3. 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, выражаемая как: , где m- масса редуктора, кг; Т – вращающий момент, Hм.

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 (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Технический уровень редуктора

, кг/(Нм)	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.