Двухступенчатый редуктор

Механическая передача – это особый механизм, посредством которого осуществляется передача крутящего момента от приводного двигателя к исполнительному механизму. Для осуществления синхронизации угловых скоростей вращения вала двигателя и вала исполнительного механизма применяются различные устройства, в общем именуемые редукторами. Редуктор преобразовывает высокую скорость вращения вала двигателя в более низкую и при этом пропорционально повышается крутящий момент. Это позволяет при помощи маломощного моторчика приводить в движение значительные массы и механизмы, требующие низкую скорость движения, но большую тягу.

 

Существует много разных типов редукторов. Необходимость создания разных конструкций продиктовано требованиями по эксплуатационным характеристикам и областью применения данного редуктора. Но общее назначение редукторов одно и то же.

Также для применения в сложных конструкциях, требующих изменения передаточного отношения в широких пределах, применяют либо особые конструкции, либо редукторы с более чем одной ступенью. Одними из самых популярных редукторов с более чем одной ступенью являются двухступенчатые редукторы.

Своей популярностью двухступенчатые редукторы обязаны своей конструкции, в которую заложены все достоинства многоступенчатых коробок передач и одноступенчатых редукторов. Благодаря применению двух ступеней передаточное отношение больше не является фиксированным значением и его можно изменять по мере необходимости. Также можно отметить тот факт, что методика расчёта таких конструкций общедоступна и широко известна даже не профессионалам, вследствие чего подобные устройства широко применяются и особенно популярны.

Так как двухступенчатым редуктором может быть любой тип редукторов, включая ременный, цепной, червячный, винтовой и другие, то методики расчёта для каждого типа используются разные. В качестве простого примера таких расчётов можно привести приблизительный расчёт корпуса редуктора.

Корпуса редукторов чаще всего изготавливают методом литья. Исключения составляют лишь те варианты, которые собраны вручную в единственном экземпляре. Такие редукторы имеют сварные корпуса. Для серийных же моделей, используют литые конструкции и для расчётов толщины стенок корпуса, с учётом необходимой прочности и жёсткости кузова, а также отвечающие требованиям этой технологии используется простая формула:

δ = 1.3 х (Т_{(тихоходная ступень)})^1/4, где Т – крутящий момент в Нм. Желательно к полученному значению прибавлять ещё 1-2 мм для страховки.

В местах, где крепятся различные внутренние детали, толщину следует увеличить в полтора раза.

Стенки, сопрягающиеся под прямым углом, соединяются сопряжением радиусом равным половине толщины стенки. Стенки, встречающиеся под углом больше девяноста градусов, сопрягают радиусом в полтора раза большим, чем толщина стенки. Корпус внутри обязательно должен иметь рёбра жёсткости в достаточном количестве для увеличения прочности, а также из-за неравномерного охлаждения металла, и минимальная толщина определяется умножением толщины стенок на коэффициент равный 0,8. Поверхности, требующие последующей обработки для монтажа и крепежей, выполняют в виде платиков и высоту таких платиков рассчитывают исходя из толщины стенки корпуса, а именно половины её толщины. Толщину крышки можно брать меньше толщины стенки на 2-4 мм. Крепление крышки необходимо рассчитывать исходя из крутящего момента на выходном валу для обеспечения достаточной прочности и надёжности конструкции. Диаметр винтов крепления крышки рассчитывается по формуле:

 

d = 1.25 х (Т_{(тихоходная ступень)})^1/3, где Т – крутящий момент в Нм. Округление происходит всегда в большую сторону. Винты крепления корпуса редуктора к раме устройства, в составе которого он будет работать, также рассчитываются в зависимости от крутящего момента и условно принимаются 1.25 раза более толстыми, чем болты для крепления крышки редуктора. Ниша крепления корпуса к раме берётся в два с половиной раза более толстой, чем диаметр винтов крепления корпуса к раме. Также следует учесть поправочные коэффициенты при расчётах с поправкой на марку стали, степень прочности и другие характеристики.

 

Также необходимо учесть то, что в двухступенчатых редукторах существует две ступени, и при расчётах необходимо брать крутящий момент на том валу, который окажется большим. Это одно из главных условий при расчёте корпусов, по причине того, что такая грубейшая ошибка в расчётах может, в конечном счете, привести к выходу из строя редуктора, или даже всего устройства, частью которого является этот редуктор.

 

Расчёт и строение внутреннего механизма редуктора выходит за рамки описания данной статьи. Подробную информацию о каждом из них следует искать в соответствующих справочниках. Но можно привести основное соотношение, которое используется в любых технологиях расчёта: передаточное отношение i равно отношению угловой скорости ведущего вала к угловой скорости ведомого вала. Для двухступенчатых систем подобное соотношение имеет место для каждых сопряжённых пар зубчатых колёс, либо шестерней.

Сварное соединение

·

Рис. 1. Дуговая сварка

·

Рис. 2. Электрошлаковая сварка

·

Рис. 3. Контактная сварка

Из 6

Сварное соединение, участок конструкции или изделия, на котором сваркой соединены между собой составляющие их элементы, выполненные из однородного или разнородных материалов.

Классификация С. с. и швов. По взаимному расположению соединяемых элементов различают стыковые, тавровые, нахлёсточные и угловые С. с. Каждое из них имеет специфические признаки в зависимости от выбранного способа сварки — дуговой (рис. 1), электрошлаковой (рис. 2), контактной (рис. 3) и др. Участок С. с., непосредственно связывающий свариваемые элементы, называются сварным швом. Швы всех типов различают: по технике наложения — выполненные "напроход", от середины к концам, обратноступенчатым способом; по положению в пространстве при сварке — вертикальные, горизонтальные, нижние, потолочные; по технике образования сечения — однослойные и многослойные и т. д. Основные виды С. с., конструктивные элементы кромок и швов, предельные отклонения и рациональные диапазоны толщин соединяемых элементов для швов всех типов регламентированы государственными стандартами и отраслевыми нормалями.

Характеристика С. с. Для С. с. свойственна совокупность зон, образующихся в материале соединённых сваркой элементов. Зоны отличаются от основных материалов и между собой по химическому составу, структуре, физическим и механическим свойствам, микро- и макронапряжённости. К С. с., выполненному сваркой плавлением, относят зоны (рис. 4, а) материала шва (сварной шов), сплавления, термического влияния, прилегающего основного материала, сохраняющего свои свойства и структуру. С. с., выполненное сваркой давлением, зон материала шва и сплавления не имеет и состоит (рис. 4, б) из зоны соединения, в которой образовались межатомные связи соединённых элементов, зоны механического влияния, зоны прилегающего основного материала. В сварном шве материал представляет собой сплав, образованный переплавленными основными материалами и дополнительными электродным и присадочным материалами или только переплавленными основными материалами. В зоне термического влияния основной материал не претерпевает расплавления, но на отдельных участках в результате воздействия нагрева и охлаждения по-разному изменяет свойства и структуру. В наиболее общем случае сварки плавлением низкоуглеродистой стали зона термического влияния С. с. состоит из участков, показанных на рис. 5. Участок перегрева I примыкает непосредственно к зоне сплавления. Материал на этом участке перегрева нагревается выше 1100 °С и приобретает крупнозернистую структуру, что обусловливает понижение его вязкости. На участке перекристаллизации (нормализации) II материал нагревается в интервале температур от 900 до 1100 °С, что вызывает значительное измельчение зерна и повышение вязкости. На участке частичной перекристаллизации III металл нагревается в интервале температур от 700 до 900 °С и характеризуется неравномерностью структуры или частичным измельчением зерна. На участке рекристаллизации IV при нагреве материала от 500 °С до температуры, соответствующей критической точке A ₁, наблюдается снижение прочности, в некоторых случаях — уменьшение пластичности. На участке старения V при нагреве от 100 до 500 °С материал не имеет видимых изменений структуры, но отличается от исходного основного материала пониженной вязкостью, наиболее резко выраженной в интервале 100—300 °С. Ширина зоны термического влияния при сварке стали зависит от способа сварки, технологического процесса, теплового режима сварки, теплофизических свойств основного металла.

Свойства С. с. Качество С. с. определяется их работоспособностью, сопротивляемостью хрупким и усталостным разрушениям. Работоспособность С. с. характеризуется комплексной совокупностью свойств чередующихся зон — прослоек, отличающихся от основного материала и между собой прочностными свойствами. Прослойки с более высокими прочностными свойствами условно называют твёрдыми, а смежные с ними прослойки с более низкими прочностными свойствами — мягкими. В зависимости от свойств основного материала, сварочных материалов, способа и режима сварки и термообработки, а также температурно-скоростных условий нагружения мягкими прослойками могут быть сварной шов, зона сплавления, разупрочнённый участок зоны термического влияния, промежуточные вставки других (разнородных с основным) материалов. Мягкие прослойки — локализаторы деформаций: при весьма малой относительной толщине они не снижают несущей способности С. с., при сравнительно большой толщине их свойства ограничивают несущую способность С. с. При расчёте, проектировании и изготовлении сварных конструкций учитывают степень влияния напряжённо-деформационного состояния на работоспособность С. с., точность их размеров и формы, а также на стабильность этих качеств при эксплуатации. При этом различают зону пластических деформаций, зону упругих деформаций, собственные остаточные напряжения (растягивающие и сжимающие). Эпюры, на которых показаны временные и остаточные продольные деформации и напряжения в стыковом соединении пластины из углеродистой стали, представлены на рис. 6.

Сопротивляемость С. с. хрупким и усталостным разрушениям зависит от свойств материала и наличия в них концентраторов напряжений и деформаций. Концентраторы бывают конструктивного происхождения (участок резкого изменения сечения С. с., например переход от шва к основному металлу в тавровом и нахлёсточном соединениях), технологического происхождения (неплавные переходы с входящими углами в месте усиления шва, непровары, несплавления и подрезы), физико-химического происхождения (поры, шлаковые включения, трещины в швах и зоне термического влияния).

Образованию С. с. сопутствует термопластический процесс деформирования основного материала, который наиболее ярко выражен для стальных сварных соединений. Этот процесс обусловливает появление хрупкости на некоторых участках зоны термического влияния. Наиболее хрупким становится металл вследствие старения, протекающего в процессе деформирования металла при температурах 150—300 °С. На этих участках С. с. имеют ограниченную сопротивляемость хрупким разрушениям.

Образование С. с. сопровождается уменьшением размеров соединяемых элементов в продольном и поперечном направлениях, т. е. продольной и поперечной усадкой, что учитывается при проектировании и изготовлении изделий.

Принципы расчёта С. с. В СССР применяют два метода расчёта С. с. на прочность при статическом нагружении: по предельному состоянию (в строительных конструкциях) и по допускаемым напряжениям (в машиностроении). Для С. с. из сталей различной прочности расчётные сопротивления на растяжение R _p^cв, сжатие R _c^cв, срез в стыковых швах R _cp^cв, срез в угловых швах R _y^св, а также допускаемые напряжения на растяжение и сжатие [s^св] и срез [t^св] установлены отраслевыми правилами и нормами проектирования конструкций. Расчёт на усталость С. с. машиностроительных металлоконструкций выполняется согласно общепринятым методам расчёта на усталость деталей машин. Влияние низких температур на работоспособность соединения может быть учтено при проектировании и изготовлении С. с. выбором основных и сварочных материалов, конструктивных и технологических решений, методов контроля качества материалов и т. п. В расчётах С. с. на прочность при статической нагрузке влияние концентраторов напряжений и температуры для обычных углеродистых и низколегированных сталей не учитывают. В расчётах С. с. на усталостную прочность влияние концентраторов и остаточных напряжений учитывают при установлении допускаемых напряжений. С. с. пролётных строений мостов и стальных конструкций промышленных сооружений рассчитывают на выносливость по предельному состоянию.