Устройство и назначение редуктора

Цикл лекций Техническая механика (продолжнение)

4. Виды передач

Вращательное движение в машинах передается при помощи фрикционной, зубчатой, ременной, цепной и червячной передач. Будем условно называть пару, осуществляющую вращательное движение, колесами. Колесо, от которого передается вращение, принято называть ведущим, а колесо, получающее движение - ведомым.

Рисунок - Устройство передачи

Всякое вращательное движение можно измерить оборотами в минуту. Зная число оборотов в минуту ведущего колеса, мы можем определить число оборотов ведомого колеса. Число оборотов ведомого колеса зависит от соотношения диаметров соединенных колес. Если диаметры обоих колес будут одинаковы, то и колеса будут крутиться с одинаковой скоростью. Если диаметр ведомого колеса будет больше ведущего, то ведомое колесо станет крутиться медленнее, и наоборот, если его диаметр будет меньше, оно будет делать больше оборотов. Число оборотов ведомого колеса во столько раз меньше числа оборотов ведущего, во сколько раз его диаметр больше диаметра ведущего колеса.

Фрикционная передача

При фрикционной передаче вращение от одного колеса к другому передается при помощи силы трения. Оба колеса прижимаются друг к другу с некоторой силой и вследствие возникающего между ними трения вращают одно другое.

Достоинствафрикционной передачи:

· Простота изготовления тел качения;

· Равномерность вращения и бесшумность работы;

· Возможность бесступенчатого регулирования частоты вращения и включения/выключения передачи на ходу;

· За счет возможностей проскальзывания передача обладает предохранительными свойствами.

Недостатки фрикционной передачи:

· Проскальзывание, ведущее к непостоянству передаточного числа и потери энергии;

· Необходимость обеспечения прижима.

Применение:

В машиностроении чаще всего применяют бесступенчатые фрикционные передачи для бесступенчатого регулирования скорости.

Рисунок - Фрикционная передача: а - лобовая передача, б - угловая передача, в - цилиндрическая передача

Особенно приемлемы передачи цилиндрическая и лобовая. Колеса для передач можно делать деревянные. Для лучшего сцепления, рабочие поверхности колес следует "обшить" слоем мягкой резины толщиной в 2-3 мм. Резину можно или прибить мелкими гвоздиками, или приклеить клеем.

Зубчатая передача

В зубчатых передачах вращение от одного колеса к другому передается при помощи зубьев. Зубчатые колеса вращаются намного легче фрикционных. Объясняется это тем, что здесь нажима колеса на колесо совсем не требуется. Для правильного зацепления и легкой работы колес профиль зубца делают по определенной кривой, называемой эвольвентой.

Рисунок - Устройство зубчатой передачи

Шестеренчатая передача применяется не только с параллельными валами, когда используются так называемые цилиндрические шестерни, но и тогда, когда валы идут под любым углом. Такая передача под углом называется конической зубчатой передачей, а шестерни - коническими (ж).

Конические шестерни, так же как и цилиндрические, бывают со спиральным косым зубцом (з). Такие шестерни обычно применяются в автомобилях (для плавности работы). В зубчатых передачах можно применить шестерни с рейкой. Для периодического вращения может применяться шестеренчатая пара, у которой ведущая шестерня имеет неполное число зубцов.

Рисунок - Шестеренчатая передача

Ведущие шестерни встречаются и с одним зубцом. Такие передачи очень часто применялись в счетных механизмах. Ведущая шестерня имеет один зубец, а ведомая - десять, и, таким образом, за один оборот ведущей шестерни ведомая повернется всего на одну десятую оборота. Чтобы повернуть ведомую шестерню на один оборот, ведущая должна сделать десять оборотов.

Рисунок - Виды шестеренчатых передач: а - шестерня с одним зубом, б - мальтийский крест

Достоинства:

· Значительно меньшие габариты, чем у других передач;

· Высокий кпд (потери в точных, хорошо смазываемых передачах 1-2%);

· Большая долговечность и надёжность.

Недостатки:

· Шум при работе;

· Необходимость точного изготовления.

Применение: Наиболее распространённый вид механических передач. Их применяют для передачи мощностей - от ничтожно малых до десятков тысяч кВт.

К разобранному типу передач можно отнести и так называемое мальтийское зацепление, или мальтийский крест (б). Механизм мальтийского креста применяется для периодического вращения.

Ременная передача

Ременная передача, как и шестеренчатая, встречается очень часто. Ремень, натянутый на шкивы, охватывает какую-то их часть. Эта облегающая часть (дуга) носит, название угла обхвата. Чем больше будет угол обхвата, тем лучше образуется сцепление, лучше и надежнее будет вращение шкивов. При малом угле обхвата может получиться так, что ремень на малом шкиве станет проскальзывать, вращение будет передаваться плохо или его совсем не будет. Угол обхвата зависит от соотношения размеров шкивов и их расстояния друг от друга. На рисунках (а, б) показано, как меняются углы обхвата. Когда требуется увеличить угол обхвата, у передачи ставят нажимной шкив-ролик (в).

Рисунок - Виды ременных передач

В зависимости от расположения валов и ремня ременная передача бывает разных видов:

Открытая передача (г). Оба шкива при такой передаче вращаются в одну сторону.

Перекрестная передача (д). Такую передачу применяют, когда требуется изменить вращение ведомого шкива. Шкивы вращаются навстречу друг другу.

Полуперекрестная передача (е) применяется, когда валы лежат не параллельно, а под углом.

Угловая передача (ж) образуется, когда валы идут под углом, но лежат как бы в одной плоскости. При этой передаче для получения надлежащего направления ремня обязательно устанавливают ролики.

Спаренная передача (з). При этой передаче с одного ведущего шкива могут идти ремни на несколько ведомых шкивов.

Ступенчатая передача (и). Она применяется тогда, когда требуется изменять число оборотов ведомого вала. Оба шкива в этой передаче делаются ступенчатыми. Переставляя ремень на ту или иную пару ступеней, меняют число оборотов ведомого вала. При этом длина ремня остается неизменной.

По своему профилю ремни бывают плоские, круглые и трапецеидальные (к, л, м).

Передаточное число ременных передач берется в пределах 1:4, 1:5 и только в исключительном случае - до 1:8.

При расчете ременной передачи учитывается скольжение ремня по шкивам. Это проскальзывание выражается в пределах 2-3%. Чтобы получить нужные обороты, диаметр ведомого шкива уменьшают в этих же пределах.

Шкивы можно cделать из фанеры или легких металлов.

Достоинства:

· Простота конструкции;

· Возможность расположения ведущего и ведомого шкивов на больших расстояниях (более 15 метров);

· Плавность и бесшумность работы;

· Предохранение механизмов от перегрузки за счёт упругих свойств ремня и его способности проскальзывать по шкивам;

· Возможность работы с большими угловыми скоростями.

Недостатки:

· Постепенное вытягивание ремней, их недолговечность (при больших скоростях работает от 1000 до 5000 часов);

· Непостоянство передаточного отношения (из-за неизбежного проскальзывания ремня);

· Относительно большие размеры.

Применение: Используется очень часто, от бытовой электроники до промышленных механизмов мощностью до 50 кВт.

Червячная передача

Червячная передача служит для получения вращения между валами, пересекающимися в одной плоскости. Передача состоит из винта (червяка) и винтового колеса, которые находятся в зацеплении. При вращении червяка витки ведут зубцы колеса и заставляют его вращаться. Обычно вращение от червяка передается колесу. Обратная передача почти не встречается из-за самоторможения.

Рисунок - Виды червячных передач

Применяется чаще всего при больших передаточных числах в пределах от 5 до 300. Благодаря большому передаточному числу червячная передача широко применяется в качестве механизма для снижения числа оборотов - редуктора.

Редукторы можно сделать по-разному. У одних червяк делается из обыкновенного крепежного винта, у других он изготовляется навивкой на стержень в виде пружины проволоки или узкой медной полоски (на ребро). Для прочности витки к стержню следует припаивать. Червячные шестерни подбирают от ненужного часового механизма. Но их можно сделать и самим: нарезать напильником из латунного или дюралевого диска.

При изготовлении редукторов нужно следить за тем, чтобы винт и шестерня при вращении не имели бы осевого смещения. В быстроходных редукторах его валы следует устанавливать на подшипниках.

Достоинства:

· Плавность и бесшумность работы;

· Большое передаточное число.

Недостатки:

· Усиленное тепловыделение;

· Повышенный износ;

· Склонность к заеданию;

· Сравнительно низкий кпд.

Применение: Преимущественно используется, когда требуется большое передаточное число.

Цепная передача

Цепная передача по сравнению с ременной удобна тем, что не дает проскальзывания и позволяет соблюдать правильность передаточного числа. Цепная передача осуществляется только при параллельных валах.

Рисунок - Виды цепных передач: а - пластинчатая роликовая цепь, б - бесшумная цепь

Основной величиной цепной передачи является шаг. Шагом считается расстояние между осями роликов у цепи или расстояние между зубцами звездочки.

Кроме роликовых цепей, в машинах широко применяются еще зубчатые, так называемые бесшумные цепи. Звездочка такой передачи похожа на шестерню. Зубчатые цепи могут работать на больших скоростях.

Допустимое передаточное число цепных передач может быть до 1:15. Самое малое число зубцов у звездочек берут: у роликовых цепей - 9, а у зубчатых - 13-15. Расстояние между осями звездочек принимают не менее полуторного диаметра большой звездочки.

Цепь надевается на звездочки не туго, как ремни, а с некоторым провисанием. Для регулирования натяжения применяется натяжной ролик. Число оборотов ведомой звездочки зависит от соотношения зубцов на обеих звездочках.

Достоинства:

· Меньшая чувствительность к неточностям расположения валов;

· Возможность передачи движения одной цепью нескольким звездочкам;

· Возможность передачи вращательного движения на большие расстояния.

Недостатки:

· Повышенный шум и износ цепи при неправильном выборе конструкции, небрежном монтаже и плохом уходе.

Применение: При межосевых расстояниях, при которых зубчатые передачи требуют промежуточных ступеней или паразитных зубчатых колес, не вызываемых необходимостью получения нужного передаточного отношения; при необходимости работы без проскальзывания (препятствующего применению клиноременных передач).

Храповые механизмы

Кроме непрерывного вращательного движения, в машинах очень часто применяется прерывистое вращательное движение. Такое движение осуществляется при помощи так называемого храпового механизма. Основными частями храпового механизма являются: храповик (диск с зубцами), рычаг и собачка. Зубцы храповика имеют особую форму. Одна сторона у них сделана пологой, а другая отвесной или несколько поднутренной. Храповик насажен на вал неподвижно. Рычаг же, сидящий рядом с храповиком, может свободно качаться. На рычаге имеется собачка, которая одним концом лежит на храповике. С помощью шатуна или тяги от того или иного ведущего механизма рычаг приходит в качательное движение. При отклонении рычага влево собачка скользит свободно по пологому склону зубцов, не поворачивая храповик. При отходе вправо собачка упирается в уступ зубца и поворачивает храповик на некоторый угол. Так, непрерывно качаясь в ту и другую сторону, рычаг с собачкой приводит храповик с валом в периодическое вращательное движение. Для надежного прилегания собачки к храповику собачка снабжается нажимной пружиной.

Рисунок - Виды храповых механизмов

Но чаще бывает другое назначение храпового механизма - предохранения вала с храповиком от проворачивания. Так, у лебедки при подъеме груза храповик с собачкой не дают барабану провертываться обратно.

Таблица - Обозначение видов передач на схемах:

5. Типы и назначение редукторов

Свое название редуктор получил от латинского слова reductor, что означает «возвращаю обратно». Это и есть основной принцип действия редуктора, который представляет собой сложное механическое устройство, состоящее из одной или нескольких передач зубчатого или червячного типа. Назначение редуктора состоит в том, что при помощи этих передач любое вращение преобразуется и изменяет угловые скорости.

Редукторы входят в системы приводных механизмов. Область применения у редукторов обширна: ни один механизм, который имеет узлы вращения, не обходится без них. Все двигатели, будь то электродвигатели или двигатели внутреннего сгорания, обязательно имеют редукторы разных типов. В редукторе имеется одна или несколько систем передач с зацеплением и постоянным передаточным числом. Именно от типа этих передач зависит тип редуктора.

Классификация редукторов

Редукторы по типам передач бывают конические, цилиндрические, волновые, планетарные – это зубчатые типы передач, а также червячного типа.

Кроме того они могут быть одноступенчатыми, двухступенчатыми и трехступенчатыми системами. При этом в двухступенчатых и трехступенчатых редукторах могут применяться разные типы передач.

Типы редукторов по конструктивному исполнению.

по такому принципу делятся: механические и мотор-редукторы.

Механические редукторы представляют собой просто механические передачи, а мотор-редукторы - это совмещенные в одном корпусе редуктор и электродвигатель.

По типу расположения в пространстве редукторы делятся на горизонтальные и вертикальные. Используются как с моно-передачей, так и с совмещением передач нескольких типов.

Устройство и назначение редуктора

Редуктор представляет собой корпус, в который помещены все элементы передачи – валы, зубчатые колеса, подшипники и остальное. Иногда в корпусе редуктора расположены устройства, которые служат для смазки зацепления и подшипников (к примеру, в корпус редуктора может быть размещен шестеренный масляный насос) или охлаждающие устройства (к примеру, змеевик с водой в корпусе червячного двухступенчатого редуктора).

Таблица - Классификация редукторов в зависимости от вида передач и числа ступеней

Принцип работы редукторов

Так как в основе работы редуктора лежит передача и преобразование крутящего момента, основной характеристикой механических редукторов является тип механической передачи, которая в них используется.

Типы передач в редукторах:

 Цилиндрическая зубчатая передача – один из самых надежных и долговечных типов передач, обеспечивающий высокий ресурс использования. Как правило, применяется в редукторах с особо сложным режимом работы. Этот тип передач подразделяется на прямозубные передачи, косозубчатые и шевронные

передачи;

· Коническая зубчатая передача – в отличие от предыдущей имеет оси входных и выходных валов, которые пересекаются друг с другом. Роторы с такой передачей используются когда необходимо изменить направление передаваемой кинетической энергии;

· Червячная передача – это механическая передача от винта («червяка») к зубчатому колесу. Имеют достаточно высокое передаточное отношение и относительно низкое КПД. Бывают однозаходные и многозаходные;

· Гипоидная передача (спироидная) – использует для передачи конические колёса со скрещивающимися осями (колеса могут иметь косые или криволинейные зубья). Такой тип передачи отличается низким шумом работы, плавностью хода и высокой нагрузочной способностью;

· Цепная передача – как понятно из названия, использует гибкую цепь для передачи механической энергии. Состоит из двух звёздочек (ведущей и ведомой) и цепи, состоящей, в свою очередь, из подвижных звеньев. Это один из самых универсальных, простых и экономичных типов передач;

· Ремённая передача – передача энергии при помощи гибкого ремня за счет силы трения или сил зацепления (в случае с зубчатыми ремнями). Состоит из ведущего и ведомого шкивов, а также приводного ремня. К преимуществам можно отнести недорогую стоимость, бесшумность и плавность работы, а также легкий монтаж и компенсацию перегрузок за счет проскальзывания;

· Винтовая передача – преобразует поступательное движение во вращательное, и наоборот. Как правило, представляет собой конструкцию, состоящую из винта и гайки. Бывает передача качения и скольжения. Эта передача чаще используется не для перемещения, а для закрепления. Применяется в регулировочных винтах, приводах исполнительных органов механизмов, различных инструментах;

· Волновая передача – относительно новый тип передач, характеризующийся очень высоким передаточным отношением. Работает за счёт генерирования волн на гибком колесе, оснащенным меньшим количеством зубьев чем жесткое колесо, и смещения колесо относительно друг друга на разницу зубьев за один оборот. Среди достоинств – малый вес, высокая кинематическая точность, способность передачи момента через герметичные стенки.

Число ступеней редуктора

Как правило, редукторы, состоящие только из одной передачи, встречаются крайне редко. Такой тип редукторов называется одноступенчатым. Куда больше распространение получили двух-трех и многоступенчатые редукторы, причем в таких редукторах могут встречаться как передачи одного типа, так и несколько различных передач, комбинированных между собой. Общее передаточное отношение редуктора напрямую зависит от типа используемой передачи и количества ступеней. В некоторых механизмах количество ступеней может до десятков и сотен тысяч.

Валы редуктора

Таблица - Ресурс передач, валов и подшипников редукторов