Устройство мотор-редуктора с расчетами

Мотор-редуктор подбирается по специальным инженерным расчетам. Сложных конструкторских изысканий проводить не требуется, так как используют типовые схемы расчетов с учетом нескольких основных показателей. Самые главные из них — допустимый крутящий момент на выходном валу и скорость оборотов.

Рисунок №1. Устройство червячного редуктора

Расчеты при подборе мотор-редуктора проще, чем при раздельной установке редуктора и электродвигателя. Отпадает необходимость в точном согласовании этих механических узлов. Все характеристики можно разделить на механические и электрические (требования к питанию электродвигателя).

Механическое совмещение осей мотор-редуктора и приводного механизма обеспечивается муфтой и болтовым соединением картеров. Очень удобно торцевое крепление, но этот метод подходит только для компактных моделей, например, для планетарной кинематической схемы.

Рисунок №2. Устройство планетарного редуктора

Основные кинематические схемы мотор-редукторов

Червячная. Обладает самой низкой стоимостью в пересчете на передаточное число. Только одна ступень червячного редуктора может дать передаточное число до 50-80. Двухступенчатая дает уже 50-10 000, но на практике такие редукторы нужны крайне редко.
Цилиндрическая. Самый лучший вариант для большой мощности. Именно редуктор с цилиндрическими шестернями обеспечивает наибольший КПД и срок службы. Все промышленные системы, требующие большой мощности привода, комплектуются именно цилиндрическими редукторами, например: дробилки, прокатные станы.
Планетарная. Оптимальный вариант для компактных мотор-редукторов. Планетарная кинематическая схема совмещает в себе преимущества все преимущества цилиндрической схемы, кроме низкой стоимости и простоты изготовления. Планетарные редукторы общепромышленного исполнения устанавливаются на металлообрабатывающих станках.

Есть и другие, менее распространенные схемы шестеренчатых редукторов: коническая, комбинация конической и цилиндрической (коническо-цилиндрический редуктор) и комбинация червячной и цилиндрической. Комбинированные схемы применяются в мотор-редукторах специального исполнения: привод транспортеров, сортировочных барабанов, сборочных линий.

Рисунок №3. Устройство цилиндрического редуктора

Особый вариант мотор-редуктора — волновой. Он существенно отличается от всех остальных видов тем, что зацепление осуществляется через гибкое зубчатое колесо. Такая схема пригодна для малых и средних нагрузок. Ресурс гибкого колеса небольшой, но для большинства способов применения его достаточно. Волновые редукторы могут иметь передаточное отношение такое же, как и у червячных двухступенчатых, при этом их КПД значительно выше. Их можно применять уже в достаточно нагруженных приводных системах, например, для компактных буровых станков.

Мотор-редукторы для постоянной нагрузки

Для привода машин и механизмов с продолжительным режимом работы необходимо выбирать мотор-редукторы с запасом по мощности. Самая выгодная эксплуатация будет при небольшом запасе по мощности. Если его сделать слишком значительным, то энергия будет перерасходоваться, плюс сама приводная система станет слишком дорогой.

В цилиндрических редукторах КПД одинаков при вращении в обе стороны. У червячных и конических — различается. Именно поэтому производители предлагают право- и левостороннее исполнение. Также возможен выпуск входного и выходного вала в нужные стороны. Варианты сборки указываются при заказе. Поскольку они собираются из одинаковых деталей, то стоимость тоже будет одинаковой вне зависимости от конкретного варианта сборки.

Мотор-редукторы для циклической нагрузки

Значительное число производственных механизмов работают циклически. Их нагрузка не постоянна, что дает возможность шестерням редуктора остывать. Специально для таких задач производители указывают графики продолжительности работы в зависимости от нагрузки. При подборе эти показатели обязательно учитываются.

Специализированные редукторы для прокатного оборудования

Прокатка металла требует чрезвычайно значительных усилий. Крутящий момент таких приводных систем в тысячи и десятки тысяч раз превышает аналогичный показатель, например, у автомобилей. Фактически, крутящий момент ограничен только показателем прочности металлов (около 5000 кг/см).

Если в других областях промышленности можно использовать универсальные редукторы, то для прокатного оборудования годятся только специализированные решения. Рассмотрим именно такие приводные системы прокатных станов любой мощности, производимые Электростальским Заводом Тяжелого Машиностроения (редукторы ЭЗТМ). Поскольку это очень специализированный вид продукции, он производится небольшими сериями, но для снижения себестоимости производства, требуется увеличение количества серий. Поэтому продукция популярна в более чем в 40 странах мира, включая такие металлургические гиганты, как Китай.

Приводные агрегаты линий производства бесшовных труб

Наибольшей прочностью обладают стальные горячекатаные бесшовные трубы. Такой способ производства удобен при большой толщине стенки трубы. Именно по этой технологии делаются трубы нефтегазового сортамента (трубы НКТ). Их прокатка требует значительных механических усилий. Основная клеть стана приводится от цилиндрических редукторов высокой мощности. Цилиндрическая схема является основной. Для привода вспомогательных механизмов (транспортеры, подача труб) можно использовать все остальные типы редукторов, например планетарные и червячные.

Обязательный элемент трубопрокатного стана — прошивной станок. Чтобы обеспечить прошивку нагретых стальных заготовок для труб, необходим вращательный момент 1000 кН (1 млн. Н). Прошивной стан приводится так называемым шевронным редуктором. Зубчатые венцы шестерен большого размера изготавливаются отдельно от колеса.

Редукторы для станков сортового проката

Сортовой прокат имеет большее поперечное сечение (в кв см металла), чем в трубах. В связи с этим усилие прокатки тоже требуется увеличивать. Ставится специализированный цилиндрический редуктор на каждую клеть. Чем меньше диаметр заготовки — тем меньше требуемое усилие проката, но за счет возрастания числа технологических операций на каждую тонну, стоимость не снижается (в пересчете на вес). Именно поэтому для массивных конструкций (высотные здания, мосты) стараются использовать арматуру и прокат большого сечения. Их производство возможно только на крупных прокатных станах с редукторами с моментом 1000 кН и более.

Кинематическая схема редуктора

Введение

Основная цель курсового проекта по деталям машин – приобретение студентом навыков проектирования. Работая над проектом, студент выполняет расчёты, учится рациональному выбору материалов и форм деталей, стремится обеспечить их высокую экономичность, надёжность и долговечность. Приобретённый студентом опыт является основой для выполнения им курсовых проектов по специальным дисциплинам и для дипломного проектирования, а так же всей дальнейшей конструкторской работы.

В настоящее время в Республике Беларусь отсутствует собственное производство редукторов общего использования. Между тем в республике имеется ряд разработок, которые позволили бы организовать такое производство.

При выборе типа редуктора для привода рабочего органа (устройства) необходимо учитывать множество факторов, важнейшими из которых являются: значение и характер изменения нагрузки, требуемая долговечность, надежность, КПД, масса и габаритные размеры, требования к уровню шума, стоимость изделия, эксплуатационные расходы.

Из всех видов передач зубчатые передачи имеют наименьшие габариты, массу, стоимость и потери на трение. Коэффициент потерь одной зубчатой пары при тщательном выполнении и надлежащей смазке не превышает обычно 0,01. Зубчатые передачи в сравнении с другими механическими передачами обладают большой надежностью в работе, постоянством передаточного отношения из-за отсутствия проскальзывания, возможностью применения в широком диапазоне скоростей и передаточных отношений. К недостаткам зубчатых передач могут быть отнесены требования высокой точности изготовления и шум при работе со значительными скоростями.

Косозубые колеса применяют для ответственных передач при средних и высоких скоростях. Объем их применения – свыше 30% объема применения всех цилиндрических колес в машинах; и этот процент непрерывно возрастает. Косозубые колеса с твердыми поверхностями зубьев требуют повышенной защиты от загрязнений во избежание неравномерного износа по длине контактных линий и опасности выкрашивания.

Одной из целей выполненного проекта является развитие инженерного мышления, в том числе умение использовать предшествующий опыт, моделировать используя аналоги. Для курсового проекта предпочтительны объекты, которые не только хорошо распространены и имеют большое практическое значение, но и не подвержены в обозримом будущем моральному старению.

Существуют различные типы механических передач: цилиндрические и конические, с прямыми зубьями и косозубые, гипоидные, червячные, глобоидные, одно- и многопоточные и т. д. Это рождает вопрос о выборе наиболее рационального варианта передачи. При выборе типа передачи руководствуются показателями, среди которых основными являются КПД, габаритные размеры, масса, плавность работы и вибронагруженность, технологические требования, предпочитаемое количество изделий.

При выборе типов передач, вида зацепления, механических характеристик материалов необходимо учитывать, что затраты на материалы составляют значительную часть стоимости изделия: в редукторах общего назначения – 85%, в дорожных машинах – 75%, в автомобилях – 10% и т. д.

Поиск путей снижения массы проектируемых объектов является важнейшей предпосылкой дальнейшего прогресса, необходимым условием сбережения природных ресурсов. Большая часть вырабатываемой в настоящее время энергии приходится на механические передачи, поэтому их КПД в известной степени определяет эксплуатационные расходы.

Наиболее полно требования снижения массы и габаритных размеров удовлетворяет привод с использованием электродвигателя и редуктора с внешним зацеплением.

Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых и червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи от вала двигателя к валу рабочей машины. Кинематическая схема привода может включать, помимо редуктора, открытые зубчатые передачи, цепные или ременные передачи.

Назначение редуктора – понижение угловой скорости и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим.

Редуктор состоит из корпуса, в который помещают элементы передачи – зубчатые колеса, валы, подшипники и т.д. В отдельных случаях в корпусе редуктора размещают также устройства для смазывания зацепления и подшипников или устройства охлаждения.

Редуктор проектируют либо для привода определенной машины, либо по заданной нагрузке и передаточному числу без указания конкретного назначения.

Редукторы классифицируют по следующим основным признакам: типу передачи (зубчатые, червячные или зубчато-червячные); числу ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые и т.д.); типу зубчатых колес (цилиндрические, конические и т.д.); относительному расположению валов в пространстве (горизонтальные, вертикальные); особенностям кинематической схемы (развернутая, соосная, с раздвоенной ступенью и т.д.).

Проектируемый привод состоит их двигателя, клиноременной передачи, одноступенчатого цилиндрического редуктора с косозубыми колесами.