например, d 2); третий вал называется ведомым и имеет индекс 3 (например, d 3). Ведущий и промежуточный валы образуют быстроходную ступень, имеющую индекс 1 или б (а 1 , U 1 или а б, U б), промежуточный и ведомый валы образуют тихоходную ступень, имеющую индекс 2 или т (а 2 , U 2 или а т, U т). Шестерни и червяки имеют нечетные индексы, колеса - четные индексы. Например, шестерня, расположенная на ведущем валу, имеет индекс 1 (d 1 , z 1 , HB 1), а шестерня, расположенная на промежуточном валу, имеет индекс 3 (d 3 , z 3 , HB 3). Колесо, расположенное на ведомом валу имеет индекс 4 (d 4 , z 4 , HB 4).

Рис. 5. Кинематические схемы цилиндрических редукторов

Редукторы, выполненные по развернутой схеме, весьма технологичны, имеют малую ширину, допускают унификацию с редукторами типов Ц1У, Ц3У, КЦ1, КЦ2 и ЧЦ.

Необходимо отметить, что, если в редукторах типа 1Ц2У старой конструкции угол наклона зубьев составлял 8 0 06 " 34 " (), суммарное число зубьев 99 и 198, степень точности по 8 классу и наружными ребрами жесткости корпуса, то в редукторах новой конструкции угол наклона зубьев увеличенных до 11 0 31 " 42 " () и суммарное число зубьев составляет 49; 98; 196, степень точности зубчатых колес по ГОСТ 1643-81 доведены до 7 класса, а также применены корпуса новых конструкций.

Такая существенная модернизация позволяет повысить надежность, долговечность и улучшить квалиметрические характеристики выпускаемых редукторов и привести в соответствие международному стандарту ISO 6336 (рис.6).

Рис. 6 Сборочный чертеж общего вида редуктора типа Ц2У

Если у редукторов типа Ц2 (Ц2Ш) быстроходная ступень представляла раздвоенную косозубую передачу (разнесенного шеврона), а тихоходная ступень – косозубую передачу до =710 мм и шевронную свыше >800 мм, то современные редукторы Российской Федерации имеют другие решения. При этом профессором Г.А. Снесаревым утверждалось, что раздваивать тихоходную ступень нецелесообразно.

Редукторы Санкт-Петербургского ПО «Эскалатор» типа Ц2 допускают применение в кранах с реверсированием, зубчатой пары быстроходной ступени, шевронная, с углом наклона =29 0 32 " 29 " , а тихоходная ступень – раздвоенная косозубая с углом наклона =8 0 6 " 34 " .

Внешний вид цилиндрического трехступенчатого горизонтального узкого редуктора типа Ц3У мало отличается от Ц2У, поэтому приведена краткая техническая характеристика (табл. 5) Ц3У.