Цилиндрические редукторы - большая группа редукторов, характеризующаяся применяемым в них зацеплением - цилиндрическими зубчатыми передачами. Группа классифицируется по следующим признакам:

• По количеству ступеней (передач в редукторе) - одноступенчатые, двухступенчатые, трехступенчатые, четырехступенчатые;
• По расстоянию между осями входного и выходного валов - соосные и редукторы с параллельными валами. Соосными считаются редукторы с расстоянием между осями входного и выходного валов меньшим, чем межосевое расстояние передач, таким образом, соосными могут быть редукторы с числом ступеней от двух и выше, входной и выходной валы этих редукторов направлены в разные стороны;
• По способу установки - на лапах, на фланце или насадное исполнение (редуктор с полым выходным валом)

Преимущества цилиндрических редукторов и построенных на них приводов

1. Высокий КПД редуктора. Цилиндрические зубчатые передачи имеют один из самых высоких КПД. Следствием из этого является энергетическая экономичность этих редукторов. КПД цилиндрической зубчатой передачи, применяемой в редукторах, вне зависимости от передаточного отношения, обычно равняется 98%. Справочник конструктора-машиностроителя В. И. Анурьева, т. 3, стр. 666, издание 2001 г. предоставляет следующую информацию по КПД разных типов редукторов (выраженный в долях единицы):

2. Высокая нагрузочная способность. Цилиндрические редукторы соответствующих габаритов способны передавать почти без потерь большую мощность.

3. Низкий люфт выходного вала, вследствие этого кинематическая точность цилинрических редукторов выше, чем червячных.

4. Низкий нагрев вследствие высокого КПД передач - почти вся энергия не рассеивается, а передаётся от источника к потребителю.

5. Обратимость при любом передаточном числе, иначе говоря, отсутствие самоторможения. У любого цилиндрического редуктора можно провернуть выходной вал.

6. Уверенная работа при неравномерных нагрузках, а так же при частых пусках-остановах. Это свойство диктует целесообразность применения исключительно цилиндрических редукторов в приводах дробилок, измельчителей, шредеров и прочих машин с пульсирующими нагрузками на рабочих органах.

7. Высокая надёжность. По информации из Справочника конструктора-машиностроителя В. И. Анурьева, т. 3, стр. 666, издание 2001 г.:

8. Благодаря большой степени вариативности зубчатых передач, имеется возможность подобрать редуктор с наиболее близким к требуемому передаточным отношением.

Недостатки цилиндрических редукторов

1. Низкое передаточное число на одной ступени. В цилиндрических редукторах применяются зубчатые передачи с u = 1:1…1:6.3. Это обстоятельство влечёт за собой увеличение числа ступеней при увеличении общего передаточного числа редуктора, и, как следствие, увеличение габаритов редуктора. Для одноступенчатого цилиндрического редуктора u max = 6.3, для двухступенчатого u max = 40, для трехступенчатого u max = 250. Причем, поскольку значение модуля зубчатого зацепления впрямую зависит от передаваемого окружного усилия, а минимальное количество зубьев зубчатого колеса обычно не менее 17, то при передаточном отношении 1:5 нагруженная зубчатая передача имеет внушительные размеры.

2. Уровень шума. Цилиндрические редукторы - более шумные по сравнению с червячными.

3. Обратимость (отсутствие самоторможения). Это является недостатком в том случае, когда необходимо отсутствие возможности поворота выходного вала внешней нагрузкой.

Применение цилиндрических редукторов

Благодаря всем своим достоинствам цилиндрический редуктор - лидер по распространённости среди редукторов. Цилиндрические редукторы устанавливаются в приводах измельчителей, мешалок, экструдеров, металлорежущих станков, валкового оборудования и т. д., и т. п.
Ограничений к применению нет, кроме специальных случаев, в которых целесообразнее применение других типов редукторов - например, когда требуется угловая компоновка привода, когда необходимо большое передаточное число в сочетании с небольшими габаритами или когда нужно достичь особой плавности хода приводимого механизма.
При вводе в эксплуатацию нового цилиндрического редуктора с целью удаления металлической мелкой стружки от приработки зубчатых передач после работы редуктора в течение 1-2 смен рекомендуется заменить масло. Перед первым пуском желательно провернуть редуктор вхолостую и затянуть все болтовые соединения на корпусе. Включение редуктора можно производить только после его закрепления. При установке редуктора необходимо предусматривать свободный доступ к пробкам для залива, контроля и слива масла.
При разборке редуктора необходимо снять действие консольных нагрузок на концы валов и отсоединить муфты.

Преимущества и недостатки цилиндрических редукторов

- Данные механизмы обладают очень высоким КПД. Пожалуй, цилиндрическая зубчатая передача обладает самым высоким КПД – около 98%, и не зависит от передаточного отношения. Таким образом, он имеет очень хорошие показатели экономичности.

Преимущества и недостатки цилиндрических редукторов.

Преимущества:

1. Данные механизмы обладают очень высоким КПД. Пожалуй, цилиндрическая зубчатая передача обладает самым высоким КПД – около 98%, и не зависит от передаточного отношения. Таким образом, он имеет очень хорошие показатели экономичности.

2. Они способны передавать большую мощность почти без потерь.

3. Относительно невысокий люфт выходного вала позволяет использовать их в приводах позиционирующих устройств. Кинематическая точность редукторов цилиндрического типа значительно выше, чем у червячного типа.

4. Вследствие высокого КПД, цилиндрический редуктор обладает невысоким нагревом корпуса. Практически вся энергия передается от источника потребителю, и не рассеивается.

5. При любом передаточном отношении они обладают высокой обратимостью (отсутствие самоторможения). У любого механизма цилиндрического типа выходной вал можно провернуть.

Министерство образования Российской Федерации

Пермский государственный технический университет

Лысьвенский филиал

«Изучение червячных редукторов»

Инструкция к выполнению лабораторной работы

по дисциплине «Детали машин»

направление 552900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств»

Лысьва, 2002

Подготовлено на кафедре технических дисциплин ЛФ ПГТУ

Изучение червячных редукторов. Инструкция к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Детали машин» направление 552900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» /Сост. В.В.Ефремов; Лысьва, 2002. 24

Предназначены для студентов всех форм обучения по направлению 552900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» .

Рассмотрены на заседании кафедры ТД ЛФ ПГТУ «___» ___________ 200__г, протокол №__________.

Согласовано

зав.кафедрой КМСМ ПГТУ

д.т.н., профессор А.М.Ханов

© Лысьвенский филиал ПГТУ, 2002

Изучение червячных редукторов

Цели работы: изучить назначение и конструкцию редуктора, его узлов и деталей; определить параметры червячного зацепления и редуктора; ознакомиться с особенностями регулировки и смазки зацепления и подшипников качения.

Назначение редукторов: Червячные редукторы предназначены для передачи вращения между перекрещивающийся валами и, подобно зубчатым редукторам, служат для понижения угловых скоростей и увеличения крутящих моментов.

Червячная передача состоит из винта, называемого червяком, и червячного колеса, представляющего собой разновидность косозубого колеса(рис.1) . Эта передача относится к зубчато-винтовым. В червячной передаче обод червячного колеса имеет вогнутую форму, способствующую облеганию червяка и, вследствие этого, увеличению длины контактной линии.

Червячные передачи используются в подъемно-транспортных устройствах, металлообрабатывающих станках, автомобилях и других машинах. Объем применения этих передач от передач зацеплением (зубчатых и червячных) составляет около 10 %.

Достоинства червячных передач

1. Передача вращающего момента между скрещивающимися валами.

2. Получение больших передаточных чисел в одной паре. В силовых передачах от 8 до 63, в приводах несилового назначения (кинематических) - до 1000.

3. Компактность и бесшумность,

4. Плавность работы.

5. Возможность самоторможения.

Недостатки червячных передач

Движение в червячной передаче осуществляется по принципу винтовой пары. При движении витки червяка скользят по зубьям колеса.

Скорость скольжения в червячной передаче

Скорость скольжения V ск направлена по касательной к средней линии витка червяка (рис.2) и определяется из геометрической суммы окружных скоростей по начальным диаметрам червяка V 1 и червячного колеса V 2 :

где γ --угол подъема винтовой линии червяка.

Скорость скольжения V ск всегда больше V 1 и значительно больше V 2. Эта скорость может быть определена по зависимости:

где

–соответственно окружные скорости червяка и червячного колеса.

Большая скорость скольжения сочетается с крайне неблагоприятным ее направлением относительно линии контакта. Это ведет к ухудшению условий смазки и разрыву масляного слоя между червяком и червячным колесом и в конечном итоге - к понижению КПД передачи, повышенному износу и заеданию.

Эти обстоятельства определяют ряд существенных недостатков червячных передач:

1. Низкий коэффициент полезного действия;

2. Значительный нагрев при длительной работе;

3. Низкую износостойкость;

4. Склонность к заеданию и необходимость применения в качестве материала червячного колеса антифрикционных сплавов;

5. Высокую стоимость, обусловленную необходимостью применения дорогостоящих материалов и сложностью изготовления.

Основные кинематические схемы червячных редукторов

О

дноступенчатый горизонтальный редуктор с нижним расположением червяка и скоростью его вращения до 4-5 м/с. При этом обеспечиваются хорошие условия смазки передачи окунанием червяка.

Одноступенчатый горизонтальный редуктор с верхним расположением червяка. Используется в быстроходных передачах во избежание излишних потерь на разбрызгивание масла быстроходным червяком.

Передача с вертикальным расположением вала колеса. Применяется в исключительных случаях, исходя из требований компоновки машины. При этом ухудшаются условия смазки подшипников вертикального вала.

Двухступенчатая передача для получения больших передаточных чисел (до 3600), Быстроходную пару целесообразно выполнять с верхним расположением червяка, а тихоходную -с нижним, что обеспечивает лучшие условия смазки.

1. Поскольку входной и выходной валы червячного редуктора скрещиваются, привод на его основе обычно лучше компонуется в машине, занимая меньше места по сравнению с цилиндрическим редуктором (речь идет о редукторах с эквивалентными передаточным числом и передаваемой мощностью).

2. Передаточное число червячной пары может достигать 1:110 (в специальных случаях - ещё больше). Таким образом, червячная передача обладает гораздо большим потенциалом снижения частоты вращения и повышения крутящего момента по сравнению с другими видами передач. Достижение передаточных чисел такого порядка с использованием цилиндрических передач возможно только в трёхступенчатом редукторе (или в планетарном). В червячном для этого может быть использована только одна ступень. Это обстоятельство обуславливает относительную простоту и дешевизну червячных редукторов по сравнению с цилиндрическими (опять же речь идёт о сравнимых передаточных числах и передаваемых мощностях). Оборотной стороной этого преимущества, однако, является снижение КПД червячной передачи при увеличении её передаточного числа, об этом подробнее - см. раздел «недостатки».

3. Низкий уровень шума передачи, определяющийся особенностями зацепления, позволяет использовать червячные редукторы в машинах с высокими требованиями к бесшумности привода. Здесь, однако, нельзя забывать о шумах, производимых двигателями и приводимыми в движение механизмами.

4. Плавность хода червячной передачи. Благодаря особенностям работы червячного зацепления червячные редукторы обладают большей плавностью хода по сравнению с цилиндрическими.

5. Уникальное свойство червячной передачи - «самоторможение» (другой термин, обозначающий это явление - «отсутствие обратимости»). Суть его в том, что при отсутствии вращения ведущего вала (червяка) ведомый вал затормаживается, и его невозможно провернуть. Это свойство начинает проявляться при передаточных числах от 35 и выше. Более корректно было бы здесь говорить не о передаточном числе, а об угле подъёма червяка, при уменьшении которого в определённый момент возникает самоторможение. Полное самоторможение достигается в передаче, в которой угол подъёма винтовой линии червяка равен или меньше 3.5°. Однако производители редукторов далеко не всегда предоставляют информацию об этом параметре в своих каталогах, и разработчикам приходится оперировать именно передаточными числами. Описанное свойство, в зависимости от области применения редуктора, может быть как достоинством, так и недостатком. Например, было бы конструкторской ошибкой применять червячный редуктор в приводе, скажем, закаточного устройства, при заправке которого требуется вручную поворачивать бобину с закатываемым листовым материалом, так как червячный редуктор даже с передаточным отношением меньше 25 довольно тяжело провернуть за ведомый вал. Наоборот, применение червячного редуктора (с большим передаточным числом червячной пары) в приводе подъёмника позволяет во многих случаях отказаться от установки дополнительного тормозного устройства.

6. Существуют исполнения червячных редукторов с полым выходным валом. Эти варианты редукторов (называемые также “насадными”) позволяют устанавливать редукторы непосредственно на валы исполнительных механизмов без применения соединительных муфт или дополнительных механических передач. Такая установка в сочетании с применением так называемых “реактивных штанг” или фланцевых исполнений редуктора упрощает конструкцию и уменьшает габарит привода:

Описанным преимуществом могут обладать не только червячные редукторы, но и другие типы редукторов, за исключением, пожалуй, соосных цилиндрических, где такая установка невозможна из-за их конструктивных особенностей. Здесь следует отметить, что иногда отсутствие предохранительной муфты между выходным валом редуктора и валом приводимого в движение механизма может привести к поломке редуктора из-за приложения нештатной нагрузки к выходному валу, превышающей номинальный выходной момент редуктора. В таких случаях задача конструктора - либо обеспечить отсутствие вероятности приложения таких нагрузок, либо защитить от них привод, например, с помощью муфты.

Сказанное в большей степени относится именно к червячным редукторам из-за их самоторможения.