Существуют разные способы передать вращательное движение с одного вала на другой. В тех случаях, когда ведущий и ведомый вал по конструктивным особенностям должны находится перпендикулярно друг другу, используют конический редуктор. Данный механизм передает вращательное движение с вала на вал при помощи муфт или зубчатой передачи. При этом можно регулировать величину крутящего момента и угловую скорость посредством изменения величины муфт или зубчатых колес.
Содержание
- Конструктивные особенности
- Достоинства и недостатки
- Расчет конического редуктора
- Вам также могут быть интересны статьи:
Конструктивные особенности
Существует два типа конических редукторов:
- узкие;
- широкие.
Под узким типом редуктора подразумевается то, что ширина зубчатого колеса будет равна четверти внешнего конусного расстояния. в диапазоне 3-5, а число зубьев у шестерни 20-23. У редукторов широкого типа ширина колеса варьируется в пределах от 0,3 до 0,4 внешнего конусного расстояния. Значения передаточных чисел будут 1-2,5, а количество зубьев шестерни от 25 до 28.
На рисунке ниже изображен чертеж конического редуктора, на котором видно, что зубчатые колеса соприкасаются под определенным углом. Валы установлены на однорядные роликовые подшипники и находятся в закрытом корпусе с крышкой. В большинстве случаев, материалом для корпуса служат сталь или чугун, но встречаются модели из легких сплавов. В конструкции используются шестерни конического типа, имеющие прямые или косые зубья. Использование радиальных подшипников позволяет выдерживать большие осевые нагрузки.
По типу исполнения, конические редукторы могут содержать одну или несколько ступеней, с увеличением которых будет задействовано большее количество валов и конических пар. Самыми распространенными на сегодняшний день являются редукторы конические одноступенчатые. Благодаря двухступенчатым и трехступенчатым агрегатам получается достичь требуемого вращающего момента и реверсивного движения.
В независимости от количества ступеней, вращение к редуктору от электродвигателя передается при помощи муфты, клиноременной или цепной передачи. На рисунке ниже изображена кинематическая схема одноступенчатого редуктора.
Смазка конической пары осуществляется при помощи масляной ванны. Одна из шестеренок частично погружена в масло и при вращении перемещает часть масла на другую шестерню, с которого масла вновь капает в ванну. Во время работы агрегата часть масла попадает на внутренние стенки корпуса, в которых находятся технологические отверстия. Через них масло попадает к подшипникам и смазывает их.
Достоинства и недостатки
Конструкция конических редукторов схожа с цилиндрическими, поэтому достоинства и недостатки у них схожи. Основное достоинство конического редуктора заключается в расположении шестерней или муфт под углом. Это дает возможность передать вращение от ведущего вала к ведомому, находящемуся к первому под углом в 90 градусов.
Еще одним немаловажным достоинством такого устройства является невосприимчивость к переменным и кратковременным нагрузкам. За это они часто применяются в производственных процессах с частыми запусками.
Как было сказано выше, конические редукторы имеют схожее с цилиндрическими устройство, но есть свои недостатки. К ним относятся:
- более низкий КПД;
- заедание колес происходит чаще.
Несмотря на то, что КПД такого агрегата на 10% ниже и возможны случая заедания шестерней, конические редукторы пользуются большим спросом и нашли себе применение во многих сферах.
Расчет конического редуктора
При проектировании конического редуктора необходимо определить его тип, размеры и технические характеристики исходя из требований и возможностей его эксплуатации на предприятии, а также экономичность его изготовления.
Далее будет описана последовательность расчета конического редуктора, для которого необходимо предварительно определить:
- крутящий момент;
- частоту вращения валов;
- планируемый срок работы.
Чтобы выполнить расчет потребуется специализированная литература, содержащая таблицы коэффициентов и значений, а также знание определенных формул.
Последовательность действий при расчете конического редуктора:
- Определить передаточное число.
nвх – частота вращения входного вала;
nвых – частота вращения выходного вала.
- Вычислить количество зубьев.Для шестерни входного вала:
Для шестерни выходного вала:
Полученные значения округляют в большую сторону до стандартного.
- Вычислить фактического передаточное значение.
- Определить КПД.
Стандартное значение 0,96
- Произвести расчет мощности.
Мощность на выходном валу:Мощность электродвигателя:
– крутящий момент.
По таблицам следует выбрать электродвигатель с приближенной большей мощностью.
- Определить твердость шестерней и материал.
где dэл— диаметр вала электродвигателя.
Полученное число округлить в большую сторону кратно 10. Выбрать материал с подходящей твердостью и записать его пределы текучести и прочности.
- Произвести расчет допускаемых напряжений.
Наибольшим нагрузкам при работе подвергается шестерня. Поэтому необходимо выяснить количество циклов нагружения на всем сроке эксплуатации механизма. Для этого определяем время его работы в часах:где срок работы агрегата;
Kгод– коэффициент загрузки в год;
Kсут– коэффициент загрузки в сутки.
Количество вращений шестерни:
Допустимое значение контактной выносливости:
где δH0 — предельное значение контактной выносливости в МПа;
SH – коэффициент запаса контактной прочности (равен 1,1);
KFH — коэффициент долговечности.
Допустимое значение выносливости на изгиб:
где δF0 — предельное значение выносливости на изгиб в МПа;
SF – коэффициент запаса прочности на изгиб (равен 1,75);
KFL — коэффициент долговечности.
- Рассчитать предварительный делительный диаметр зубчатого колеса.
- Вычислить предварительный модуль.
Полученный модуль уточнить по ГОСТу.
- Найти внешнее конусное расстояние.
- Найти диаметры вершин зубьев и делительных окружностей шестерни.
- Вычислить ширину колеса.
Полученную ширину округлить в большую сторону до стандартного значения.
- Определить высоту зубьев.
- Произвести расчет валов редуктора.
где τ — допустимое значение касательного напряжения в МПа.
- Выбрать по размеру диаметров валов тип и размеры подшипников.
- Произвести расчет зубчатого колеса.
- Произвести расчет размеров корпуса.
Добиться необходимой прочности стенок корпуса агрегата и его деталей можно при помощи дополнительных ребер жесткости. Рекомендуется по возможности использовать пластмассы и другие легкие материалы, если это позволяют делать конструктивные возможности механизма. В целях экономии при создании редуктора следует выбирать материалы с более дешевой стоимостью, при условии, что это никак не скажется на его дальнейшей работе.
Конические редукторы нашли широкое применение на производстве. Несмотря на небольшие недостатки, они часто применяются в станках, поворотных механизмах и машинах. Использование таких агрегатов позволяет передать вращение под углом в 90 градусов, а также сделать реверс.
Источник: