Ремонт внутренних компонентов механической коробки передач
Главная / Каталог / Тюнинг / Тюнинг механической коробки передач автомобиля, книга в электронном виде / …
Показать содержание книги
Обычно пользователи нашего сайта находят эту страницу по следующим запросам:
коробка передач, автоматическая коробка передач, механическая коробка передач, коробка переключения передач, замена масла в коробке передач, КПП, АКПП, трансмиссия, кулиса КПП, виды КПП, ручка КПП тюнинг
Внутренние компоненты механической коробки передач
Общая информация относительно шестерен
Шестерни могут казаться достаточно простыми механическими деталями, однако это впечатление обманчиво. Конструкция шестерен – достаточно сложная и увлекательная наука, однако к счастью большинство из механиков, которые работают с шестернями, не должны их изготавливать.
На самом деле, базовые знания и общее представление о шестернях может вам пригодиться, если вы собираетесь выполнять работы с трансмиссиями автомобилей. Существует всего три типа шестерен, которые вы можете встретить современных коробках передач или в главной передаче: прямозубая цилиндрическая шестерня, косозубая цилиндрическая шестерня и гипоидная шестерня.
Прямозубая цилиндрическая шестерня
Шестерня самой простой формы оснащена прямыми зубьями по всей окружности, именно ее зубчатый профиль ассоциируется у большинства людей со стандартной шестерней. Шестерни с подобными зубьями называют прямозубыми. Прямозубые шестерни изготовить проще всего, и именно они стали первыми шестернями, которые начали широко использоваться при производстве коробок передач легковых автомобилей. Прямозубые шестерни все еще используются во многих промышленных агрегатах, работающих на низкой скорости, а также в некоторых коробках передач гоночных автомобилей. У данного типа шестерен есть несколько недостатков.
Шестерни данного типа оснащены прямыми, широкими зубьями, которые зацепляются скорее резко, чем плавно. Широкое основание зуба шестерни делает прямозубые шестерни очень прочными, и минимальный контакт между двумя прилегающими зубьями не создает такую силу трения и не поглощает такое количество мощности, как зубья косозубой шестерни. Шум от постоянного контакта зубьев делает данный тип шестерен неподходящим для использования на коробках передач легковых автомобилей.
Прямозубые цилиндрические шестерни нечасто используются в механических коробках передач, так как они слишком шумные при вращении на высокой скорости. Когда пара прямозубых шестерен вращается вместе, каждый зубец на ведущей шестерне бьется о соответствующий зубец ведомой шестерни. При этом все зубья соприкасаются одновременно, что способствует возникновению громких щелчков. Так как зубьев много и вращаются они с высокой скоростью, щелчки будут очень громкими и частыми.
Косозубые шестерни, как эта ведущая шестерня переднеприводного автомобиля, оснащены косыми зубьями, «закрученными» вокруг оси вала шестерни.
Угол поворота может изменяться конструкторами с целью увеличения прочности и снижения шума.
Косозубые шестерни
В современных коробках передач эту проблему удалось устранить, используя косозубые шестерни. Каждый зубец вырезан под углом по отношению к центральной оси шестерни. Каждый зубец вращается от поверхности одной шестерни до другой, перемещаясь по кривой. Зубец каждой шестерни входит в зацепление плавно, а не резко. Подобные шестерни получили название косозубые.
Так как каждая пара косых зубьев начинает входить в зацепление до того, как предыдущая пара полностью выйдет из зацепления, шум при работе коробки передач значительно сократится, по сравнению с использованием прямозубых шестерен. Косозубые шестерни также прочнее, так как количество зубцов, на которые распределяется нагрузка (коэффициент перекрытия), больше. Во всех типах шестерен сразу несколько зубцов передает момент, перемещающийся по зубчатой паре, однако у косозубых шестерен коэффициент перекрытия выше, чем у прямозубых шестерен того же диаметра.
Скользящие движения и постепенное зацепление значительно снижают разрушение каждого зубца посредством снижения нагрузки.
Недостатков у косозубых шестерен мало. Наиболее значимым из них можно считать увеличение упорных или осевых (по всей длине вала) сил, которые оказывают внешнее давление на подшипники, поддерживающие валы коробки передач. К недостаткам также можно отнести увеличение распространения сил (противоположных радиальным). Когда косозубые шестерни вращаются в зацеплении, входной момент создает силы, которые стремятся рассоединить две шестерни, подвергая валы, подшипники и картер коробки передач нагрузке. К тому же, зубья шестерни создают трение во время движения и зацепления, что негативно сказывается на их эффективности по сравнению с прямозубыми шестернями. Все эти явления ухудшаются по мере увеличения скорости и крутящего момента, изменяющих угол наклона косых зубьев.
Зубец косозубой шестерни можно вырезать практически под любым углом, однако в большей части шестерен, использующихся в механических коробках передач, угол наклона варьируется от 20° до 45° по отношению к оси вала.
При угле наклона зубьев менее 20°, шум не снижается по сравнению с прямозубыми шестернями, а при угле более 45° эффективность шестерен значительно снижается. Что более интересно, обычно производители используют различные углы наклона зубьев каждой шестерни при изготовлении. На более низких передачах входной момент высокий, а скорость на выходе низкая ,поэтому тупые углы передают момент более эффективно с приемлемым уровнем шума. На более высоких передачах углы наклона зубьев становятся более острыми, так как скорость вращения вторичного вала выше, а передаваемый крутящий момент ниже. Зубья на каждой шестерне зубчатой пары срезаны в противоположных направлениях.
«Закрученные» зубья двух косозубых шестерен входят в зацепление постепенно. Обратите внимание на то, что зубья двух шестерен скручены в противоположных направлениях. Обратите также внимание на то, что сразу несколько зубьев входят в зацепление одновременно – таким образом, увеличивается прочность, так как нагрузка распределяется сразу по нескольким зубьям шестерен.
Паразитные шестерни заднего хода в коробках передач без тормоза заднего хода или синхронизатора обычно представляют собой прямозубые шестерни, так как шестерня должна входить в зацепление с шестернями заднего хода промежуточного и вторичного вала. На данной иллюстрации, паразитная шестерня заднего хода спрятана за промежуточным и вторичным валом. Малая прямозубая шестерня на вторичном валу приводит в действие паразитную шестерню заднего хода, которая в свою очередь приводит в действие подвижный орган шестерен первой/второй передачи, который входит в зацепление с зубцом прямозубой шестерни.
Существует лишь одно исключение из правила о том, что все шестерни коробки передач легкового автомобиля косозубые – это паразитная шестерня заднего хода. Паразитная шестерня представляет собой дополнительную свободно вращающуюся шестерню, которая позволяет первичному и вторичному валу вращаться в одном направлении.
Механизм переключения передач ЯМЗ | Грузовики и спецтехника
Механизм переключения передач ЯМЗ
Механизм переключения передач размещен в верхней крышке коробки и приводится в действие от рычага переключения передач через промежуточное устройство-дистанционный механизм.
Верхняя крышка съемная, отлита из специального чугуна, фиксируется на картере коробки двумя установочными штифтами и крепится к нему болтами. Между крышкой и картером ставится уплотнительная прокладка из паронита.
Механизм переключения передач состоит из трех подвижных штоков, на которых установлены две головки и три вилки. Третья головка выполнена как одно целое с вилкой. Головки и вилки крепятся на штоках при помощи установочных винтов с коническим хвостовиком,
При включении передачи усилие от рычага переключения передач передается через промежуточный дистационный механизм на головку того или иного штока. Шток, перемещаясь вместе с вилкой, передвигает связанную с ней каретку синхронизатора или скользящую шестерню первой передачи и заднего хода и включает необходимую передачу.
Для фиксации штоков в положении включенной передачи или нейтральном положении предусмотрены фиксаторы.
В гнездах верхней крышки над каждым штоком помещен шарик, прижимаемый к штоку пружиной.
На штоках, в свою очередь, выполнено по три горизонтальные канавки. Когда шток находится в положении включенной передачи или в нейтральном положении, шарик фиксатора заскакивает в соответствующую канавку штока и удерживает шток от случайного передвижения. Расстояние между канавками выбрано таким, чтобы обеспечивалось включение кареток синхронизаторов или скользящей шестерни на полную длину зуба.
Для исключения возможности одновременного включения двух передач служит замок, который при передвижении одного из штоков автоматически запирает два других штока в нейтральном положении. Замок состоит из четырех блокирующих стальных шариков, размещенных по два между штоками, и подвижного штифта, установленного в горизонтальном отверстии среднего штока. Когда штоки находятся в нейтральном положении, вертикальные канавки устанавливаются точно против шариков.
При перемещении среднего штока вперед, что соответствует включению третьей передачи, блокирующие шарики выходят из его канавок и входят в канавки крайних штоков, запирая их тем самым в нейтральном положении.
Аналогично действие замка при включении второй передачи, когда средний шток перемещается назад. Если же перемещается один из крайних штоков, то два блокирующих шарика вытесняются из канавки этого штока и входят в канавку среднего штока. Одновременно шарики нажимают на подвижный штифт, расположенный в среднем штоке, перемещая его. Другие два шарика входят в канавку противоположного крайнего штока, и средний и крайний штоки оказываются запертыми в нейтральном положении.
Для устранения возможности случайного включения первой передачи и заднего хода механизм переключения снабжен предохранительным устройством, установленным в приливе верхней крышки и состоящим из двух цилиндрических штифтов, пружины и стакана для размещения пружины. Принцип действия механизма основан на том, что для включения первой передачи и заднего хода необходимо предварительно затратить добавочное усилие на сжатие пружины предохранителя, что и исключает случайное включение этих передач.
Дистанционный механизм устанавливается на верхней крышке коробки передач и крепится к ней при помощи двух установочных штифтов и четырех шпилек с гайками.
В закрытом алюминиевом картере размещена рычажная передача, состоящая из валика с двумя рычагами и и штока с головкой.
Валик и шток имеют возможность двигаться как в продольном направлении, так и поворачиваться вокруг своей оси. Вилка выходного конца штока соединяется с рычагом переключения передач продольной тягой, с помощью которой изменения положения рычага передаются штоку и далее через валик и рычаг к штокам в верхней крышке коробки. Поворачиванием вилки штока производится выбор передачи, при продольном передвижении штока — переключение передачи.
Для лучшего ощущения водителем нейтрального положения механизма служит ограничитель, состоящий из цилиндрического штифта и нажимной пружины. Другим ограничителем служит предохранитель включения первой передачи и заднего хода.
Передача вращения от первичного вала к выходному — вторичному валу при включении различных передач происходит следующим образом.
При включенном сцеплении и выключенных передачах, когда каретки синхронизаторов и скользящая шестерня первой передачи и заднего хода вторичного вала находятся в нейтральном положении, вращаются первичный вал, шестерни промежуточного вала, блок шестерен заднего хода и шестерни пятой, третьей и второй передач вторичного вала.
Вращение от первичного вала при этом к вторичному валу не передается.
Для включения первой передачи скользящую шестерню первой передачи и заднего хода вторичного вала следует ввести в зацепление с шестерней первой передачи и заднего хода промежуточного вала. Вращение от первичного вала к вторичному в этом случае будет передаваться через постоянную пару шестеренки и через пару шестерен первой передачи и заднего хода.
Для включения второй передачи каретку синхронизатора второй и третьей передач следует перевести назад и ввести в зацепление с зубчатой муфтой шестерни второй передачи вторичного вала, блокируя ее этим самым со вторичным валом. Вращение от первичного вала будет передаваться к вторичному валу через постоянную пару шестерен и пару шестерен второй передачи.
Для включения четвертой передачи каретку синхронизатора четвертой и пятой передач вводят в зацепление с зубчатым венцом шестерни первичного вала. При этом первичный и вторичный валы вращаются как одно целое, а промежуточный вал вращается без нагрузки вхолостую.
При переходе с четвертой передачи на пятую каретку синхронизатора четвертой и пятой передач передвигают назад, пока каретка не войдет в зацепление с зубчатым венцом шестерни пятой передачи вторичного вала, блокируя ее с вторичным валом. Вращение от первичного вала к вторичному будет передаваться через постоянную пару шестерен и шестерни пятой передачи.
Для включения заднего хода следует передвинуть скользящую шестерню первой передачи и заднего хода вторичного вала назад и ввести ее в зацепление с меньшей шестерней блока шестерен заднего хода. Вращение от первичного вала в этом случае передается через постоянную пару шестерен промежуточному валу и далее от шестерни первой передачи и заднего хода промежуточного вала к постоянно сцепленной с ней большой шестерне блока заднего хода, затем от меньшей шестерни блока заднего хода к скользящей шестерне первой передачи и заднего хода вторичного вала и от нее через шлицы вторичному валу. При этом вторичный вал вращается в противоположную сторону относительно направления вращения первичного вала.
Знать направления вращения и числа оборотов шестерен
- ВЕРШИНА >
- Знание передач >
- Первый шаг конструкции механизма с использованием шестерен >
- Знать направления вращения и число оборотов шестерен
1. Функции редуктора
Вот список функций зубчатых передач для конструкций механизмов. (Таблица 2-1)
Таблица 2-1 Функции редуктора
| Характерные функции шестерен | Объяснение |
| Изменить направление вращения вала | (уже объяснил) |
| Преобразование вращательного движения в линейное движение | (уже объяснил) |
| Изменение направления вращения (по часовой стрелке/против часовой стрелки) | См. эту главу |
| Изменение количества оборотов (ускорение вверх/вниз) | См. эту главу |
| Изменение силы вращения (увеличение/уменьшение крутящего момента) |
Вы можете изменить направление и количество оборотов входного и выходного валов, зацепив несколько шестерен. Позвольте мне объяснить это с помощью обычно используемых цилиндрических шестерен.
2. Определение направления вращения
Как правило, при использовании редукторов в конструкции механизмов изделий мехатроники в качестве источника энергии используется двигатель. Направление вращения двигателя определяется вращением вала, если смотреть со стороны, на которую выступает вал двигателя. (Рис. 2-1)
Кстати, вращение вправо обычно обозначается как CW (по часовой стрелке), а вращение влево — CCW (против часовой стрелки).
Рисунок 2-1: Определение направления вращения двигателя
Инженерам-конструкторам-механикам необходимо передавать информацию о направлении вращения двигателя инженерам-конструкторам-электрикам и разработчикам программного обеспечения.
В отличие от двигателей, направление вращения шестерен может быть определено по-разному в зависимости от направления взгляда. Поэтому направления взгляда должны быть согласованными при отображении движения механизма с помощью изображений (рис. 2-2).
Рисунок 2-2: Определение направления вращения зубчатых колес, если смотреть с заданного направления обзора
«Слова CW и CCW часто встречаются при разработке изделий мехатроники, поэтому их важно запомнить!»
3. Коэффициент скорости (коэффициент увеличения/уменьшения скорости)
Цель конструкции механизма с зубчатыми колесами состоит в том, чтобы получить необходимое число оборотов путем объединения нескольких зубчатых колес.
Скорость вращения выходного вала уменьшена, увеличена или сделана равной частоте вращения входного вала в зависимости от назначения.
Крутящий момент уменьшается при увеличении скорости и увеличивается при уменьшении. (Этот момент будет объяснен в следующей главе.
) Поэтому скорость двигателя с малой выходной мощностью в большинстве случаев уменьшается с помощью шестерен для создания большего крутящего момента. Многие мотор-редукторы используются в автомобильных деталях, бытовой технике и двигателях промышленных машин.
Рисунок 2-3: Механизм мотор-редуктора
4. Расчет передаточного отношения одноступенчатой зубчатой передачи
Вращательное число шестерен полностью зависит от числа зубьев зацепляющихся шестерен и передается расчетным путем.
Зубчатая передача, зацепляющаяся в одной плоскости, называется «одноступенчатой передачей», и к ней применяются следующие формулы: (Рисунок 2-4)
Когда шестерня A вращается с числом оборотов NA, число оборотов шестерни B NB уменьшается до:
NB=(ZA/ZB)× нет данных
Когда шестерня B вращается на число оборотов NB, скорость вращения шестерни A увеличивается на число NA.
NA=(ZB/ZA)× NB
Рисунок 2-4: Формула передаточного числа одноступенчатого редуктора
Упражнение для соотношения скоростей (1)
Рассчитайте число оборотов и направление вращения ведомой шестерни (шестерня А).
Символ на Рис. 2-5 представляет ведущую шестерню.
* об/мин: число оборотов в минуту: число оборотов в минуту. Кстати, оборот в секунду — это «rps».
[Состояние]
Количество зубьев: ZA=20, ZB=40
Число оборотов ведущей шестерни: NB=125 об/мин
Направление вращения ведущей шестерни: против часовой стрелки
[Ответ]
Число оборотов шестерни A
NA=(ZB/ZA)× NB= (40/20)× 125 = 250 об/мин
Направление вращения шестерни A: по часовой стрелке
Рисунок 2-5: Упражнение для передаточного числа одноступенчатого редуктора (1)
Упражнение для соотношений скоростей (2)
Рассчитайте число оборотов и направление вращения ведомой шестерни (шестерня B).
Символ на рис. 2-6 представляет ведущую шестерню.
[Состояние]
Количество зубьев: ZA=17, ZB=51
Число оборотов ведущей шестерни: NA=1800 об/мин
Направление вращения ведущей шестерни: против часовой стрелки
[Ответ]
Число оборотов шестерни B
NB=（ZA/ZB）× NA= （17/51）× 1800 = 600 об/мин
Направление вращения шестерни B: CW
Рисунок 2-6: Упражнение для передаточного числа одноступенчатого редуктора (2)
Упражнение для соотношений скоростей (3)
Рассчитайте число оборотов и направление вращения ведомой шестерни (шестерня C).
Символ на Рисунке 2-7 представляет ведущую шестерню.
[Условие]
Количество зубьев: ZA=20, ZB=30, ZC=20
Число оборотов ведущей шестерни: NA=90 об/мин
Направление вращения ведущей шестерни: против часовой стрелки
[Ответ]
Число оборотов шестерни B:
NB=（ZA/ZB）× NA= （20/30）× 90 ≈ 60 об/мин
Направление вращения шестерни B: по часовой стрелке
NC=(ZB/ZC)× NB= (30/20)× 60 = 90 об/мин
Направление вращения шестерни C: против часовой стрелки
Рисунок 2-7: Упражнение для определения передаточного числа одноступенчатого редуктора (3)
Эти расчеты становятся все более громоздкими по мере увеличения числа передач.
(Рисунок 2-8)
Рисунок 2-8: Расчет передаточного числа одноступенчатого редуктора
Без проблем!
Если несколько шестерен входят в зацепление в одноступенчатой передаче, число оборотов определяется количеством зубьев входной и выходной шестерен независимо от числа шестерен и зубьев в середине.
Следовательно, число оборотов шестерни E рассчитывается следующим образом:
NE=(ZA/ZE)× Н/Д
«Расчет для одноступенчатого редуктора прост, даже если количество зацепляемых шестерен увеличивается!»
5. Расчет передаточного отношения многоступенчатой зубчатой передачи
Зубчатая передача, которая зацепляется более чем в одной плоскости, называется «многоступенчатой передачей». (Рисунок 2-9)
Рисунок 2-9: Пример многоступенчатой зубчатой передачи (двухступенчатой)
В этом случае вам необходимо рассчитать коэффициент скорости для каждой пары зацепления.
Упражнение для соотношения скоростей (4)
Рассчитайте число оборотов и направление вращения ведомой шестерни (шестерня D).
Символ на Рисунке 2-10 представляет ведущую шестерню.
[Условие]
Количество зубьев: ZA=20, ZB=40, ZC=20, ZD=30
Число оборотов ведущей шестерни: NA=120 об/мин
Направление вращения ведущей шестерни: против часовой стрелки
[Ответить]
NB=(ZA/ZB)× NA= (20/40)× 120 = 60 об/мин
Направление вращения шестерни B: по часовой стрелке
NC= NB= 60 об/мин (на том же валу)
Направление вращения шестерни C: CW
ND=(ZC/ZD)× NC= (20/30)× 60 ≈ 40 об/мин
Направление вращения шестерни D: против часовой стрелки
Рисунок 2-10: Расчет передаточного отношения многоступенчатой зубчатой передачи
По мере увеличения коэффициента уменьшения/увеличения скорости одна шестерня должна быть больше, и при использовании одноступенчатой передачи не будет много места. Следовательно, становится необходимым использовать многоступенчатые передачи для эффективного использования пространства.
Мы обсуждали, что число оборотов шестерни рассчитывается по количеству зубьев в этом разделе.
Далее мы объясним передачу крутящего момента, один из наиболее важных элементов в конструкции механизмов с зубчатыми передачами. (Продолжение следует…)
ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ
Цель написания этой статьи состояла в том, чтобы обучить читателей элементарному уровню зубчатой техники.
Мы надеемся, что фактическое проектирование и производство зубчатых передач и механизмов, использующих шестерни, осуществляется с достаточными техническими и специальными соображениями под полную ответственность пользователя.
Мы отказываемся от какой-либо ответственности и не будем компенсировать любой прямой или косвенный ущерб, причиненный механизмами, разработанными пользователями, прочитавшими эту статью.
Что такое шестерни силовой передачи? Техническое резюме
Обновлено за февраль 2020 г. || Функция шестерни заключается в зацеплении с другими шестернями для передачи измененного крутящего момента и вращения.
Фактически, зубчатая передача может изменять скорость, крутящий момент и направление движения от источника привода.
Геометрия
и общая конструкция шестерни
Когда две шестерни с неравным числом зубьев входят в зацепление, механическое преимущество делает их скорости вращения и крутящие моменты разными.
В простейших конфигурациях шестерни плоские с цилиндрическими зубьями (с краями, параллельными валу), а вал входной шестерни параллелен валу выходной. Цилиндрические зубчатые колеса в основном вращаются через зацепление, поэтому их эффективность может составлять 98% или более на каждую ступень редуктора. Однако существует некоторое скольжение между поверхностями зубьев, и первоначальный контакт между зубьями происходит сразу по всей ширине зуба, вызывая небольшие ударные нагрузки, вызывающие шум и износ.
Иногда смазка помогает смягчить эти проблемы.
В немного более сложных конфигурациях, параллельные зубчатые передачи имеют косозубые шестерни, которые входят в зацепление под углом от 90° до 180° для большего контакта зубьев и более высокого крутящего момента. Спиральные редукторы подходят для приложений с более высокой мощностью, где долгосрочная эффективность работы важнее, чем первоначальная стоимость. Зубья косозубых шестерен постепенно входят в зацепление с поверхностями зубьев, обеспечивая более тихую и плавную работу, чем прямозубые зубчатые колеса. Кроме того, они имеют более высокую грузоподъемность.
Одно предостережение: контакт зубьев под углом создает усилие, которое должна преодолевать рама машины.
Независимо от подтипа, большинство параллельноосных зубчатых передач имеют зубья шестерен с особыми эвольвентными профилями — адаптированными версиями скрученной дорожки окружности с воображаемой струной. Здесь сопрягаемые шестерни имеют касательные окружности шага для плавного зацепления качения, сводящего к минимуму проскальзывание.
Связанное значение, точка шага, — это место, где одна шестерня первоначально соприкасается с точкой шага напарника.
Эвольвентные зубчатые передачи также имеют траекторию действия, которая проходит через делительную точку по касательной к базовой окружности.
Помимо плоскопараллельных редукторов существуют непараллельные и угловые редукторы. У них есть входной и выходной валы, которые выступают в разных направлениях, что дает инженерам больше вариантов монтажа и дизайна. Зубья таких зубчатых передач бывают коническими (прямыми, спиральными или нулевыми), червячными, гипоидными, косыми или косозубыми. Наиболее распространены конические зубчатые передачи с зубьями, нарезанными под углом или конической формы.
Гипоидные шестерни очень похожи на спирально-конические шестерни, но оси входного и выходного валов не пересекаются, поэтому проще интегрировать опоры. Напротив, зубчатые передачи Zerol имеют изогнутые зубья, которые выровнены с валом, чтобы минимизировать осевые нагрузки.
Редукторы общего назначения, комплекты для крепления на валу
и червячные передачи
Зубчатые редукторы, называемые редукторами, являются составной частью многих механических, электрических и гидравлических двигателей. По сути, это шестерня или ряд шестерен, объединенных таким образом, чтобы изменить крутящий момент двигателя. Обычно крутящий момент увеличивается прямо пропорционально уменьшению числа оборотов в единицу времени.
Редукторы скорости бывают двух видов: на основании и на валу. Типы с креплением на валу выпускаются в двух версиях. Один действительно установлен на валу , поскольку входной вал приводного двигателя поддерживает его … со специальной муфтой для устранения реакции крутящего момента. Другой крепится к корпусу машины , поэтому входной вал не поддерживает вес редуктора и не компенсирует реакцию крутящего момента.
Согласно определению Американской ассоциации производителей зубчатых колес (AGMA), инженеры применяют термин «редуктор скорости» к узлам, работающим при скорости вращения шестерни ниже 3600 об/мин или скорости делительной линии ниже 5000 футов в минуту.
(AGMA — это международная группа производителей зубчатых колес, консультантов, ученых, пользователей и поставщиков.)
Редукторы, работающие на более высоких скоростях, называются высокоскоростными. Производители основывают каталожные рейтинги и технические характеристики редукторов на этих стандартах AGMA.
(Подробнее после иллюстрации.)
Здесь показаны зубчатые передачи марок Spiroid и Helicon. Подходящие для передачи мощности под прямым углом в приложениях с высокими требованиями к удельной мощности, эти зубчатые колеса с косой осью работают на непересекающихся и непараллельных осях. По сравнению с традиционными прямоугольными коническими и червячными передачами, смещение зубчатого колеса относительно осевой линии в зубчатых колесах под брендами Spiroid и Helicon обеспечивает больший контакт зубьев с поверхностью и приводит к более высокому коэффициенту контакта. Это повышает крутящий момент и обеспечивает плавную передачу движения. В зубчатых передачах марки Spiroid используется передовое программное обеспечение и инструменты, чтобы запатентованная зубчатая передача соответствовала требованиям конкретного применения.
Зубчатые передачи тихие, жесткие и компактные, с передаточными числами от 3:1 до 300:1 и выше.Типов редукторов столько же, сколько типов шестерен. Рассмотрим редукторы, в которых входной и выходной валы расположены под разными углами. Самыми распространенными из них являются червячные редукторы.
Червячные редукторы используются в двигателях с низкой и средней мощностью. Они предлагают низкую начальную стоимость, высокие передаточные числа и высокий выходной крутящий момент в небольшом корпусе, а также более высокую устойчивость к ударным нагрузкам, чем редукторы с косозубыми передачами. В традиционной установке цилиндрический зубчатый червяк входит в зацепление с зубчатым колесом в форме диска с зубьями по окружности или торцу.
(Подробнее после видео.)
Большинство червячных передач имеют цилиндрическую форму с зубьями одинакового размера. В некоторых редукторах с червячной передачей используется геометрия зубьев с двойной огибающей — с делительным диаметром, который переходит от глубокого к короткому и обратно к глубокому, поэтому в зацепление входит больше зубьев.
Независимо от версии, большинство зубчатых колес в червячных редукторах имеют чашевидные края зубьев, которые во время зацепления охватывают червячный вал. Во многих случаях скользящее зацепление снижает эффективность, но продлевает срок службы, поскольку сопряжение червячной передачи удерживает пленку смазки во время работы. Отношение червячной передачи — это количество зубьев колеса к количеству витков (заходов или ходов) на червяке.
Редуктор похож на редуктор, но редуктор не просто снижает скорость. Инженеры используют их везде, где требуется высокий крутящий момент при низкой скорости. Он уменьшает инерцию отраженной массы груза, что облегчает ускорение тяжелых грузов, позволяя конструкциям запускать двигатели меньшего размера. Редукторы бывают разных типов: от простых прямозубых до более сложных планетарных редукторов и редукторов гармонического типа, каждая со своими характеристиками и подходящими областями применения.
Одно предостережение: в некоторых случаях возникает проблема с люфтом редуктора. В этом случае рассмотрите возможность использования редуктора с малым или нулевым люфтом.
Редукторы, специальные редукторы и сервоприводы … включая планетарные передачи
Это самосмазывающиеся шестерни с металлическим сердечником от Intech для приложений с частыми циклами пуска и остановки и высоким крутящим моментом, когда компоненты силовой передачи должны противостоять ударам. Сервосистемы представляют собой прецизионные установки с обратной связью и (в большинстве случаев) довольно строгими требованиями к точности. Поэтому для этих конструкций инженеры должны выбирать редукторы с сервоприводом с хорошей жесткостью на кручение, надежным выходным крутящим моментом и минимальным люфтом. OEM-производителям, которым поручено интегрировать сервосистемы, следует искать бесшумные редукторы, которые легко монтируются на двигатель и требуют минимального или (если возможно) никакого обслуживания.
На самом деле, во многих современных машинах сервоприводы интегрированы в электромеханические устройства для конкретных приложений, и некоторые из этих устройств достаточно распространены, чтобы иметь специальные этикетки. Вот посмотрите на некоторые из наиболее распространенных.
Мотор-редуктор: Этот полный компонент движения представляет собой редуктор, интегрированный с электродвигателем переменного или постоянного тока. Обычно двигатель включает в себя шестерни на выходе (обычно в виде собранного редуктора) для снижения скорости и увеличения доступного выходного крутящего момента. Инженеры используют мотор-редукторы в машинах, которые должны перемещать тяжелые предметы. Спецификациями скорости для мотор-редукторов являются нормальная скорость и крутящий момент при остановке.
Коробка передач: Это изолированная зубчатая передача … механический узел или компонент, состоящий из ряда встроенных шестерен. Планетарные передачи распространены в интегрированных коробках передач.
Планетарные шестерни: Особенно распространенные в сервосистемах, эти шестерни состоят из одной или нескольких внешних планетарных шестерен, которые вращаются вокруг центральной, или солнечной, шестерни. Обычно планетарные шестерни устанавливаются на подвижном рычаге или держателе, который вращается относительно солнечной шестерни. В наборах часто используется внешнее зубчатое колесо или кольцо, которое входит в зацепление с планетарными шестернями.
Передаточное число планетарного ряда требует расчета, поскольку существует несколько способов преобразования входного вращения в выходное. Обычно одно из этих трех зубчатых колес остается неподвижным; другой является входом, который обеспечивает питание системы, а последний действует как выход, который получает питание от приводного двигателя. Отношение входного вращения к выходному вращению зависит от количества зубьев в каждой шестерне и от того, какой компонент удерживается неподвижно.
WEISS North America производит делительно-поворотный стол TO220C с прямым приводом, который используется в этом испытательном стенде.
Станок проверяет токарные детали автомобилей. Благодаря редукторному приводу WEISS время переключения составляет всего 0,3 секунды… при времени цикла 1,9.с (по сравнению с 2,6 с в предыдущих разработках). Планетарные передачиимеют ряд преимуществ по сравнению с другими передачами. К ним относятся высокая удельная мощность, возможность получения больших сокращений при небольшом объеме, несколько кинематических комбинаций, чистые реакции кручения и коаксиальный вал. Еще одним преимуществом планетарных коробок передач является эффективность передачи мощности. Потери обычно составляют менее 3% на ступень, поэтому вместо того, чтобы тратить энергию на механические потери внутри редуктора, эти редукторы передают большую часть энергии для продуктивного вывода движения.
Планетарные редукторы также эффективно распределяют нагрузку.
Несколько сателлитов делят передаваемую нагрузку между собой, что значительно увеличивает плотность крутящего момента. Чем больше планет в системе, тем больше нагрузочная способность и выше плотность крутящего момента.
Эта компоновка также очень устойчива благодаря равномерному распределению массы и повышенной жесткости при вращении. К недостаткам можно отнести высокие несущие нагрузки, труднодоступность и сложность конструкции.
В сервосистемах, помимо повышения выходного крутящего момента, редукторы дают еще одно преимущество — сокращение времени установления. Время установления является проблемой, когда инерция двигателя мала по сравнению с инерцией нагрузки… проблема, которая является источником постоянных дебатов (и регулярных улучшений) в отрасли. Коробки передач уменьшают отраженную инерцию на органах управления на коэффициент, равный квадрату редуктора.
Волновая передача
Волновая передача представляет собой редуктор специальной конструкции для снижения скорости. Он использует эластичность металла (прогиб) шестерни для снижения скорости. (Наборы волновых зубчатых передач также известны как Harmonic Drives, термин зарегистрированной торговой марки Harmonic Drive Systems Inc.
Волновой редуктор состоит из трех компонентов: волнового генератора, гибкого шлица и кругового шлица.
Генератор волн представляет собой узел подшипника и стального диска, который называется заглушкой генератора волн. Внешняя поверхность вилки генератора волн имеет эллиптическую форму, обработанную в точном соответствии со спецификацией. Шариковый подшипник специальной конструкции запрессован вокруг этой втулки подшипника, благодаря чему подшипник принимает ту же эллиптическую форму, что и втулка генератора волн. Конструкторы обычно используют генератор волн в качестве входного элемента, обычно присоединенного к серводвигателю.
Это прогресс зацепления зубьев с гибкими шлицами с зубьями с круговыми шлицами. Профиль зубьев шестерен Harmonic Drive позволяет зацеплять до 30% зубьев… для более высокой жесткости и крутящего момента, чем у зубчатых передач с эвольвентными зубьями.
Flexspline представляет собой тонкостенную стальную чашку. Его геометрия позволяет стенкам чашки быть податливыми в радиальном направлении, но оставаться жесткими при кручении (поскольку чаша имеет большой диаметр). Производители втачивают зубья шестерни во внешнюю поверхность возле открытого конца чашки (около края). Flexspline обычно является выходным элементом механизма.
На одном конце чашки имеется жесткая втулка, обеспечивающая прочную монтажную поверхность. Генератор волн вставляется внутрь гибкого шлица, так что подшипник находится в том же осевом положении, что и зубья гибкого шлица. Стенка гибкого шлица возле края чашки соответствует той же эллиптической форме подшипника. Это придает зубьям на внешней поверхности гибкого шлица эллиптическую форму. Таким образом, гибкие шлицы фактически имеют эллиптический диаметр шага зубчатого колеса на своей внешней поверхности.
Круговой шлиц представляет собой жесткое круглое стальное кольцо с зубьями на внутреннем диаметре.
Обычно он прикреплен к корпусу и не вращается. Его зубья входят в зацепление с зубьями гибкого сплайна. Рисунок зуба гибкого шлица входит в зацепление с профилем зуба кругового шлица вдоль главной оси эллипса. Это зацепление подобно эллипсу, концентрически вписанному в круг. Математически вписанный эллипс касается окружности в двух точках. Однако зубья шестерни имеют конечную высоту. Таким образом, на самом деле есть две области (вместо двух точек) зацепления зубьев. Примерно 30% зубов задействованы постоянно.
Упругая радиальная деформация действует как очень жесткая пружина, чтобы компенсировать пространство между зубьями, которое в противном случае увеличило бы люфт.
Угол давления зубьев шестерни преобразует тангенциальную силу выходного крутящего момента в радиальную силу, действующую на подшипник генератора волн. Зубья гибкого шлица и кругового шлица входят в зацепление вблизи большой оси эллипса и выходят из зацепления на малой оси эллипса.
Обратите внимание, что у гибкого шлица на два зуба меньше, чем у кругового, поэтому каждый раз, когда генератор волн делает один оборот, гибкий и круговой шлицы смещаются на два зуба. Передаточное число рассчитано:
количество зубьев гибкого шлица ÷ (количество зубьев гибкого шлица – количество зубьев кругового шлица)
Движение зацепления зубьев (кинематика) волнового зубчатого колеса отличается от планетарного или цилиндрического зубчатого зацепления. Зубья входят в зацепление таким образом, что до 30 % зубьев (60 для передаточного числа 100:1) постоянно входят в зацепление. Это контрастирует с шестью зубьями для планетарной передачи и одним или двумя зубьями для цилиндрической шестерни.
Кроме того, благодаря кинематике зубья шестерни входят в зацепление с обеих сторон боковой поверхности зуба. Люфт — это разница между межзубным промежутком и шириной зуба, и эта разница равна нулю в волновой передаче.
(Подробнее после галереи. Нажмите на фото для увеличения.
)
Редукторы Lampin MITRPAK используются во множестве специализированных приложений, включая подвижные сиденья на стадионах, конвейеры производственных линий, байдарки с педальным приводом и даже механизированные леденцы на палочке. Эта редукторная сборка от Lampin Corp. полезна в приложениях, где требуется надежная передача мощности. Lampin специализируется на прямоугольных редукторах и спирально-конических зубчатых передачах.В рамках конструкции производитель предварительно натягивает зубья шестерни гибкого шлица по отношению к зубьям кругового шлица на главной оси эллипса .
Зубья Flexspine и Circular Spline входят в зацепление вблизи большой оси эллипса и расцепляются на малой оси эллипса. Преднатяг таков, что напряжения значительно ниже предела выносливости материала. По мере износа зубьев шестерни эта упругая радиальная деформация действует как жесткая пружина, компенсируя пространство между зубьями, которое в противном случае вызвало бы увеличение люфта.
Это позволяет производительности оставаться постоянной в течение всего срока службы редуктора.
Волновая передача обеспечивает высокое отношение крутящего момента к массе и крутящего момента к объему. Легкая конструкция и одноступенчатое передаточное отношение (до 160:1) позволяют инженерам использовать эти редукторы в приложениях, требующих минимального веса или объема. Небольшие двигатели могут использовать большое механическое преимущество передаточного числа 160: 1 для создания компактного, легкого и недорогого устройства.
Еще одним профилем зуба для волновой передачи является S-образный зуб. Такая конструкция позволяет зацепить большее количество зубьев шестерни. В результате удваивается жесткость на кручение, удваивается номинальный максимальный крутящий момент и продлевается срок службы. Форма зуба S не использует эвольвентную кривую зуба. Вместо этого он использует серию чистых выпуклых и вогнутых дуг окружности, которые соответствуют локусам точек взаимодействия, продиктованным теоретическим анализом и анализом САПР.