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.

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.

Редукторы служат для понижения частоты вращения (тихоходного вала по отношению к быстроходному) и повышения вращающего момента на тихоходном валу.

Редуктор одноступенчатый цилиндрический

Совместно с фланцевым электродвигателем редуктор составляет мотор-редуктор. Тихоходный вал с напрессованным на него колесом с внутренними зубьями установлен в корпус через окно на боковой стенке. Шестерня расположена на конце вала электродвигателя, что уменьшает размеры мотор-редуктора. Система смазывания зацепления картерная, подшипники смазываются маслом, разбрызгиваемым зубчатым колесом.

Редуктор двухступенчатый цилиндрический, выполненный по развернутой схеме

У этого редуктора горизонтальная плоскость разъема корпуса. Для установки валов использованы роликовые конические подшипники, которые регулируют нажимными шайбами и винтами, размещенными в закладных крышках. Соединение зубчатых колес с валами выполнено призматическими шпонками. В редукторе применены торцовые уплотнительные устройства.

Редуктор двухступенчатый цилиндрический, выполненный по развернутой схеме с корпусом без разъема

Такая конструкция корпуса обеспечивает уменьшение массы редуктора и повышает жесткость корпуса, но несколько усложняет технологию изготовления деталей и сборку. Зубчатые колеса и тихоходная шестерня установлены через окно в верхней стенке корпуса и соединены с валами при помощи шлицев. Сборка деталей на промежуточном и тихоходном валах завершается установкой подшипника внутри корпуса. В качестве опор использованы шариковые радиальные подшипники и привертные крышки.

Редуктор двухступенчатый цилиндрический с шевронными колесами

Быстроходная ступень выполнена раздвоенной. Тихоходный вал зафиксирован в осевом направлении роликовыми коническими подшипниками, которые регулируют винтом с нажимной шайбой. Быстроходный и промежуточный валы плавающие, установлены в опорах на роликовых цилиндрических подшипниках. Для передачи моментов с зубчатых колес на валы использованы соединения с натягом. Корпус редуктора имеет горизонтальную плоскость разъема, крышки подшипников закладные, в качестве уплотнительных устройств использованы манжеты.

Редуктор двухступенчатый цилиндрический с шевронными колесами и корпусом без разъема

В данной конструкции промежуточный вал зафиксирован роликовыми коническими подшипниками, которые регулируют при помощи металлических прокладок под фланцами привертных крышек. Быстроходный и тихоходный валы плавающие. Шлицевые соединения колес и шестерен с промежуточным и тихоходным валом обеспечивают передачу вращающих моментов. Особенности конструкции редуктора без разъема корпуса редуктора приведены на листе 10.3.

Редуктор двухступенчатый цилиндрический соосный

Соосные редукторы обычно более удобны при компоновке привода, чем редукторы, выполненные по развернутой схеме, но имеют большую ширину корпуса из-за необходимости размещения опор быстроходного и тихоходного валов на одной оси. Опоры быстроходного и тихоходного валов расположены в стенке внутри корпуса. Редуктор выполнен с разъемом по осям валов, крышки подшипников закладные. В качестве опор валов служат шариковые радиальные подшипники, установленные враспор. Конструкция характерна благоприятными условиями смазывания передач, так ка зубчатые колеса погружены в масло примерно на одну и ту же глубину.

Редуктор двухступенчатый цилиндрический соосный с осями валов, расположенными в вертикальной плоскости

Такое расположение осей валов позволяет уменьшить занимаемую редуктором площадь, но усложняет условия смазывания тихоходной передачи. Редуктор совместно с фланцевым электродвигателем составляет мотор-редуктор. Шестерня быстроходной передачи установлена на конце вала электродвигателя, а подшипники тихоходного вала — в приливе корпуса, что позволяет отказаться от промежуточной стенки внутри корпуса. Подшипник с пружинным кольцом на наружном кольце фиксирует тихоходный вал в осевом направлении, другой подшипник является плавающим. Для смазывания тихоходной передачи предусмотрена пластмассовая смазочная шестерня.

Редуктор двухступенчатый цилиндрический соосный с тихоходной ступенью внутреннего зацепления

Использование внутреннего зацепления позволяет уменьшить размеры редуктора, но вынуждает располагать шестерню тихоходной передачи на консоли. Промежуточный вал фиксируется в осевом направлении шариковым радиальным подшипником, расположенным в стакане, другой подшипник является плавающим. Подшипники на быстроходном и тихоходном валах установлены враспор.

Редуктор двухступенчатый цилиндрический соосный двухпоточный внешнего зацепления

Использование двух- и трехпоточных редукторов позволяет уменьшить их массу и габаритные размеры благодаря равномерному распределению нагрузки между потоками, которое обеспечивают специальными устройствами. Редуктор совместно с фланцевым электродвигателем составляет мотор-редуктор. Быстроходная шестерня находится на валу электродвигателя. Шариковые радиальные подшипники на промежуточных и тихоходном валах установлены враспор. Торсионные валы обеспечивают выравнивание нагрузки между потоками.

Редуктор двухступенчатый цилиндрический соосный двухпоточный с тихоходной ступенью внутреннего зацепления

Этот редуктор имеет горизонтальную плоскость разъема. Равномерность распределения нагрузки между потоками обеспечивается шевронной быстроходной ступенью.

Редуктор двухступенчатый цилиндрический соосный двухпоточный с тихоходной ступенью внутреннего зацепления без разъема корпуса

Валы и колеса установлены через окна в боковых стенках корпуса редуктора, выравнивание нагрузки обеспечивают пружины сжатия, встроенные в быстроходные колеса.

Редуктор двухступенчатый цилиндрический соосный трехпоточный

Корпус редуктора имеет боковые крышки, что обеспечивает удобство монтажа валов и колес. Опоры быстроходного и тихоходного валов размещены в стенке внутри корпуса.

Редуктором является отдельный механизм с передачей зацеплением. Он обеспечивает уменьшение частоты вращения с пропорциональным увеличением крутящего момента. Редуктор цилиндрический характеризуется параллельными осями валов и зубчатыми передачами между колесами.

Классификация

Типы цилиндрического редуктора разделяются по нескольким признакам.

1. Количество передач - от одной до четырех.
2. Механизмы с параллельными валами и соосные. У последних расстояние между осями на входном и выходном валах меньше чем межосевое расстояние передач.
3. Установка на лапах, на фланце или насадная (выходной вал - полый).
4. Расположения валов в пространстве горизонтальные и вертикальные.

Достоинства цилиндрических редукторов

Группа наиболее распространена, благодаря ряду преимуществ.

1. Высокий КПД, составляющий 95-98 %. С увеличением количества ступеней его величина несколько снижается. Низкие потери энергии вызваны небольшими силами трения в процессе работы.
2. Высокая нагрузочная способность. При подходящих габаритах редуктор цилиндрический способен пропустить через себя и передать на расстояние значительную мощность. Конструктивные особенности механизмов не создают заеданий в зацеплениях. В большинстве устройств потерями пренебрегают, но в крупных и высокоскоростных агрегатах их необходимо учитывать.
3. Незначительный люфт вала на выходе позволяет достичь высокой кинематической точности механизма.
4. Отсутствие больших потерь энергии не приводит к перегреву агрегата. Основная мощность передается от привода к потребителю. На нагрев идет незначительная доля энергии, не вызывающая сильный нагрев деталей. Для большинства передач не нужны системы охлаждения.
5. Надежная работа при динамических воздействиях (частые пуски, неравномерные нагрузки). В связи с этим цилиндрические редукторы широко применяются в оборудовании, где на рабочие органы действуют значительные импульсные нагрузки: дробилки, измельчители, шредеры и др. Преимущество обеспечивается за счет небольшой величины трения скольжения, благодаря которому мало изнашиваются детали. Высокий ресурс валов, передач и подшипников.
6. Большой выбор устройств с разными передаточными числами.

Недостатки цилиндрических редукторов

Наряду с достоинствами, цилиндрический тип передач имеет недостатки.

1. Одна ступень не обеспечивает большое передаточное число. Минимальное количество зубьев колеса равно 17. Это требует значительного увеличения габаритов при максимально возможных передаточных числах (до 1:12.5).
2. Высокий уровень шума, создаваемого при поочередном входе в контакт пар зубьев. Простейшая конструкция, когда они прямые. Контакт здесь происходит по всей длине зуба. Это обеспечивает передачу большой мощности, но также значительный износ и повышенный шум при вращении. В косозубых зацеплениях захват каждого последующего звена производится постепенно, что снижает вибрацию и удары. При этом требуются меньшие усилия для вращения вала.
3. Нет самоторможения. Наружная нагрузка может вращать выходной вал, что не всегда целесообразно. В одном случае это является недостатком, в другом - преимуществом.
4. Зубчатые колеса обладают высокой жесткостью и не дают возможности компенсировать динамические нагрузки.

Применение цилиндрических редукторов

Благодаря высокому КПД, цилиндрические редукторы наиболее распространены. Их используют в приводах прокатных валков, металлообрабатывающих станков, мешалок и др. Нагрузка может быть равномерной, переменной, реверсивной, однонаправленной. Другие типы передач применяются, когда необходимо обеспечить особые условия: плавный ход, высокое передаточное число при небольших габаритах, угловую компоновку привода.

Редукторы применяются для следующих целей:

• ступенчатое снижение скорости вращения - коробка передач;
• бесступенчатое изменение угловой скорости - вариатор;
• преобразование низкой скорости в высокую - мультипликатор;
• совмещение с двигателем в одном блоке - мотор-редуктор.

Редуктор с одной ступенью

Больше распространен редуктор цилиндрический одноступенчатый горизонтального исполнения.

Вертикальные модели также применяются. Та или иная конструкция связана с удобством компоновки привода. Колеса выполняются с прямыми, косыми или шевронными зубьями. Корпус цилиндрического редуктора изготавливается из чугунного литья или делается сваренным из стали.

Применяются подшипники качения и реже - скольжения (для тяжело нагруженных передач).

Редуктор цилиндрический горизонтальный имеет передаточное число не выше 6.3. Дальнейший рост передаточного числа (допускается его увеличение до 12.5) нерационально увеличивает габариты агрегата. Если редуктор цилиндрический одноступенчатый превышает допустимые габариты, применяют устройство меньшего размера с 2 ступенями.

Двухступенчатый редуктор

Распространены механизмы горизонтального типа. Редуктор цилиндрический двухступенчатый содержит ведущий, промежуточный и ведомый валы. Первая ступень называется быстроходной, а вторая - тихоходной.

Рациональная двухступенчатая конструкция цилиндрического редуктора имеет передаточное число не более 50. При дальнейшем его увеличении значительно увеличиваются масса и габариты устройства. Для больших передаточных чисел рекомендуется применять трехступенчатый тип.

Редуктор цилиндрический двухступенчатый может быть выполнен с раздвоенной, сосной или развернутой схемой. Последняя наиболее распространена из-за простоты конструкции. Несимметричное размещение колес приводит к неравномерной нагрузке на подшипники и зубья.

При раздвоенной быстроходной ступени с противоположным наклоном зубьев на колесах осевые усилия уравновешиваются, а окружные - выравниваются за счет самоустановки ведущего вала.

Компоновка редукторов

Быстроходная ступень выполняется чаще косозубой, а тихоходная - прямозубой. Для массового производства косозубых передач принято изготавливать шестерни с левым направлением зуба, а колеса - с правым. В производстве мелкими сериями шестерни первой ступени изготавливают как обычно, а второй - с правым направлением. За счет этого происходит уравновешивание осевых сил на промежуточном валу.

Если требуется передавать крутящий момент, не зависящий от угла подведения, применяются конически-цилиндрические передачи. Вертикальные устройства изготавливаются червячно-цилиндрического типа. У них ниже КПД, поэтому редукторы применяются преимущественно при кратковременных режимах работы.

Развернутая схема больше распространена, так как компоненты механизма (валы, колеса, шестерни) используются для изготовления нескольких типоразмеров редукторов. Недостатком является повышенная концентрация напряжений на рабочем участке зуба, что требует применения жестких валов.

Редукторы с раздвоенной схемой имеют массу на 20 % меньше, благодаря большей компактности.

Смазывание редукторов

В зацепление редуктора подается жидкое масло. Применяются следующие способы смазывания.

1. Картерный - погружение в масляную ванну, если скорость не выше 10 м/с. При дальнейшем ее увеличении значительно возрастают потери энергии на разбрызгивание масла. Зубчатое колесо находится нижней частью на глубине двух-трех высот зуба.
2. Картерный проточный: с одной стороны в ванну агрегата подается масло, а с другой - отводится. При этом производится охлаждение масла.
3. Централизованный (струйный). Способ применяется при максимальной окружной скорости передачи более 10 м/с. Масло подается насосом к зацеплению и подшипникам. При этом оно очищается в сетчатых или пластинчатых фильтрах и охлаждается водой через стенки трубчатых холодильников.
4. Комбинированный: одна ступень может смазываться централизованно, а другая - картерным способом.

Вертикальные редукторы

Вертикальные схемы требуются для механизмов, которые не могут работать с применением обычных горизонтальных передач. Вертикальный цилиндрический редуктор от одной до трех ступеней чаще всего применяют в механизмах, работающих в крановых режимах. Его можно эксплуатировать также в наклонном положении.

Ступени обычно выполняются с косозубыми передачами. Колеса и шестерни изготавливаются из кованых легированных сталей с термообработкой. В качестве опор применяются однорядные конические роликоподшипники.

Производители

Отечественное производство заметно отстает от зарубежного. Импортные модели поступают на российский рынок без адаптации к местным условиям. Традиционные российские редукторы представляют собой предельно упрощенные конструкции, что дает им возможность хоть как-то снизить цены и поддержать спрос. Потребитель все больше убеждается в их низкой надежности, предпочитая приобретать импортные изделия. Отечественный редуктор цилиндрический обладает следующими недостатками:

• отсутствие чистовой и отделочной операций по обработке поверхности зубьев;
• низкая мощность и крутящий момент, недолговечность и недостаточная надежность;
• существенное ограничение разнообразия конструкций, что не дает возможности применять их в современных машинах и механизмах с многофункциональным приводом.

Очень мало предприятий занимается совершенствованием отечественных изделий, улучшая их показатели до зарубежного уровня. Среди них выделяется НТЦ «Редуктор», главным направлением которого является модернизация типовых изделий за счет применения достижений науки о редукторах и внедрения зарубежных новинок.

Заключение

Редуктор цилиндрический наиболее распространен благодаря своим преимуществам, основными из которых являются небольшие габариты, высокий КПД и долговечность. Они проявляются при точном изготовлении механизмов за счет применения качественных материалов и современных способов обработки деталей.