Модернизация типовых редукторов.

Совершенствование стандартных редукторов — второе важное направление в работе российских предприятий - редукторостроителей. Модернизация на основе новейших технологий и инженерно-научных изысканий повышает конкурентоспособность отечественных изделий, а российским потребителям она позволяет быстро и с минимальными затратами обновить технологическое оборудование. Замена вышедших из строя стандартных редукторов на модернизированные дает предприятиям экономию средств, в несколько раз превышающую стоимость самого редуктора. В модернизации стандартных редукторов одним из основных является принцип конструктивной преемственности. Это значит, что конструкции модернизированных редукторов (мотор-редукторов) построены на базе прежних, ранее применявшихся изделий или предусматривают сохранение всех присоединительных размеров, что позволяет потребителям без каких-либо дополнительных затрат перейти к использованию усовершенствованных конструкций вместо типовых.

Питерский НТЦ «Редуктор» одним из первых модернизировал серийные редукторы и мотор-редукторы типа 3МП, МЦ2С, 2Ч, Ч2, МЧ, ЦЧ, МЦЧ и др. Отличия модернизированных редукторов и мотор-редукторов от стандартных заключаются в конструктивных особенностях зубьев передач и в технологии их изготовления. Кроме того, модернизированные редукторы и мотор-редукторы отличаются числом заходов червяка и числом зубьев колеса, размером и расположением начального пятна контакта, твердостью зубьев колес и др. Эти отличия обеспечивают им повышенные эксплуатационные свойства, надежность и экономичность. В результате долговечность модернизированных редукторов и мотор-редукторов при одинаковых нагрузках увеличилась в 1,6-3 раза. Они способны воспринимать повышенные в 1,4–2 раза нагрузки при одновременной повышенной сопротивляемости износу и КПД (для червячных редукторов и мотор-редукторов). Способность воспринимать повышенные нагрузки предотвращает возникновение аварийных ситуаций, связанных с поломками редукторов. А повышенный ресурс эксплуатации дает экономию, в несколько раз превышающую стоимость самого редуктора. Модернизацией серийных редукторов и мотор-редукторов типа 3МП, МЦ2С, 2Ч, Ч2, МЧ, ЦЧ, МЦЧ и др. занимается и московский НТЦ «Приводная техника». При сохранении всех присоединительных и габаритных размеров модернизированные редукторы и мотор-редукторы этого предприятия характеризуются увеличенным в 1,6–2 раза ресурсом эксплуатации, способностью воспринимать повышенные в 1,4–1,6 раза нагрузки (что, в свою очередь, предотвращает поломки и аварийные ситуации), повышенным КПД (в червячных и цилиндро-червячных редукторах). Экономия электроэнергии при их использовании может достигать 30%. Совершенствование зацеплений зубчатых и червячных передач Это один из важнейших резервов повышения конкурентоспособности российских редукторов и мотор- редукторов. Причем речь идет не только о добросовестном и качественном изготовленим передач и редукторов в соответствии с конструкторской документацией, но и о создании передач с особыми конструктивно-эксплуатационными свойствами на основе новых научных знаний и ноу-хау. В качестве примера можно привести опыт НТЦ «Редуктор». Изначально в конструкциях типовых 2Ч-40, 2Ч-63, 2Ч-80 и других редукторов согласно принципу максимальной экономии червячных фрез и простоты сборки редукторов было предусмотрено модифицированное червячное зацепление, в котором начальное пятно контакта расположено в средней части зуба колеса. Эта конструктивная особенность являлась основной причиной зарождения задиров на поверхности зубьев, интенсивного выделения тепла, пониженного КПД редуктора и небольшой долговечности червячной передачи. Теперь в модифицированных редукторах предприятие использует рекомендованное учеными оптимальное расположение начального пятна контакта у торца зуба на выходе. Только за счет этого нововведения КПД повысился на 5–8%, уменьшился износ зубьев и нагрев, а продолжительность службы редуктора выросла 1,2–1,4 раза. В настоящее время НТЦ «Редуктор» владеет всеми ноу-хау по конструктивным и технологическим особенностям червячных передач тороидного зацепления (с червяком вогнутого профиля) и изготавливает на их основе червячные редукторы. По сравнению со стандартными этот вид зацепления обеспечивает ряд преимуществ. Например, при сохранении прежней нагрузки значительно увеличивается срок службы редуктора (в 1,5-2 раза) и передаваемая им нагрузка (в 1,3-1,4 раза), повышается КПД передачи (на 10-30%) и ее прочность. Кроме того, новая конструкция обеспечивает улучшенные условия смазки в зоне контакта. Экономичные червячные редукторы тороидного зацепления (с червяком вогнутого профиля) представлены и в номенклатуре продукции НТЦ «Приводная техника».

На базе разработанного специалистами питерского завода «Редуктор» цилиндро-тороидного червячного зацепления внедрены в производство редукторы и мотор-редукторы, которые отличаются увеличенной в 1,6 раза нагрузочной способностью и повышенной степенью точности по нормам плавности зацепления. В цилиндро-тороидном зацеплении реализуются более высокие по сравнению с известными видами червячных передач коэффициенты перекрытия, т. е. в зацеплении находится большее количество зубьев —до 7 одновременно. А расположение контактных линий колеса обеспечивает лучшие условия для образования несущего гидродинамического масляного слоя между рабочими поверхностями. Снижается радиальная сила в зацеплении. Отсутствует осевое усилие на тихоходном валу. Сегодня завод «Редуктор» серийно изготавливает двухступенчатые цилиндрическо-цилиндро-тороидные мотор-редукторы 2МРЦТ-63 с межосевым расстоянием тихоходной ступени 63 мм, с частотами вращения выходного вала от 88 до 2,7 об/мин., с крутящим моментом на выходном валу до 210 Нм, с двигателями мощностью от 2,2 до 0,25 кВт. На очереди серийное производство цилиндро-тороидных редукторов с межосевыми расстояниями 40, 63, 80 мм взамен широко распространенных червячных редукторов типов 2Ч-40, 2Ч-63, 2Ч-80 и серийное производство двухступенчатых цилиндрическо-цилиндро-тороидных мотор-редукторов с межосевыми расстояниями тихоходной ступени 80 и 100 мм.

Выбор редуктора представляет собой сложную и ответственную задачу. Этим, в частности, можно объяснить известную инертность потребителей, которые в силу привычки стремятся получить именно ту марку редуктора, который применялся прежде. Второе наиболее частое пожелание заказчиков — минимальные цены на редукторы. (Впрочем, с развитием производства критерий дешевизны заменяется другими, более важными и экономически более выгодными показателями: качеством, надежностью, долговечностью редуктора, а следовательно, его экономичностью и итоговой выгодностью покупки.) При выборе типа редуктора можно рекомендовать принцип экономической предпочтительности. Например, цилиндро- червячный редуктор (или мотор-редуктор) более предпочтителен при замене типовых одно- и двухступенчатых червячных редукторов (Ч, 2Ч, Ч2). Применение цилиндро-червячных редукторов и мотор-редукторов взамен Ч, 2Ч и редукторов Ч2 позволяет повысить долговечность эксплуатации редуктора, как минимум, в 2–3 раза (при одинаковом номинальном крутящем моменте) и, следовательно, получить 2–3-кратную экономию затрат на ремонт и замену редуктора. Этот эффект достигается понижением скорости вращения червяка за счет цилиндрической ступени. А поскольку цилиндро-червячный редуктор имеет более высокий КПД по сравнению с червячным одноступенчатым или двухступенчатым, экономия электроэнергии может составлять от 10 до 30%. Кроме того, цилиндро-червячный редуктор позволяет передавать повышенный в 1,4–1,6 раза крутящий момент и воспринимать повышенные пусковые нагрузки, что позволяет интенсифицировать эксплуатацию оборудования. Сравним характеристики цилиндро-червячного мотор-редуктора МЦЧ-100-80 производства НТЦ «Редуктор» с его же изделием — МЧ-100-80. При других равных характеристиках, таких как межосевое расстояние, передаточное число, частота вращения электродвигателя, МЦЧ-100-80 имеет номинальный крутящий момент на выходном валу 660 Нм, а МЧ-100-80 — только 300 Нм. КПД у МЦЧ-100-80 достигает 0,84. У мотор-редуктора МЧ-100-80 этот показатель составляет всего 0,64. Эксплуатационный ресурс МЦЧ-100-80 при одном и том же крутящем моменте в 3–4 раза больше. (Тройной ресурс эксплуатации дает потребителю тройную экономию средств, а благодаря повышенному номинальному крутящему моменту исключаются поломки в аварийных ситуациях.) Таким образом, при примерно одинаковых ценах предпочтительнее цилиндро-червячный мотор-редуктор МЦЧ-100-80. Только стоимость сэкономленной электроэнергии за счет повышенного КПД в этом случае будет близка к стоимости покупки этого мотор-редуктора

Основной энергетической характеристикой редуктора является допускаемый крутящий момент на тихоходном валу.

Критерием технического уровня служит относительная масса , где -масса редуктора, кг; Т –вращающий момент, H·м. Относительная масса почто не зависит от частоты вращения валов и сравнительно мало изменяется в зависимости от типа и размера редуктора. Это позволяет приблизительно оценивать его технический уровень.

Таблица. Технический уровень редуктора.

, кг/(Н·м)	Качественная оценка технического уровня.
>0,2	Низкий уровень, редуктор морально устарел.
0.1…0,2	Средний уровень; в большинстве случаев производство экономически неоправданно
0,06…0,1	Высокий уровень; редуктор соответствует современному мировому уровню
<0,06	Высший уровень; редуктор соответствует рекордным образцам

 

Основной путь улучшения технического уровня редуктора – повышение твердости рабочих поверхностей зубьев. Для прогнозирования технического уровня проектируемого редуктора можно пользоваться аналогом и зависимостью , где НВ –средняя твердость зубьев лимитирующей пары редуктора.

Редуктор - законченный механизм, соединяемый с двигателем и рабочей машиной муфтами или другими разъемными устройствами. Это принципиально отличает его от зубчатой передачи, встраиваемой в исполнительный механизм.

Рис. Основные виды зубчатых передач: а- прямозубая зубчатая передача; б- косозубая зубчатая передача; в – шевронная передача; г и д –передача с коническими колесами, прямыми и круговыми зубьями; е – прямозубая с внутренним зацеплением.

Редукторы можно условно разделить на две большие группы:

- редукторы общего применения; они предназначены для уменьшения числа оборотов при типовых условиях работы с точки зрения расположения в пространстве осей ведущего и ведомого валов;

- редукторы специальные; они применяются в тех случаях, когда использование редуктора общего применения либо невозможно, либо экономически неэффективно в заданной конструктивной компоновке машины.

В корпусе редуктора размещены зубчатые или червячные передачи, неподвижно закрепленные на валах. Валы опираются на подшипники, размещенные в гнездах корпуса; в основном используют подшипники качения. Подшипники скольжения в настоящее время применяют только при очень стесненных диаметральных габаритах (в планетарных передачах), а также в специальных случаях, когда к редуктору предъявляют повышенные требования по уровню вибрации и шума и при очень высоких частотах вращения.

Зубчатые редукторы в сравнении с другими механическими передачами обладают существенными достоинствами: малыми габаритами; высоким КПД; большой надежностью в работе; постоянством передаточного числа из–за отсутствия проскальзывания; возможностью применения в широком диапазоне моментов, скоростей и передаточных чисел.

К недостаткам зубчатых передач могут быть отнесены требования высокой точности изготовления, шум при работе с высокими скоростями. Шум обусловлен в основном ошибками изготовления шага, профиля зубьев, а также переменной жесткостью зацепления и подшипниковых опор валов.

Зубчатые редукторы имеют широкое применение, поэтому число их разновидностей велико. Ориентироваться во всем их многообразии помогает классификация их по типам, типоразмерам и исполнениям.

Редукторы классифицируются по способу крепления, по типу используемых передач, по количеству ступеней, по способу взаимного расположения осей и т.д. Самым важным признаком для классификации является вид используемых передач. Собственно, по этому принципу все редукторы и делятся на несколько типов: цилиндрические, конические, червячные, планетарные, волновые и комбинированные.

Редукторы цилиндрические применяются для передачи вращательного момента между параллельными валами. Цилиндрические редукторы имеют высокий КПД, от 0,94 до 0,98 в одной ступени, и продолжительный срок службы. Редукторы цилиндрические могут быть горизонтальными, когда оси валов находятся в одной горизонтальной плоскости, и вертикальные, если оси валов имеют параллельное расположение и находятся в одной вертикальной плоскости. Конические редукторы обладают значительно более сложной структурой, чем редукторы цилиндрические. Конические редукторы применяются для передачи между пересекающимися валами вращательного движения. Такие редукторы обладают значительно более низким КПД, 0,9-0,96 в одной ступени.

Зубчатое колесо (шестерня) — основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое ведущее зубчатое колесо независимо от числа зубьев называть шестернёй, а большое ведомое — колесом. Однако часто все зубчатые колеса называют шестернями.

Следует заметить, что шестерённая передача не является усилителем механической мощности, так как общее количество механической энергии на её выходе не может превышать количество энергии на входе. Это связано с тем, что механическая работа в данном случае будет пропорциональна произведению крутящего момента на скорость вращения. В соответствии с передаточным отношением, увеличение крутящего момента будет вызывать пропорциональное уменьшение угловой скорости вращения ведомого зубчатого колеса, а их произведение останется неизменным. Данное соотношение справедливо для идеального случая, не учитывающего потери на трение и другие эффекты, характерные для реальных устройств.

Рис.1 Движение точки соприкосновения зубьев с

эвольвентным профилем

Боковая форма профиля зубьев колёс для обеспечения плавности качения может быть: эвольвентной, неэльвовентной - передача Новикова (с одной и двумя линиями зацепления), циклоидальной. На рис. показано движение точки соприкосновения зубьев с эвольвентным профилем