Кинематическая схема червячного редуктора

Одноступенчатые цилиндрические редукторы

Из редукторов рассматриваемого типа наиболее распространены горизонтальные (рис. 2.1). Вертикальный одноступенчатый редуктор показан на рис. 2.2. Как горизонтальные, так и вертикальные редукторы могут иметь колеса с прямыми, косыми или шевронными зубьями. Корпуса чаще выполняют литыми чугунными, реже — сварными стальными. При серийном производстве целесообразно применять литые корпуса. Валы монтируют на подшипниках качения или скольжения. Последние обычно применяют в тяжелых редукторах.

Рис. 2.1. Одноступенчатый горизонтальный редуктор с цилиндрическими зубчатыми колесами:

а — кинематическая схема; б — общий вид редуктора с косозубыми колесами

Максимальное передаточное число одноступенчатого цилиндрического редуктора по ГОСТ2185—66мтах= 12,5. Высота одноступенчатого редуктора с таким или близким к нему передаточным числом больше, чем двухступенчатого с тем же значением и (рис. 2.3). Поэтому практически редукторы с передаточными числами, близкими к максимальным, применяют редко, ограничиваясь значениями и

Рис. 2.4. Одноступенчатый редуктор с коническими зубчатыми колесами:

а — кинематическая схема; б — общий вид

Рис. 2.5. Одноступенчатый конический редуктор с вертикальным ведомым валом:

а — кинематическая схема; б — общий вид

Передаточное число и одноступенчатых конических редукторов с прямозубыми колесами, как правило, не выше трех; в редких случаях и = 4. При косых или криволинейных зубьях и = 5 (в виде исключения и = 6,30).

У редукторов с коническими прямозубыми колесами допускаемая окружная скорость (по делительной окружности среднего диаметра) v [1] , так как силы, возникающие в зацеплении колес тихоходной ступени, значительно больше, чем в быстроходной, а межосевые расстояния ступеней одинаковы (aw = ан ). Указанное обстоятельство является одним из основных недостатков соосных редукторов. Кроме того, к их недостаткам относят также:

  • а) большие габариты в направлении геометрических осей валов по сравнению с редукторами, выполненными по развернутой схеме;
  • б) затруднительность смазывания подшипников, расположенных в средней части корпуса;
  • в) большое расстояние между опорами промежуточного вала, поэтому требуется увеличить его диаметр для обеспечения достаточной прочности и жесткости.

Очевидно, применение соосных редукторов ограничивается случаями, когда нет необходимости иметь два выходных конца быстроходного или тихоходного вала, а совпадение геометрических осей входного и выходного валов удобно при намеченной общей компоновке привода.

В отношении типа зубьев и подшипников в двухступенчатых редукторах справедливо сказанное относительно одноступенчатых цилиндрических редукторов; часто быстроходную ступень выполняют косозубой, а тихоходную — прямозубой (это относится как к соосным, так и к несоосным редукторам).

Редуктор с раздвоенной быстроходной ступенью, имеющий косозубые колеса, показан на рис. 2.8. Тихоходная ступень при этом может иметь либо шевронные колеса, либо прямозубые (рис. 2.8, б). Кинематическая схема и общий вид редуктора с раздвоенной тихоходной ступенью показаны на рис. 2.9.

Рис. 2.8. Двухступенчатый горизонтальный редуктор с раздвоенной первой (быстроходной) ступенью:

а — кинематическая схема; б — общий вид (без крышки)

Рис. 2.9. Двухступенчатый горизонтальный редуктор с раздвоенной второй (тихоходной) ступенью:

а — кинематическая схема; б — общий вид (без крышки)

При раздвоенной быстроходной (или тихоходной) ступени колеса расположены симметрично относительно опор, что приводит к меньшей концентрации нагрузки по длине зубьев, чем при применении обычной развернутой или соосной схемы. Это позволяет иметь в рассматриваемом случае менее жесткие валы. Быстроходный вал редуктора, показанного на рис. 2.8, б, должен иметь свободу осевого перемещения («плавающий» вал), что обеспечивается соответствующей конструкцией подшипниковых узлов; в редукторе с шевронными тихоходными колесами свободу осевого перемещения должен иметь и тихоходный вал. При соблюдении указанного условия нагрузка распределяется поровну между параллельно работающими парами зубчатых колес.

Схемы вертикальных цилиндрических двухступенчатых редукторов приведены на рис. 2.10.

Рис. 2.10. Кинематические схемы

двухступенчатых цилиндрических вертикальных редукторов:

а — выполненного по развернутой схеме (трехосного); б — соосного

Двухступенчатые цилиндрические редукторы обычно применяют в широком диапазоне передаточных чисел: по ГОСТ 2185—66 и = 6,3-^63. Крупные двухступенчатые цилиндрические редукторы, выпускаемые НКМЗ, имеют и = 7,33-^44,02.

От целесообразной разбивки общего передаточного числа двухступенчатого редуктора по его отдельным ступеням в значительной степени зависят габариты редуктора, удобство смазывания каждой ступени, рациональность конструкции, корпуса и удобство компоновки всех элементов передач. Дать рекомендации разбивки передаточного числа, удовлетворяющие всем указанным требованиям, невозможно, и поэтому все рекомендации следует рассматривать как ориентировочные.

Ниже приведена разбивка передаточных чисел для некоторых двухступенчатых редукторов, выпускаемых НКМЗ.

Передача вращения и усилия зачастую проводится при помощи специальных механизмов, которые стали называть редуктором. Подобное изделие представлено сочетанием нескольких элементов, которые при взаимодействии проводят повышение или понижение передаточного числа, изменение скорости вращения и перенаправления усилия. Довольно большое распространение получил червячный редуктор. Он характеризуется определенными характеристиками, которые должны учитываться. Рассмотрим особенности подобного механизма подробнее.

Читайте также:  Металлоискатель соха своими руками

Устройство и принцип работы

Классический редуктор представлен сочетанием различных элементов, которые при взаимодействии обеспечивают передачу усилия. Принцип работы червячного редуктора связан с особенностями основного элемента, в качестве которого выступает червеобразный ведущий винт. Именно он определяет название устройства. Кроме этого, классический вариант исполнения представлен сочетанием следующих элементов:

  1. Шестерня имеет цилиндрическую форму, на поверхности которой есть зубья. Она получила весьма широкое распространение, находится в непосредственном соединении с червяком.
  2. Для крепления шестерни применяется вал. Он расположен под прямым углом относительно червяка.
  3. Все элементы расположены в корпусе, который часто изготавливается из чугуна. Для того чтобы можно было провести обслуживание корпус делается составным, нижняя часть выступает в качестве фиксирующего элемента.
  4. Соединение двух элементов корпуса и фиксация других деталей проводится при применении различных уплотнительных элементов. Их применение можно связать с тем, что в корпусе находится масло, которое разбрасывается на момент работы для обеспечения требуемого охлаждения и снижения степени износа.
  5. Вращение вала обеспечивается за счет установки подшипников самых различных типов. Этой детали уделяется довольно много внимания, так как на момент службы устройства именно они часто выходят из строя.

Кинематическая схема определяет возможность передач низкого крутящего момента с высокой скоростью вращения входного вала.

При этом на выходе происходит понижение количества оборотов и повышение усилия. Кроме этого, редуктора червячные технические характеристики могут иметь следующие:

  1. Выделяют тихоходные и быстроходные варианты исполнения. При этом в случае небольшой скорости вращения червяк устанавливается снизу, при большой – сверху. Тихоходный вал должен смазываться соответствующим образом, так как в противном случае он не прослужит долго.
  2. Если вращение основных деталей происходит при большой скорости, то масло должно подаваться под большим давлением. Низководная червячная пара может смазываться без давления при естественной циркуляции масла.

Сегодня корпус редуктора в большинстве случаев изготавливается при применении чугуна, так как этот материал выдерживает существенное воздействие окружающей среды. Передаточное число червячного редуктора зависит от размеров механизма. Чертеж устройства можно встретить в интернете, кроме этого его созданием занимается инженер с соответствующей подготовкой.

При выборе рассматриваемого механизма учитываются самые различные параметры, но передаточное отношение червячного редуктора можно считать наиболее важным параметром.

Классификация червячных редукторов

Могут устанавливаться самые различные типы червячных редукторов, все зависит от области применения механизма. Основная классификация выглядит следующим образом:

  1. Материал деталей может быть самым различным, в большинстве случаев внутренние детали изготавливаются из углеродистой стали. Корпус часто представлен чугунной емкостью со специальными выемками для фиксации подшипников, вала и других элементов.
  2. Разное число заходов также можно назвать основным критерием классификации.
  3. Направление резьбы червячного вала также является одним из признаков, по которым проводят классификацию.
  4. Профиль резьбы.
  5. Тип применяемого винта.

Редуктор червячный одноступенчатый получил весьма широкое распространение на сегодняшний день. Это связано с тем, что он маленький и может применяться для передачи большого усилия. При необходимости можно установить редуктор червячный двухступенчатый, который может не только изменять параметры передаваемого усилия, но и регулировать их в небольшом диапазоне.

Достоинства и недостатки

У рассматриваемого механизма есть довольно большое количество преимуществ и недостатков, которые должны учитываться. Проводимые тесты позволяют определить мощность. К плюсам отнесем следующее:

  1. Высокое передаточное число. Сегодня червячный редуктор может передавать крутящий момент в соотношении до 1000/1. Другие технические решения не позволяют реализовать подобные эксплуатационные характеристики. Не многие устройства могут передавать вращение с подобным передаточным числом.
  2. Компактность. Как ранее было отмечено, одноступенчатый вариант исполнения имеет небольшие размеры. Именно поэтому механизм соединяется с другими в одну конструкцию. В большинстве случаев проводится установка червячной конструкции в случае, когда в приоритете именно компактность.
  3. Бесшумность. При работе редукторов есть вероятность возникновения сильного шума, который создает трудности. Рассматриваемый вариант исполнения лишен подобного недостатка.
  4. Плавность хода. В некоторых случаях при передаче вращения нужно обеспечить высокую плавность хода. При этом некоторые конструкции могут проводить самоторможение при необходимости.
  5. Отсутствие обратного хода можно назвать еще одним важным преимуществом конструкции. При передаточном показателе 35/1 отсутствует эффект обратного хода, так как ведомое колесо нельзя провернуть.
  6. Ремонтопригодность. Сегодня можно найти специальный комплект для восстановления редуктора. Ремонтопригодность позволяет на месте провести требуемую работу.

Однако, есть и несколько существенных недостатков, которые должны учитываться. Примером назовем следующее:

  1. Низкий КПД. КПД червячного редуктора намного меньше в сравнении с другими конструкциями. Именно поэтому в случае, когда не нужно обеспечивать плавность хода и бесшумность червячный редуктор не устанавливается по причине экономических соображений. Снижение показателя КПД прежде всего можно связать с тем, что червяк перенаправляет усилие. Потери могут составлять около 30% и более процентов.
  2. Нагрев также можно назвать существенным недостатком. Устройство должно находится постоянно в смазанном состоянии, так как происходит существенный нагрев при трении подвижных элементов. Слишком высокая температура становится причиной, по которой металл теряет свои основные характеристики Примером можно назвать твердость и износостойкость поверхности.
  3. Нет возможности применять для передачи большого усилия. Как показывает практика, червячный редуктор устанавливается только в случае необходимости передачи крутящего момента на более 15 кВт.
  4. Между валами наблюдается люфт. Даже вначале эксплуатации есть небольшой люфт, который со временем существенно увеличивается. Именно поэтому устройство не может прослужить в течение длительного периода.
  5. Наблюдается сильный износ зубьев. При этом восстановить детали не получается, проводится их полная замена, за счет чего повышаются расходы.
Читайте также:  Как называется механическое свойство определяющее способность металла

Выбор наиболее подходящего редуктора проводится с учетом достоинств и недостатков рассматриваемого механизма.

Профессионалы не рекомендуют проводить установку червячного редуктора в случае, когда нужно передавать усилие более 200 кВт.

При показателе от 60 до 200 кВт конструкция должна обеспечивать принудительную подачу масла, которое требуется для охлаждения и смазывания.

Применение устройства

Червячный редуктор малогабаритный встречается в самых различных сферах. Примером можно назвать подъемники, конвейеры, насосы, мешалки, приводы ворот и многое другое. Кроме этого, установка механизма проводится в том случае, когда требуется механизм с невысокой стоимостью. Среди особенностей выбора отметим следующее:

  1. Если передаточное число должно быть больше 25, а также не требуется свойство самоторможения, то рекомендуется отдавать предпочтение цилиндро-червяные механизмы. Это связано с более высоким показателем КПД в сравнении с другим вариантами исполнения, за счет чего увеличивается ресурс работы и снижаются затраты на электроэнергию.
  2. Запрещается проводить установку устройства в случае возникновения на момент эксплуатации ударной нагрузки. Это связано с тем, что длительная эксплуатация при ударных нагрузках может привести к сильному нагреву устройства и это существенно снизит рабочий ресурс. Известны случаи, когда при передаче усилия 4 кВт масло в корпусе практически закипало.
  3. Устройство должно устанавливаться исключительно в горизонтальном положении. В противном случае есть вероятность того, что на момент эксплуатации масло будет вытекать через отверстия. Есть варианты исполнения, которые предназначены для вертикальной установки, все зависит от определенных условий эксплуатации.
  4. Запрещается применять устройство при создании системы позиционирования. Как ранее было отмечено, устройство имеет люфт, который негативно отражается на точности.
  5. При установке механизма уделяется внимание тому, что оно обладает свойством самоторможения. Именно поэтому редуктор не устанавливается в случае, если приходится управлять устройство вручную при определенных условиях эксплуатации.

Специалисты рекомендуют перед тем как запустить новое устройство провести его обкатку в холодном режиме. При этом нужно добавить должное количество масла, после чего устройство работает в течение 15-20 часов.

Изготовить рассматриваемое изделие своим руками практически невозможно.

Это можно связать со следующими моментами:

  1. Расчет должен проводить исключительно профессиональный инженер, обладающий соответствующим опытом.
  2. После создания проекта, что предусматривает выполнение определенных расчетов и отображение чертежа, проводится непосредственное производство основных элементов. Все применяемые материалы должны быть надлежащего качества, так как в противном случае конструкция не сможет прослужить в течение длительного периода.
  3. Получив все необходимое проводится непосредственная сборка. Подобная работа также должна выполняться специалистом, так как все элементы должны идеально подходить друг к другу.

В целом, можно сказать, что сегодня устанавливаются исключительно покупные варианты исполнения, так как самодельные не могут прослужить в течение длительного периода и не обладают требуемыми эксплуатационными свойствами.

В заключение отметим, что червячный редуктор может быть отремонтирован своими руками, для работы не нужно обладать особыми навыками. Часть общего картера, в котором находятся основные элементы, зачастую можно снять. Перед непосредственным ремонтом проводится выливание масла в специальную емкость, после чего оно заменяется. Рабочая пара всегда подвергается полной замене, так как износ одного становится причиной повышенного износа другого. При незначительном зазоре проводится использование специальных вкладышей, за счет которых проводится смещение цилиндрического колеса и червяка.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Продолжительность работы – 4 часа

Цель работы:Ознакомиться с конструкцией червячных редукторов, червячных колес и червяков.

Принадлежности:

1 Модель червячного редуктора

2 Линейка измерительная

3 Рулетка измерительная

4 Ключи гаечные

Правила техники безопасности:

1 Нельзя работать неисправным ключом или ключом несоответствующего размера

2 Снятые детали редуктора надо класть на стол так, чтобы они не могли упасть от случайного толчка

3 Нельзя подкладывать пальцы под вал колеса и крышку редуктора при их установке

Общие положения:

Червячный редуктор – это механизм, служащий для понижения угловой скорости и увеличения вращающего момента и состоящий из одной или нескольких червячных передач, смонтированных в закры­том корпусе.

Рисунок 1 – Одноступенчатый червячный редуктор

Червячная передача состоит из червяка (1)(рис.1), короткого винта с трапецеидальной или близкой к ней резьбой и червячного колеса (2) с косыми зубьями дугообразной формы. Она применяется для передачи вращательного движения между валами с перекрещива­ющимися осями.

Читайте также:  Как настроить домофон на свою квартиру

Корпус редуктора с целью облегчения сборки изготовлен в виде разъемной коробки. Он состоит из нижней части (3), называемой собственно корпусом (основанием) и верхней (4) крышки. Разъ­ем выполнен горизонтальным. Корпус и крышка соединяются болтами (5). В верхней части корпуса имеется окно (люк) (6), через которое заливается масло и производится наблюдение за состоянием колеса и червяка. Оно закрывается крышкой (7), имеющей отдушину (8), предназначенную для исключения избыточного давления внутри корпуса по отношению к корпусному, возможного вследствие нагрева редуктора. При отсутствии отдушины, нагретый воздух при эксплуатации редуктора выдавливался бы вместе с маслом через уплотнения, и на корпусе образовались бы масляные подтеки.

Опорами валов (9) и (10) редуктора являются подшипники качения (11). Назначения опор – удерживать вращающиеся детали в нужном для правильной работы взаимном положении.

В зависимости от того, как расположен червяк по отношению к колесу различают редукторы:

– с нижним – при окружной скорости червяка V1 до 4..5м/с (рис .2а);

– с верхним – при V1 = 5м/с (рис.2б);

– с боковым расположением червяка (рис.2в, г).

Рисунок 2 – Схемы одноступенчатых червячных редукторов

Одноступенчатые редукторы находят применение в диапазоне передаточных чисел ί =8…6З.

В зависимости от формы внешней поверхности червяка передачи бывают с цилиндрическими (рис. З а, 6, в) глобоидными (рис. З г) типами червяков.

а – архимедов; б – конволютный; в – эвольвентный;

Рисунок 3 – Основные типы червяков

Червяки в большинстве случаев выполняют как одно целое с валом из сталей: среднеуглеродистой марок 40, 46, 50, легированных 40Х, 40ХН с поверхностной или объемной закалкой до твердости 45…50НРСа. Наилучшую стойкость передачи обеспечивают червяки из цементированных сталей (20х, 18ХГТ), имеющих твердость после закалки 58. 53НРСа. Зубчатые колеса изготавливают как цельные (из чугуна) так и составные (центр стальной или чугунный, венец – бронзовый).

Выбор марки материала венца зависит ох скорости скольжения витков червяка по зубьям колеса и длительности работы. При V = 6. 25м/с и длительной работе рекомендуются оловянные бронзы БрОДОЫ. При V =З. 6м/с – алюминиево-железистые бронзы БрА10)К4Н411. При V = 2м/с червячные колеса можно изготавливать из серых чугунов марок С4 15, СЧ 18-36. 5.

Последовательность выполнения работы:

1) Ознакомиться с техникой безопасности и теоретическими сведениями, изложенными в методических указаниях.

2) Сделать эскиз предложенного редуктора, проставить обозначения: расстояние от основания редуктора до верхней точки вала колеса (В) и червяка (Б), диаметр вала колеса dв2 и червяка dв1

3) Разобрать редуктор:

а) отвернуть винт, снять крышку

б) вынуть червячное колесо с валом и подшипниками

в) вынуть червяк с подшипниками

4) Ознакомиться с конструкцией червяка и червячного колеса

5) Сделать их эскизы и снять следующие параметры:

–число заходов червяка Z1

–число зубьев колеса Z2

–шаг червячного зацепления Рх(Рt), мм; (рис.3)

–диаметр вершины червяка da1 ; (рис.З)

– диаметр вершины колеса в среднем сечения da2

–длина нарезной части червяка в1 (рис.З)

–наибольший диаметр колеса dam2 (рис.1)

6) Подсчитать межосевое расстояние по формуле:

(1)

Полученное значение сравнить с табличным (табл.1).

7) Определить осевой модуль mx и коэффициент диаметра червяка q, и округлить до ближайших стандартных значений:

(2)

(3)

d1–делительный диаметр червяка

ha– коэффициент высоты головки (ha=1, реже 0,8)

Таблица 1 – Стандартные значения mx , q, dw

mx 2,5 3,25 (3) 6,3 (6) 12,5
q 12,5 1 ряд
7,1 11,2 2 ряд
3 ряд
dw

8) Определить передаточное число:

(5)

9) Результаты измерений и вычислений свести в таблицу 2

10) Собрать редуктор

11) Убрать рабочее место

Таблица 2 – Характеристика зацепления

Параметры зацепления Обозначение, размерность Формула Значение параметров Примечания
Расстояние от основания редуктора до верхней точки вала колеса В, мм.
Расстояние от основания редуктора до верхней точки вала червяка Б, мм
Межосевое расстояние dW , мм
Число заходов червяка Z1
Число зубьев колеса Z2
Шаг червячного зацепления Px, мм
Диаметр вала колеса dв1, мм
Диаметр вала червяка dв2, мм
Диаметр вершин червяка da1, мм
Диаметр вершин в среднем сечении da2, мм
Наибольший диаметр колеса dam2, мм
Ширина колеса в2, мм
Длина нарезной части червяка в1, мм
Осевой модуль зацепления m, мм
Делительный диаметр червяка d1, мм
Коэффициент диаметра червяка q
Передаточное число ί

Контрольные вопросы:

1 Что такое редуктор? Каково его назначение?

1. Область применения червячных передач.

2. Из чего состоят червячные передачи?

3. Классификация червячных передач.

4. Классификация червяков.

5. Из какого материала изготовлен червяк?

6. Достоинства червяков.

7. Недостатки червяков.

8. Конструкции червячного колеса.

10. Из какого материала делают червячное колесо?

11. Отличие червячных колес.

12. Почему из мягких материалов изготавливают венец червячного колеса?

13. Какое передаточное число у червячной передачи?

14. Что такое «заходы» червяка?

Сколько заходов бывает у червяка?

16. На каких поверхностях нарезают червяки?

Ссылка на основную публикацию