Короткі теоретичні відомості. Загальні відомості про редуктора
Загальні відомості про редуктора.
Редуктором називають агрегат, що включає передачі зачепленням і призначений для підвищення обертального моменту та зменшення кутової швидкості двигуна. Редуктори широко застосовують в різких галузях машинобудування завдяки високим економічним, експлуатаційним та іншим характеристикам.
Характеристики редукторів кожного типу визначаються такими параметрами:
1) кінематична характеристика редуктора - передаточне відношення (ізаг);
2) силова характеристика редуктора - обертальний момент та консольне навантаження на вихідному валу (ТT, FК);
3) коефіцієнт корисної дії (h к.к.д.).
Згідно зі стандартами до редукторів загально-машинобудівного застосування відносять циліндричні, конічні, конічно-циліндричні, черв’ячні, черв’ячно-циліндричні редуктори.
Основні параметри редукторів визначають при номінальній частоті обертання швидкохідного валу nшв=1500хв-1. Можна використовувати редуктори з числом обертів nшв=3000хв-1 при умові, що колова швидкість зубчастих коліс не буде перевищувати 15м/с. Редуктори вітчизняного виробництва мають діапазон передаточних відношень в межах і=1…3150, але більше мають і≤160. Біля 75% редукторів виготовляються двохступінчастими, а решта, одно та трьохступінчасті (рис.1.).
Ведучий (швидкохідний), ведений (тихохідний) та, проміжний вали на схемах позначені відповідно Ш, Т, П. Одноступінчасті циліндричні редуктори (рис.1.а) забезпечують передачу обертальних моментів (по тихохідному валу) ТТ=250...4000Нм при і=2...6,3. Ряд двохступінчастих редукторів (рис.1. б, г, д, е) в діапазоні (і=8...40) здатний передати ТТ=4000…16000Нм. Поширені редуктори з спільною віссю швидкохідного та тихохідного валів (рис.1. г) що мають менші габарити по довжині.
Для покращення умов роботи найбільш навантаженої тихохідної ступені виготовляють редуктори з роздвоєною швидкохідною ступінню (рис.1. д) у вигляді двох косозубих пар. Колеса однієї пари мають ліві зубці, а колеса іншої пари - праві зубці. Один з валів роздвоєної передачі повинен маги можливість самовстановлювання в осьовому напрямку. Редуктори з роздвоєною ступінню мають масу на 20% меншу ніж редуктори з розгорнутою схемою коліс, але в них більш висока трудомісткість виготовлення.
Мащення зубчастих коліс редукторів при колових швидкостях V=12...15м/с здійснюється занурюванням коліс в масляну ванну. Такий вид мащення зубців називається мащенням занурюванням або картерним мащенням, при якому в закритий картер заливають масло із розрахунку 0,35...0,7л на 1кВт потужності, що передає редуктор (менше при меншій в’язкості масла і навпаки). Щоб уникнути великих витрат на розбризкування та перемішування масла, а також для того, щоб масло не пінилось (при цьому знижуються мастильні властивості) глибина занурювання швидкохідних циліндричних зубчастих коліс не повинна перевищувати висоти зуба і 1/3 радіуса тихохідних зубчастих коліс. Колеса конічних передач занурюються в мастильний матеріал на всю довжину зуба.
Мащення підшипників редукторів при коловій швидкості зубчастих передач V>4м/с часто здійснюється тим же маслом, що і зубчастих коліс шляхом розбризкування. При коловій швидкості передач V<4м/с, а також при можливості попадання в масляну ванну металічних часток зносу зубців, для підшипників редукторів передбачають самостійне мащення, частіше консистентним мастилом. При цьому пластичні мастила закладають в корпуси підшипників (в об’ємі 1/3...1/2 вільного простору).
А) Б)
В) Г)
Д) Е)
Рис.1.
Мастильними матеріалами для редукторів загально-машинобудівного застосування, коробок приводів, агрегатів і вузлів машин використовують рідкі нафтові та синтетичні масла: авіаційні (МС-14 МС–20), циліндрове 52, трансмісійні (TАП-І5В, ТС ІО-ОТП), індустріальні (И-40А, И-50А) та інші, які зберігають свої якості до температури І20°С при довготривалій роботі. Набувають широкого застосування нові леговані індустріальні масла, в яких за рахунок використання високоякісної масляної основи і раціональних композицій присадок покращенні протизносні, протизадирні, антиокислювальні, антикорозійні та інші властивості (АСЗп-6, АСЗп-10, ИГП-114, ИГП-І52 та ін.).
Пластичні мастила для підшипникових вузлів вибирають з урахуванням умов експлуатації. Кальцієві мастила (солідоли, графітна УСсА, ВНИИ НП-207 та ін.) застосовують при довготривалій роботі підшипників при температурі до 60°С. Натрієві мастила (консталіни ВНИИ НП-2бО, ВНИИ НП-228, №137 та ін.) можна використовувати при температурі від мінус 60 до 100...І20°С, їх використовують для мащення швидкісних підшипників, відкритих зубчастих передач і т.п. Літієві мастила Литол-24, №158, ВНИИ НП-232, ЦИАТИМ-202 та інші застосовують для мащення вузлів тертя, що працюють в агресивних середовищах при температурах від мінус 60 до 150…200°С. Тверді мастила (колоїдний графіт, дисульфід молібдену, фтористі з’єднання і т.п.) використовують для деталей, що працюють в вакуумі, в умовах дуже низьких температур (нижча мінус 100°С) або дуже високих температур (більше 300°С), при роботі в агресивних середовищах, що не допускають присутності не тільки масла, але, навіть, його парів.
| do |
| L |
| L1 |
| L2 |
| awт |
| C1 |
| B1 |
| awшв |
   |
Конструкційні параметри редуктора. До Конструкційних розмірів належать: габаритні, установчі та приєднувальні розміри (рис.2). Габаритні розміри необхідні для розміщення редуктора в призначеному місці, визначення розмірів тари. Це найбільші розміри редуктора по довжині – L, ширині – В, висоті – Н. Установчі розміри – розміри по яких редуктор встановлюється на раму чи плиту. До установчих розмірів відносяться: діаметр отворів під болти кріплення редуктора до рами – d0, відстань між центрами цих отворів С1 і С2, розмір h, що визначає положення осей, швидкохідного і тихохідного валів відносно установленої площини редуктора. Приєднувальні розміри - розміри, по яких редуктор з’єднується в приводі з електродвигуном і іншими складальними одиницями і деталями приводу робочої машини. До них відносяться: діаметри посадочних поверхонь вихідних кінців швидкохідного і тихохідного валів редуктора – dшв і dт, довжини цих посадочних поверхонь та інші елементи. Так, наприклад, вал може мати на кінці для осьової фіксації деталей різьбу під гайку або різьбовий отвір для кріплення торцевої шайби або інші елементи. В цьому випадку додатково показують всі необхідні розміри.
| C2 |
| B |
| B2 |
| lшв |
| lт |
  |
Технічні параметри редуктора. До технічних параметрів редуктора належать: передаточне число редуктора; кутові швидкості швидкохідного та тихохідного валів; К.К.Д. редуктора; крутний момент швидкохідного та тихохідного валів; потужність на швидкохідному, та тихохідному валах.
Передаточне число кожної ступені редуктора (швидкохідної та тихохідної ступені) визначають відповідно як:
; та 
; (1)
де: Uшв – передаточне відношення швидкохідної ступені; Uт – передаточне відношення тихохідної ступені; z1 – кількість зубів шестерні (першого (ведучого) зубчастого колеса); z2 – кількість зубів зубчастого колеса (другого (веденого) зубчастого колеса);
z3 - кількість зубів шестерні (третього (ведучого) зубчастого колеса); z4 - кількість зубів зубчастого колеса (четвертого (веденого) зубчастого колеса); wшв – кутова швидкість швидкохідного вала редуктора (рад/с або с-1); wт – кутова швидкість тихохідного вала редуктора (с-1); wп – кутова швидкість проміжного вала редуктора (с-1).
Передаточне число редуктора визначається як:
; (2)
де: Тшв – крутний моемнт на швидкохідному валу (Н); Тт – крутний момент на тихохідному валу (Нм); hред – коефіцієнт корисної дії редуктора.
A)
Б)
Рис.2.
В більшості випадків, частота обертання валів задана не через кутову швидкість w (с-1), а через оберти за хвилину n (об/хв або хв-1), тоді слід скористатися співвідношенням:
. (3)
Коефіцієнт корисної дії редуктора визначається як:
; (5)
де: hпер – коефіцієнт корисної дії передач, що входять в редуктор; hпідш – коефіцієнт корисної дії однієї пари підшипників hпідш=0,99; м – кількість пар підшипників кочення.
; (6)
Величину обертального момента Т (Нм) який діє на валах (тихохідному Тт, проміжному Тп, швидкохідному Тшв) можна приблизно визначити припускаючи, що вал зазнав тільки напруження кручення. Хоча насправді цілком імовірно навантаження згинальним моментом в результаті похибок при монтажі, з’єднуванні вала редуктора з валом робочої машини, застосуванні ланцюгової чи пасової передачі. Щоб врахувати можливий згинальний момент валу, обертальний момент валу (тихохідного, проміжного, швидкохідного) визначають по зниженим напруженням кручення [t] за таким співвідношенням:
; (7)
де: d - діаметр вихідного кінця валу (м) (тихохідного dт, проміжного dп, швидкохідного dшв); [t] – допустиме дотичне напруження кручення для матеріала валів (МПа).
Припускаючи, що вал може бути виготовлений із сталей марок 35, 45, ст. 5, ст.6 приймають [t]=10 (МПа). Більш точно величину обертального моменту на валу визначають з урахуванням консольного навантаження.
Потужність, яка передається валами Р (Вт) (тихохідним Рт, проміжним Рп, швидкохідним Ршв) визначається за залежністю:
(8)
де: Т - величина обертального моменту (Нм) який діє на валах, відповідно: тихохідному Тт; проміжному Тп; швидкохідному Тшв; w - кутова швидкість (с-1) валів, відповідно: тихохідного wт; проміжного wп; швидкохідного wшв.
Як перевірочний розрахунок, потужність яка передається тихохідним валом може бути розрахована за формулою:
. (9)
Конструкційні та технічні параметри редуктора відображаються (записуються) в паспорті редуктора. Згідно даного документу можна правильно обрати редуктор для певної конструкції, або замінити його на інший.
Паспорт редуктора має вигляд:
ПАСПОРТ РЕДУКТОРА
1.Тип редуктора…………………………………………………………………………………
2. Передаточне число:
а) загальне…………….………………………………………………………………
б) по ступенях……………...…………………………………………………………
3. Обертальний момент на тихохідному валу……..……………………………….…………
4. К.к.д. редуктора………………………………………………………………………………
5. Потужність на швидкохідному валу при частоті обертання nшв = 1450 об/хв………...…
6. Розміри:
а) габаритні розміри, (мм):
L =……………………………………………………………………..…………………………
B =…………………………………………………………………………………..……………
H =………………………………………………………………………………………………..
б) установні розміри, (мм) (при необхідності доповнити):
d0 = ………………………………………………………………………………………………
C1 = ………………………………………………………………………………………………
C2 =……………………………………………………………………………………………….
h = ………………………………………………………………………………………………..
в) приєднувальні розміри, (мм):
dШВ =……………………………………………………..………………………………………
dТ =…………………………………………………………………….…………………………
lШВ =………………………………………………………………………………...……………
lТ =………………………………………………………………………………………………..
7. Конструктивні особливості:
а) розташування осей валів у просторі (вертикальні, горизонтальний)……………….……
б) тип зачеплення……………………………………………………………………………….
в) число зубців зубчастих коліс………………………………………………………………..
г) способи регулювання зачеплення (якщо воно необхідне)………………………………...
д/ тип встановлених підшипників на валах:
- швидкохідний вал……………………………………………………………………………..
- проміжний вал (якщо він є)…………………………………………………………………..
- тихохідний вал………………………………………………………………………………...
е) спосіб регулювання підшипників …………………………………………………………..
є) мащення підшипників………………………………………………………………………..
ж) мащення зачеплення ………………………………………………………………………..
з) спосіб ущільнення вузлів редуктора………………………………………………………..
і) інші особливості (контроль рівня масла, вентиляція і т.д.)………………………………..
к) переваги та недоліки редуктора…………………………………………………………….
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №7
Тема: Дослідження конструкції та визначення параметрів конічного редуктора.
Мета: Вивчення будови та технічної характеристики конічного редуктора. Ознайомлення з особливостями розбирання та складання редуктора, з системою мащення редуктора.
Порядок виконання роботи
1. Оформити згідно вимог звіт по роботі, в якому подати ескіз редуктора, та дати відповіді на питання:
- призначення та область застосування конічних редукторів;
- переваги та недоліки конічної передачі;
- габаритні, установчі, приєднувальні розміри редуктора;
- конструкції конічних коліс, матеріали конічних коліс;
- геометричні параметри конічних коліс;
- з якою метою виконують регулювання підшипників? Послідовність їх регулювання;
- з якою метою виконують регулювання зачеплення? Послідовність його регулювання;
- мащення конічних передач та підшипників у редукторі;
- причини виходу із ладу конічних передач?
2. Марка редуктора обирається студентами самостійно, з довідників.