4.3. Коробки передач і редуктори

Загальні відомості про редуктори

Редуктором називається механізм, який знижує кутову швидкість і збільшує обертаючий момент в приводах від електродвигуна до робочої машини.

Редуктор складається із зубчастих або черв’ячних передач, які встановлені в окремому герметичному корпусі, що принципово відмінне від зубчатої або черв’ячної передачі, вбудованої у виконавчий механізм або машину.

Редуктор широко використовують в різноманітних галузях машинобудівництва, тому кількість різновидів їх дуже велика.

Щоб зменшити габарити приводу і покращити його зовнішній вигляд, в машинобудівництві широко використовують мотор-редуктори, які представляють собою агрегат, з поєднанням електродвигуна і редуктора.

Класифікація редукторів

Редуктори класифікуються по типам, типорозмірам і виконанням.

Тип редуктора визначається складом передач, порядком їх розташування в напрямку від швидкохідного вала до тихохідного і положенням осей валів в просторі.

Для позначення передач використовують прописні букви алфівіту:

Ц – циліндрична; К – конічна; Ч – черв’ячна ; Г – глобоїдна; П – планетарна; Х – хвильова.

Якщо однакових передач дві або більше, то після букви ставиться відповідна цифра. Широкий редуктор позначається буквою Ш , вузький – В, співвісний – С. В мотор-редукторах до позначення наперед ставиться буква М.

Найбільш розповсюджені редуктори з валами , які влаштовані в горизонтальній площині , і тому спеціального позначення не мають (у черв’ячних редукторів вали схрещуються, залишаючись горизонтальними).

Якщо всі вали редуктора влаштовані в одній вертикальній площині, то до позначення типу додається індекс В . Якщо вісь тихохідного вала вертикальна, то додається індекс Т, якщо вісь швидкохідного вала вертикальна – індекс Б.

Типорозмір редуктора визначається типом та головним параметром тихохідної ступені.

Для циліндричної, черв’ячної та глобоїдної передач головним параметром є міжосьова відстань aω, конічної – зовнішній ділильний діаметр колеса dе₂, планетарної – радіус водила Rω, хвильової – внутрішній діаметр гнучкого колеса d в неформованому стані.

Виконання редуктора визначається передаточним числом, варіантом зборки і формою кінцевих дільниць валів.

Основна енергетична характеристика редуктора – номінальний обертаючий момент Т на його тихохідному валі при постійному навантаженні.

Зубчасті редуктори

Циліндричні редуктори завдяки широкому діапазону потужностей, довговічності, простоті виготовлення та обслуговування мають широке розповсюдження в машинобудівництві.

Одноступінчасті редуктор типу Ц використовують при передаточному числі n<8. Зачеплення в більшості випадків косозубе.

Двохступінчасті редуктори виконують по розгорнутій , роздвоєній та співосній схемам.

Найбільш розповсюджені циліндричні двохступінчасті горизонтальні редуктори типу Ц2 , виконані по розгорнутій схемі . Вони технологічні , мають малу ширину. Недоліком цих редукторів є підвищена нерівномірність навантаження по довжині зуба через несимитричність влаштування коліс відносно опор.

Для покращення умов роботи зубчастих коліс використовують редуктори роздвоєною швидкохідною ступеня типу Ц2Ш, які легші, але ширші.

Співосеві редуктори типу Ц2С використовують для зменшення довжини корпусу. Вони простіші по конструкції але менш трудоємні у виготовленні.

Циліндричні трьохспупінчасті редуктори виконують по розгорнутій або роздвоєній схемі при передаточному числі n<250.

Конічні редуктори типу К виконують з коловими зубами при передаточному числі n<5.

Конічно-циліндричні редуктори, незалежно від числа ступенів виконують із швидкохідним конічним ступенем.

Планетарні редуктори дозволяють одержати велике передаточне число при малих габаритах. По конструкції вони складніші редукторів ,які описані раніше. В редукторобудуванні найбільш розповсюджений простий планетарний зубчатий редуктор типу П. Послідовним з’єднанням декількох простих планетарних рядів можна одержати редуктор з передаточним числом, яке потрібне. Особливо ефективне використання планетарних мотор-редукторів.

Хвильові редуктори являються різновидом планетарних. В редукторобудуванні найбільш розповсюджені двохвильові передачі з нерухомим жорстким корпусом. Вони широко використовуються в робототехніці.

Черв’ячні редуктори. Основне розповсюдження мають одноступінчасті редуктори типу Ч з передаточним числом n = 8...80.

Для приводів тихохідних машин використовують черв’ячно-циліндричні типу ЧЦ або двохступінчасті типу Ч2 редуктори, в яких передаточне число досягає n<4000.

Основними параметрами всіх редукторів являються : передаточне число, коефіцієнти ширини коліс, модулі зачеплення, кути нахилу зубів, коефіцієнти діаметрів черв’яків.

Тип редуктора, параметри і конструкцію визначають в залежності від його місця в силовій ланці приводу машини, передаючої потужності і кутової швидкості, призначення машини і умов експлуатації. Необхідно використовувати стандартні редуктори , які виготовляються на спеціалізованих заводах і тому дешевші.

Циліндричним редукторам потрібно надавати перевагу над іншими через більш високі значення к.к.д. При великих передаточних числах використовуються черв’ячні або глобоїдні редуктори. При обмеженості місця надається перевага мотор-редукторам.

Корпуси (картери) редукторів повинні бути міцними і жорсткими. Їх відливають із сірого чавуну. Для зручності зборки корпуси редукторів виконують роз’ємними.

Опорами валів редукторів , як правило, являються підшипники кочення.

Змащування зубчастих або черв’ячних передач редукторів у більшості випадків виконують зануренням, а підшипників – розбризкуванням або пластичним мастильним матеріалом. В корпус редуктора заливають мастило із розрахунку 0,4...0,7 л на 1 кВт передаваємої потужності, при цьому колесо або черв’як повинні занурюватися в мастило на глибину, яка не менша висоти зуба або витка.

При коловій швидкості колеса вище 3 м/с відбувається інтенсивне розбризкування мастила в корпусі і поява масляного туману, який забезпечує змащування всіх інших зачеплень і підшипників качення.

Щоб запобігти великих гідравлічних втрат колова швидкість занурюваної деталі не повинна перевищувати 15 м/с.

Сорта мастил назначають в залежності від режиму роботи передач і міцності робочих поверхонь зубів.

В результаті експлуатації мастила поступово втрачають свої властивості. Періодичність заміни мастила встановлюється дослідним шляхом в залежності від умов роботи.

Мал. 4.6

Коробка передач 1. Первинний вал; 2. Вторинний вал; 3. Шестерня постійного зачеплення первинного валу; 4. Сапун; 5. Зубчатий вінець синхронізатора IV передачі; 6. Ковзаюча муфта синхронізатора III і IV передач; 7. Вилка перемикання III і IV передач; 8. Картер коробки передач; 9. Шестерня і зубчатий вінець синхронізатора III передачі; 10. Шестерня і зубчатий вінець синхронізатора II передачі; 11. Вилка перемикання I і II передач; 12. Маточина муфти синхронізатора I і II передач; 13. Ковзаюча муфта синхронізатора I і II передач; 14. Шестерня і зубчатий вінець синхронізатора I передачі; 15. Шестерня заднього ходу; 16. Важіль перемикання передач; 17. Провідна шестерня приводу спідометра; 18. Фланець еластичної муфти; 19. Вилка включення заднього ходу; 20. Шток вилки включення заднього ходу; 21. Шток вилки включення III і IV передач; 22. Шток вилки включення I і II передач; 23. Обмежувальний гвинт включення I і II передач; 24. Проміжний вал; 25. Шестерня заднього ходу проміжного валу; 26. Вісь проміжної шестерні заднього ходу; 27. Проміжна шестерня заднього ходу; 28. Ведена шестерня приводу спідометра; 29. Задня кришка коробки передач; 30. Втулка шестерні I передачі; 31. Шестерня I передачі проміжного валу; 32. Блокуюче кільце синхронізатора I передачі; 33. Пробка зливного отвору; 34. Блокуюче кільце синхронізатора II передачі; 35. Шестерня передачі проміжного валу; 36. Шестерня III передачі проміжного валу; 37. Блокуюче кільце синхронізатора III передачі; 38. Маточина синхронізатора III і IV передач; 39. Блокуюче кільце синхронізатора IV передачі; 40. Шестерня постійного зачеплення проміжного валу; 41. Картер зчеплення; 42. Пружина блокуючого кільця синхронізатора; 43. Наполеглива шайба пружини; Тарілчаста пружина; 45. Стопорне кільце маточини синхронізатора; 46. Стопорне кільце блокуючого кільця синхронізатора; 47. I. Нейтральне положення; 48. II. Початок включення третьої передачі; 49. III. Повне включення третьої передачі.

Принцип роботи шестеренної коробки передач заснований на зміні зачеплення тих пар шестерень, які беруть участь в передачі крутного моменту від первинного валу 1 на вторинний вал 2. Це досягається переміщенням ковзаючих муфт 6 і 13 синхронізаторів або проміжної шестерні 27 заднього ходу за допомогою важеля перемикання передач.

При цьому змінюються передавальні числа шестерень, а значить і величина передаваного крутного моменту. На прямій четвертій передачі крутний момент, передається на приводні колеса автомобіля, практично рівний крутному моменту, на колінчастому валу двигуна. На першій передачі момент збільшується в 3,75 разу, на другій в 2,30 разу, на третій в 1,49 разу, а при включенні задньої передачі в 3,87 разу. При нейтральному положенні важеля переключення передач крутний момент, на вторинний вал не передається. Але оскільки двигун працює і зчеплення включене, то обертання від первинного валу 1 передається на проміжний вал через шестерні 3 і 40 постійного зачеплення. Від шестерень 31, 35 і 36 проміжного валу обертання передається на шестерні 14, 10 і 9 вторинного валу.

Оскільки ці шестерні з валом 2 безпосередньо не зв'язані, то вони вільно обертатимуться на вторинному валу. З'єднання цих шестерень з валом 2 здійснюється через синхронізатори. При включенні першої передачі зусилля від важеля перемикання передач через шток і вилку І передається на ковзаючу муфту 13. Переміщаючись по шліцах своєї маточини 12, муфта входить в зачеплення з прямозубым вінцем шестерні 14. Таким чином, муфта синхронізатора з'єднає між собою маточину 12 і шестерню 14. А оскільки маточина 12 жорстко пов'язана з валом 2, то крутний момент, що крутить, від шестерні 14 через муфту 13 передається на маточину 12 і від неї на вторинний вал коробки передач. При включенні другої передачі муфта 13 з'єднаємо маточину 12 з прямозубым вінцем шестерні 10, і крутний момент, передається від шестерні 10 на маточин 12 і на вторинний вал.

Третя і четверта передачі включаються іншим синхронізатором. При включенні третьої передачі крутний момент від первинного валу через шестерні 36 і 9 передається через муфту 6 на маточину 38 і потім на вторинний вал. Четверта передача називається прямою, оскільки крутний момент, передається безпосередньо з первинного валу 1 на вторинний вал 2, минувши шестерні проміжного валу. В цьому випадку муфта 6 сполучає між собою зубчатий вінець 5 первинного валу з маточиною 38. Частота обертання обох валів буде однаковою, а величина моменту, що крутить, передаваного від двигуна на приводні колеса, не зміниться. При включенні задньої передачі зусилля від важеля перемикання передач через шток 20 і вилку 19 передається на проміжну шестерню 27. Переміщаючись на осі 26, вона з'єднає між собою шестерні 25 і 15 заднього ходу, і крутний момент, передається від первинного валу через шес терни 5 і 40 на проміжний вал і далі через шестерні 25, 27 і 15 на вторинний вал.

При цьому останній обертатиметься у зворотному напрямі, забезпечуючи зворотне обертання провідних коліс автомобіля. Як видно з схеми роботи коробки передач, всі передачі переднього ходу синхронізовані. Принцип дії синхронізатора при включенні третьої передачі показаний на схемах I, II, III. При нейтральному положенні важеля перемикання передач між ковзаючою муфтою 6 і блокуючими кільцями 37 є зазор. Блокуючі кільця притиснуті пружинами 42 до стопорних кілець 46. У цьому положенні зуби блокуючих кілець знаходяться в западинах зубчатих вінців 5 і 9. Унаслідок зазору між муфтою 6 і блокуючими кільцями 37 крутний момент, від зубчатого вінця 9 через блокуюче кільце не передається. У початковий момент включення третьої передачі (див. схему II) ковзаюча муфта 6, переміщаючись по шліцах маточини 38, притискається до конічної поверхні блокуючого кільця. Між конічними поверхнями муфти і кільця виникає напівсухе тертя, унаслідок якого блокуюче кільце загальмовується і провертається на невеликий кут (окружний хід від 2,5 до 5 мм).

При цьому бічні скоси зубів блокуючого кільця упираються в бічні скоси зубів вінця 9, і подальше провертання блокуючого кільця припиняється. Одночасно створюється опір подальшому осьовому переміщенню муфти 6. Це відбувається до тих пір, поки не зрівняються частоти обертань вторинного і проміжного валів. Як тільки наступить такий момент, зменшується сила тертя між конічними поверхнями муфти і кільця. Під дією осьового зусилля, передаваного від штока на ковзаючу муфту синхронізатора, блокуюче кільце починає ковзати по скосах зубів вінця 9 і разом з муфтою переміщається уздовж зубів вінця. Таким чином, муфта сполучає між собою маточину 38 і зубчатий вінець 9. Відбувається повне включення третьої передачі (див. схему III). У цьому положенні муфта синхронізатора разом з штоком утримується кульковим фіксатором. Підібрані передавальні числа забезпечують інтенсивний розгін, високу середню швидкість автомобіля і економічну роботу двигуна. А косозубі шестерні постійного зачеплення забезпечують безшумну і довговічну роботу коробки передач.