Мотор редуктори

МашиниСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 3, 2012

Мотор редукториМотор редуктори

ПОДОБНИ СТАТИИ

SIEMENS


    Механичните редуктори са механизми, предназначени да намаляват оборотите на въртене на двигателя, повишавайки въртящия момент без значителни загуби на мощност. Обикновено те представляват съвкупност от последователно свързани зъбни предавки. Намаляването на скоростта се налага от обстоятелството, че оптималната скорост на двигателите (силовите машини) е по-висока от необходимата скорост на работните машини.

Мотор редукторите (от лат. Motor - привеждащ в движение и reductor - отвеждащ назад, привеждащ обратно) са агрегати, при които електродвигателят и редукторът са непосредствено свързани и представляват едно изделие. По този начин се избягва използването на съединител между тях, какъвто е необходим при обикновените редуктори. Като елемент на електрозадвижванията мотор редукторите намират широко приложение във всички области на промишлеността - общото и тежкото машиностроене, подемно-транспортните машини, химическата и хранително-вкусовата промишленост, селското стопанство, корабостроенето, циментовите заводи, складовите стопанства, производството на строителни материали и др.

Предимствата на мотор редукторите
(познати още и като двигател редуктори) са намалени габаритни размери, висок КПД, опростен монтаж в различни пространствени положения, просто обслужване.
При малки стойности на предавателното отношение предаването на движение, респективно на въртящ момент е непосредствено чрез елементите на предавката (например зъбни колела 1 и 2) от задвижващия към задвижвания вал, т. е. изменението на скоростта е в едно стъпало. Всеки вид едностъпална зъбна предавка се използва до определена максимална стойност за предавателното число (u = z2/z1 = zизх/zвх), която е дадена в табл. 1. Като правило предавателното число на едностъпалните предавки не е достатъчно за постигане на необходимия диапазон на предавателните числа на редукторите и при необходимост от по-големи предавателни числа се прибягва до последователно свързване на едностъпални предавки от един и същ или от различни видове, като в този случай се получава многостъпален редуктор. С най-широко приложение в практиката са дву- и тристъпалните редуктори. Двустъпалните цилиндрични редуктори се изработват за uоб = 8 до 50, тристъпалните за uоб = 50 до 400. По-рядко се използват четири- и петстъпални редуктори.

Основните параметри, необходими при проектирането, сравняването и поръчката на мотор редукторите са: силови - мощност Р, респективно въртящ момент на изходящия вал Тизх и ъглова скорост wизх; кинематични - предавателно отношение (число) – i = wвх/wизх (респективно u = zизх/zв ); енергетични – к. п. д.; геометрични характеристики - междуосово разстояние, респективно междуосов ъгъл S и допълнителни, към които спадат абсолютните стойности на: маса М, обем V, себестойност С или относителните показатели: М/ Тизх, М/Р, С/М и др. Относителните показатели се използват за сравнение на различни видове мотор редуктори и като критерии при оптимизацията им.

С цел унификация и намаляване на номенклатурата на произвежданите корпусни детайли, валове и зъбни колела, основните параметри на редукторите са стандартизирани, например: предавателните числа (БДС 7553-78); междуосовите разстояния (БДС 7466-78); височината на осите и краищата на изходящите валове на редукторите. Това позволява при серийното производство в едно и също тяло да се монтират отделни стъпала (зъбни предавки) с различни предавателни числа.

Основно изискване е телата на редукторите да имат необходимата якост и коравина, поради което те се отливат предимно от сив чугун или от алуминиеви сплави. За удобство при монтажа телата на редукторите най-често са разделени. Изключение правят съосните редуктори и някои специални конструкции редуктори – вълнови, циклоидни и др. Валовете най-често се лагеруват на търкалящи лагери.

Начинът на смазване на зъбните колела зависи от скоростта им. При периферни скорости по-малки от 15 m/s се прилага смазване от маслена вана. При скорости по-големи от 15 m/s се прилага централно смазване, при което маслото се подава в зоната на зацепване под налягане от помпа. Освен за смазване маслото служи и за охлаждане на предавката. Колелата или червякът се потопяват в маслената вана не по-малко от височината на зъбния венец или на навивката. Понякога за смазване се използват паразитни зъбни колела.

Класификация на редукторите
Според кинематичната схема мотор редукторите обикновено се поразделят на съосни, планетни и др. В зависимост от вида на използваните предавки, с които е изпълнен редукторът, се различават съответно цилиндрични, конусни, червячни, вълнови, циклоидни и комбинирани редуктори.

Цилиндричните редуктори могат да бъдат изпълнени с цилиндрични зъбни колела с прави, наклонени или шевронни зъби; конусните - с конусни зъбни колела с прави и криволинейни зъби, а червячните - с червячна предавка. Възможно е редукторът да е изпълнен от последователно свързани различни по вид предавки - цилиндрични, конусни или червячни. Подобни редуктори са познати в практиката като комбинирани.
Обикновено за задвижване на мотор редукторите се използват електродвигатели с фланец или на лапи със или без вградена електромагнитна спирачка, с възможност за енкодери и принудително охлаждане, както и такива с вградени честотни регулатори (инвертори), като възможното регулиране на оборотите е 1:5 и 1:10.

От качествата и надеждността на електромеханичните задвижвания в най-голяма степен зависят и технико-икономическите показатели на проектираните съвременни машини.

Изборът на мотор редуктор зависи преди всичко от предназначението, условията на експлоатация, необходимата надеждност и ресурс, както и от стойностите и ограниченията на основните параметри, дефинирани по-горе.

Тенденции в развитието на конструкциите
Развитието на съвременната техника определя няколко основни направления в развитието на мотор редукторите:
- компановка на електрозадвижването от отделни нормализирани и стандартизирани възли – различни типове редуктори с многоскоростни или регулируеми електродвигатели и системи за управлението им. Създаването на задвижвания от готови групи или блокове, което спомага за повишаване на надеждността, съкращаване на времето за разработка, монтаж и ремонт;
- намаляване на относителното тегло на редукторите, с което се постига икономия на метал и се облекчава обслужването и транспорта им. Това е възможно при използването на материали с високи якостни качества, оптимизирана форма на детайлите, използването на нови технологии и на съвременни методи за термохимична обработка на елементите (например йонно азотиране, карбонитриране и др.), на прецизни методи на изпитване и други.
- използване на усъвършенствани планетни и нови видове механични предавки - вълнови, циклоидни, хипоидни, хиперболоидни, тип Spiroid, тип Helicon, тип Wildhaber, тип Twinspin и други.

При планетните мотор редуктори се използват различни структурни схеми на епициклични зъбни механизми.

Вълновите редуктори с гъвкаво звено използват нов вид механична предавка, при която преобразуването на движението става за сметка на движеща се вълна на еластична деформация по периферията на гъвкав елемент. Този принцип се използва при зъбните, фрикционните, винтовите и челните вълнови предавки. Деформирането на гъвкавия елемент става от вълнообразувателя (т. нар. генератор). Най-голямо разпространение имат вълновите зъбни предавки с метално гъвкаво звено и механичен генератор (специален некръгъл гъвкав търкалящ лагер). Структурно и кинематично вълновата зъбна предавка е разновидност на планетната, но конструкцията на елементите е различна.

Като мотор редуктор се използва и една модификация на планетен механизъм с много малка разлика в броя на зъбите на зъбни колела с вътрешно зацепване, но с недеформируемо свързващо звено. Такава предавка също е наречена "вълнова предавка". При това се реализира повишена товароносимост.

Предавките тип CYCLO представляват вътрешно циклоидно-ролково зацепване между две ексцентрично въртящи се шайби с външни циклоидни зъби с периферно разположени цилиндрични ролки.

Twinspin (Trohoidal gears) e компактна предавка, която работи на принципа на зацепване на цилиндрични лагерни ролки с вътрешно назъбено циклоидно колело.

Хиперболоидните предавки са неортогонални високоредуциращи зъбни механизми. Те представляват пространствени зацепвания на различни типове зъбни колела:  тип Spiroid е с зацепване на колело с конусен червяк, тип Helicon – на цилиндричен червяк с конусно колело, тип Wildhaber – на цилиндрично колело с глобоиден червяк.

Много фирми предлагат в номенклатурата си серии мотор редуктори, обхващащи цилиндрични, конусни и червячни мотор редуктори със зъбни предавки с различни мощности и предавателни числа, както и комбинирани задвижвания с включването на вариатори. Към основните типове могат да се отнесат:
Съосен цилиндричен мотор редуктор. При тази схема оста на изходящия вал съвпада с оста на вала на двигателя. Редукторите са едно- дву- или тристъпални с диапазон на предавателното число от 3 до 200. Зъбните предавки са цилиндрични с прави или наклонени зъби. Като правило се монтират "на лапи" или чрез фланец. Компановката на този вид мотор редуктор е сходна на планетните, вълновите и циклоидните редуктори, които също са съосни.

Цилиндричен мотор редуктор с успоредни валове (тип разгънат). При него оста на изходящия вал не съвпада с оста на вала на двигателя. Редукторите са едно-, дву- или тристъпални. Диапазонът на предавателното число е от 5 до 200. Използват се цилиндрични зъбни предавки с прави или наклонени зъби. Може да се монтира чрез фланец, "на лапи" или с реактивна опора. Изходящият вал е плътен или кух. Основното конструктивно предимство на кухия вал е, че редукторът може да се монтира към задвижващия вал на машината без използването на еластичен съединител.
Конусен мотор редуктор. При него осите на входящия и изходящия вал се прес
ичат под 90°. Редукторите са едно-, дву- или тристъпални. Като второ и трето стъпало обикновено се използват цилиндрични зъбни предавки. Диапазонът на предавателното число за тристъпалните редуктори е от 25 до 80. Тези редуктори могат да се монтира чрез фланец, "на лапи" или с реактивна опора. Изходящият вал е плътен или кух.

Червячен мотор редуктор. Обикновено тези редуктори са едностъпални с червячна предавка и предавателно число от 14 до 80 или комбинирани двустъпални с цилиндрично първо стъпало с наклонени зъби с предавателни числа над 90. Сред възможните начини на монтаж са чрез фланец, "на лапи" или с реактивна опора. Изходящият вал е плътен или кух. Червячните мотор редуктори имат плавна и безшумна работа, високи предавателни числа и сравнително малки габаритни размери. Характерна особеност на тези редуктори е свойството „самозадържане”. Основното им конструктивно предимство е кръстосаното на 900 положение на входящия и изходящия вал, което се явява удобство в случаите, когато няма възможност (например по изискванията за габарити или компановка) да се разположи съосен или мотор редуктор с успоредни валове.

Спироиден мотор редуктор - изпълняват се като едно- и двустъпални. Диапазонът на предавателното число за двустъпалните редуктори е от 5 до 200. Може да се монтира чрез фланец, "на лапи" или с реактивна опора. Изходящият вал е плътен или кух. Предимствата са както на червячните редуктори, като спироидните имат увеличена товароносимост.

Планетни мотор редуктори - те са съосни, имат малки габаритни размери, но са с по-сложна конструкция. Произвеждат се както за големи мощности с предавателно число от 23 до 1000, така и като едно- и двустъпални сервомеханизми с предавателни числа от 3 до 100. В някои случаи те се вграждат непосредствено в работната машина (телфери, уреди).

Вълнови редуктори - изработват се от специализирани фирми и се предлагат като готови изделия - редуктори и двигател редуктори или като отделни елементи за вграждане. Вълновите редуктори имат малка маса и габаритни размери и се използват в механизми с големи предавателни отношения – от 80 до 300 в едно стъпало, при малко на брой детайли. Приложението им е в устройства с повишени изисквания за кинематична точност и херметичност като например в робототехниката, авиационната и атомната техника, химическата промишленост и други.

Вълнови мотор редуктори с недеформируемо свързващо звено. Фамилията се отличава с големи кинематични възможности и сравнително нисък шум при нормално натоварване. Важно предимство на фамилията е осъществяването на големи предавателни числа (до 1000) при сравнително опростена конструкция и малко на брой детайли. Мотор редукторите се закрепват чрез фланец и стойка. Изработват се с плътен и кух бавноходен вал.

Повечето фирми предлагат и многостъпални мотор редуктори с вграден като първо стъпало вариатор от различен тип – с ремък, фрикционен, верижен, с диапозони 1:4, 1:6, 1:8. По такъв начин се постига безстъпално регулиране на оборотите на изходящия вал.

Почти всички произвеждани типоразмери мотор редуктори имат възможност за различни конструктивни форми и изпълнения по отношение типа на изходящия вал и начин на закрепване.

У нас са разработени и внедрени спироидни редуктори с предавателно число от 3,2 до 75. Произведени са три типоразмера оригинални мотор редуктори с ортогонална архимедова предавка тип Helicon, обект на български патент, с предавателно число 13,3 до 80 и мощност 0,37 до 1,5 kW. Те са внедрени в задвижванията на леярски манипулатори, пътнически асансьор, гаражна врата тип "крило".

Блок модулни задвижвания
Редица реномирани фирми, произвеждащи мотор редуктори, имат разработени системи от отделни механизми – блок модули, състоящи се от ограничен брой типове и типоразмери електродвигатели, зъбни редуктори, вариатори и системи за управлението им. При тяхното комбиниране и последователно свързване могат да се реализират извънредно голям брой електромеханични задвижвания от ограничен брой нормализирани модули и по този начин по-бързо и пълно да се задоволят нуждите на потребителите. Подобно свързване на отделните модули обаче е възможно само при унифицирани присъединителни размери, изпълнение на някои геометрични и конструктивни ограничения и спазване на условието за две последователно свързани предавки Тизх(n) = Твх(n+1), т. е. при предварително изградена система от блок модули.

Световната практика показва, че рационалната номенклатура задвижвания обхваща не по-малко от 500 типоразмера с параметри, построени в ред R 20 на нормалните линейни размери. Например при една от най-развитите системи от механични блок модули от 7 типови модула с 15 конструктивни варианта и 13700 типоразмера могат да се получат 205 500 комбинации на механични задвижвания с мощности от 0,1 до 250 kW и предавателни числа от 1,5 до над 4000. Относителната маса (маса/изходящ момент) средно е 0,042 kg/Nm. На фиг. 1 е показана една примерна възможност за комбиниране на различни типове редуктори, двигатели и свързващи елементи за получаване на мотор редуктори и многостъпални задвижвания. Такова последователно свързване на отделните модули е възможно само при унифицирани присъединителни размери на всички елементи от системата и спазване на условието за две последователно свързани предавки (редуктори и вариатори) Тизх(n) = Твх(n+1) .Фирмите, произвеждащи редуктори и мотор редуктори, предлагат електронни каталози за избор и софтуер за 2D и 3D-модели на задвижването, както и програми за изчисления, сравнение и оптимизация на електрозадвижванията от своята номенклатура.



Ключови думи: Мотор редуктори



ЕКСКЛУЗИВНО

Top