Классификация по основным признакам
Современные инженерно-технические стандарты предусматривают классификацию редукторов по следующим признакам:
- конструкция используемой передачи;
- пространственное расположение элементов;
- конструктивное исполнение.
По пространственному расположению ключевых элементов эти устройства подразделяются на редукторы вертикального исполнения и традиционные горизонтальные. Конструктивное исполнение предусматривает два дополнительных вида: чистый механический редуктор, и редуктор с двигательной установкой (мотор-редуктор). Однако общепринятой классификацией редукторов считается таковая по типу используемого передаточного узла (передачи).
Классификация редукторов
На сегодняшний день типы редукторов классифицируются на основе:
- типа механической передачи;
- расположения элементов в пространстве;
- конструктивных особенностей.
В зависимости от расположения элементов они бывают вертикального и горизонтального исполнения. Среди различных типов можно выделить традиционные механические и мотор-редукторы (с дополнительно установленной двигательной установкой).
Основная, общепринятая классификация редукторов разработана в зависимости от типа передачи и по форме шестерен:
Цилиндрический и конический редуктор
В основе таких моделей используются конические и цилиндрические передачи. Данный тип прямого редуктора характеризируется высоким уровнем КПД (более 80%, в зависимости от количества зубьев). Еще одним преимуществом является практически полное отсутствие нагрева из-за отсутствия нагревающихся элементов. Это позволяет добиться простоты механизма, отсутствия необходимости в дополнительных мерах охлаждения. Данный тип получил высокую популярность благодаря надежности и долговечности.
Планетарный
Отличается от большинства других видов схемой расположения элементов. В его основе лежит планетарная передача. Основной ее функцией можно назвать преобразование поступающего момента. Подобные модели отличаются компактностью благодаря тому, что рабочие элементы находятся в одной геометрической оси, чего нельзя встретить в стандартных механизмах. Широко распространены в сфере приборостроения и машиностроения. Они позволяют комбинировать преимущества цилиндрических и червячных.
Позволяют также добиться оптимального соотношения производительности, компактности, надежности и долговечности.
Червячный
В основе этого вида лежит червячная передача, которая позволяет использовать его для различных целей. Использование этой модели помогает преобразовывать как прямой, так и угловой крутящий момент. В основе конструкции лежит спиралевидный винт, который формой напоминает червяка, из-за чего он получил свое название. Используется довольно редко, так как не отличается надежностью и высокой производительностью. В некоторых случаях при повышении нагрузки может выйти из строя. Несмотря на свои недостатки, он прочно занял свое место в машиностроении, так как является незаменимым при передаче усилия между перпендикулярно расположенными валами.
Волновой
Имеет особенный характеристический размер и тип конструкции, в основе которой лежит неподвижный корпус с нарезанными зубьями. Внутри корпуса расположен гибкий элемент, усилие на которые передается ведущим валом, соединенным с ним. Гибкий элемент изготовлен в виде овала, благодаря чему при движении внутри корпуса создает волнообразные движения.
Данный тип отличается высокой производительностью, имея высокое передаточное отношение, достичь которое невозможно с помощью других моделей
Отличается компактными размерами, что особо важно для использования в точном машиностроении
Следует отметить, что современные тенденции машиностроения требуют особых характеристик от редукторов. Из-за этого все большего распространения получают комбинированные модели. Цилиндрические модели дополняют коническими горизонтальными передачами. Червячные дополняются дополнительными валами, а также некоторые модели оснащаются дополнительными моторами.
Различные виды мотор-редукторов получили широкое распространение благодаря тому, что в одном механизме объединяют еще и электродвигатель и все необходимые дополнительные элементы.
Волновой редуктор ZGH
Новости
|
Уважаемые Клиенты и Партнеры! Благодарим Вас за посещение нашего стенда на 19-й международной специализированной выставке «Оборудование, приборы и инструменты для металлообрабатывающей промышленности» — «Металлообработка — 2018», а также стенда нашего партнера — HIWIN, где мы совместно с поставщиком представили его продукцию в качестве официального дистрибьютора на терртории России. |
Волновой редуктор ZGH
Принцип работы волнового редуктора основывается на деформации гибкого элемента, которая обеспечивает движение зубчатого колеса внутри втулки. Деформация происходит под действием специального эксцентричного механизма, который растягивает гибкую деталь до образования двух точек соприкосновения внутренней шестеренки с зубцами внешней втулки.
Стандартное передаточное отношение — 80÷200/1 в один этап. В планетарном редукторе для достижения такого отношения понадобится 2-3 этапа передач.
Особенности. По сравнению с планетарными редукторами аналогичного диаметра и крутящего момента, этот тип имеет меньше движущихся частей, зазор меньше чем 1/2 угл.мин., работа редуктора тише.
Применение. Волновой редуктор ZGH предназначен для горизонтального и вертикального монтажа. Стандартный выход — круглый фланец с резьбовыми отверстиями, установленный в опорные перекрестные роликовые подшипники.
Габаритные размеры
| мм | Описание | ZGH64 | ZGH76 | ZGH86 | ZGh207 | ZGh238 | ZGh265 | ZGh326 |
| D1 | Выходное направляющее отверстие | 10 | 12 | 16 | 20 | 30 | 32 | 40 |
| D2 | Вращающийся выходной фланец | 24 | 30 | 38 | 56 | 80 | 96 | 135 |
| D3 | Внешний диаметр корпуса | 50 | 60 | 70 | 85 | 112 | 137 | 186 |
| D4 | Направляющее отверстие для двигателя | 30 | 30 | 30 | 50 | 70 | 70 | 110 |
| D5 | Ведущий вал двигателя | 8 | 8 | 8 | 14 | 19 | 19 | 22-24 |
| D6 | Фланец двигателя с отверстиями под винт | 46 | 46 | 46 | 70 | 90 | 90 | 145 |
| D7 | Диаметр фланца корпуса | 64 | 76 | 86 | 107 | 138 | 165 | 226 |
| D8 | Диаметр первичной ступицы | 52 | 60 | 70 | 85 | 112 | 132 | 175 |
| L1 | Габаритная длина | 69 | 74,5 | 91,5 | 107,2 | 130 | 160,2 | 202 |
Спецификация
| Технические характеристики | Единица измерения | Ratio | ZGH 64 | ZGH 76 | ZGH 86 | ZGH 107 | ZGH 138 | ZGH 165 | ZGH 226 |
| Номинальный крутящий момент на выходе | кГс*м/Нм | 80 | 0.61/6 | 1.25/12 | 2.55/25 | 4.08/40 | 10.2/100 | 20.4/200 | 36.73/360 |
| 100 | — | 1.53/15 | 3.06/30 | 5.1/50 | 12.24/120 | 20.5/240 | 45.9/450 | ||
| 120 | — | — | — | 5.1/50 | — | — | 45.9/450 | ||
| 135 | — | — | — | — | 12.24/120 | — | — | ||
| 150 | — | — | — | 5.1/50 | — | — | 45.9/450 | ||
| 160 | — | — | — | 5.1/50 | 12.24/120 | 20.5/240 | 45.9/450 | ||
| 200 | — | — | — | 5.1/50 | 12.24/120 | 20.5/240 | 45.9/450 | ||
| Максимальный крутящий момент | кГс*м/Нм | — | Три раза номинального крутящего момента | ||||||
| Предел прочности | кГс*м/Нм | — | Шесть раз крутящего момента | ||||||
| Входная частота вращения | об/мин | — | 3000 | ||||||
| Допустимая радиальная сила | кГс | 80~200 | 35 | 40 | 75 | 50 | 200 | 300 | 347 |
| Диаметр входного вала | мм | 80~200 | 8 | 8 | 8 | 14 | 19 | 19 | 22、24 |
| Вес | кг | 80~200 | 0.7 | 1.0 | 1.5 | 2.7 | 5.6 | 12 | 27.9 |
www.zetek.ru
Виды мотор-редукторов
Сегодня разработано большое число вариантов мотор-редукторов, различающихся типом двигателя, принципом построения механической части и общей геометрией. Практически все возможные комбинации присутствуют в каталогах производителей.
По виду механического зацепления подразделяют цилиндрические, конические, червячные и планетарные модели. По взаимному расположению входного и выходного валов рассматривают соосные, параллельные и угловые варианты. Исходя из передаваемых мощностей выделяют модули обычного размера и мини мотор-редукторы. По типу присоединения к процессу, встречаются варианты с одно- и двухсторонним валом, а также с полым выходным валом.
Цилиндрические мотор-редукторы
Агрегаты, использующие классические цилиндрические редукторы получили большое распространение, благодаря простоте, надежности и универсальности механической части устройства. Их использование возможно в широком спектре оборудования. В зависимости от общей конструкции, цилиндрические мотор-редукторы выполняются с соосными или параллельными валами. Количество ступеней может варьироваться от одной до шести.
По способу расположения шестерен и общей компоновке выделяют горизонтальные и вертикальные модели. Такие устройства характеризуются высоким КПД, долговечностью и относительно невысокой стоимостью. В отличие от многих других вариантов, цилиндрические редукторы обычно не допускают произвольного расположения в пространстве, что значительно ограничивает их область применения.
Конические мотор-редукторы
Устройства, собранные на основе конических шестерен, позволяют построить угловой конический мотор-редуктор. Его главной особенностью будет перпендикулярное расположение входного и выходного валов. Это ориентирует их на использование в устройствах, требующих смены направления осей. Также конические модели выгодно устанавливать в конструкциях, предъявляющих ограничение по одному из габаритных размеров устройства. Редукторы данного типа отличаются более высокой стоимостью, в виду значительной сложности изготовления отдельных деталей. Передаточное отношение конических моделей обычно невелико. Для его повышения, коническую и цилиндрическую передачи часто комбинируют, результатом чего становится коническо-цилиндрический мотор-редуктор.
Червячные модели
Сегодня, огромную популярность приобрели червячные одноступенчатые мотор-редукторы. В качестве механической передачи в них используется червячная пара. Она обеспечивает высокое передаточное отношение при сравнительно небольших габаритах. Благодаря этому стоимость червячных моделей ниже аналогов с иной конструкцией. Среди других особенностей следует выделить перпендикулярное расположение валов и самостоятельное затормаживание механизма при отсутствии внешнего поступления энергии.
В отличие от цилиндрических и конических моделей, приложение усилия к выходному валу не приведет к проворачиванию механизма. Благодаря этому такие редукторы часто используют в ответственных решениях и подъемно-транспортных устройствах. Червячные редукторы обычно не требовательны к положению установки. Благодаря герметичному корпусу их можно располагать произвольным образом, вследствие чего эти модели активно применяются для модернизации привода станков, промышленных линий и других механизмов. Среди недостатков червячных моделей обычно выделяют небольшой КПД и повышенное тепловыделение.
Планетарные и волновые мотор-редукторы
Благодаря компактности и высоким рабочим моментам, планетарные мотор-редукторы нашли широкое использование в небольших устройствах привода. Высокое передаточное отношение и способность работать с большими нагрузками, ориентирует их на использование совместно с серводвигателями промышленных роботов и других автоматических устройств. Встречаются планетарные модели и общепромышленного применения. Благодаря особенностям конструкции зубчатой передачи, данные модели мотор-редукторов выполняются с соосными валами. Это позволяет их использовать для привода практически любых механизмов.
Дальнейшим развитием планетарных передач стали волновые редукторы. Они обеспечивают большое передаточное отношение, плавность хода и высокую точность позиционирования выходного вала. Благодаря этому такие модели стали основой построения промышленных роботов. Наряду с высокими характеристиками, данные типы передач отличаются высокими требованиями к изготовлению, а, следовательно, и высокой стоимостью, что существенно сдерживает распространение данных моделей.
Обслуживание и ремонт
Сложность рассматриваемого механизма определяет то, что возникает необходимость в своевременном обслуживании и проведении ремонта
Для начала уделим внимание тому, каким образом проводится расчет планетарного редуктора. Среди особенностей этого процесса отметим следующие моменты:
Определяется требуемое число передаточных ступеней. Для этого применяются специальные формулы.
Определяется число зубьев и расчет сателлитов. Зубчатые колеса могут иметь самое различное число зубьев
В рассматриваемом случае их число довольно много, что является определяющим фактором.
Уделяется внимание выбору наиболее подходящего материала, так как от его свойств зависят и основные эксплуатационные характеристики устройства.
Определяется показатель межосевого расстояния.
Делается проверочный расчет. Он позволяет исключить вероятность допущения ошибок на первоначальном этапе проектирования.
Выбираются подшипники
Они предназначены для обеспечения плавного вращения основных элементов. При выборе подшипника уделяется внимание тому, на какую нагрузку они рассчитаны. Кроме этого, не рекомендуется использовать этот элемент без смазки, так как это приводит к существенному износу.
Определяется оптимальная толщина колеса. Слишком большой показатель становится причиной увеличения веса конструкции, а также расходов.
Проводится вычисление того, где именно должны быть расположены оси шестерен. Это проводится с учетом размеров зубчатых колес и некоторых других моментов. Как правило, в качестве основы применяется чертеж, который можно скачать из интернета. Самостоятельно разработать проект по изготовления планетарного редуктора достаточно сложно, так как нужно обладать навыками инженера для проведения соответствующих расчетов и проектирования.
Изготовить самостоятельно рассматриваемую конструкцию достаточно сложно, как и провести ремонт планетарных редукторов. Среди особенностей этой процедуры отметим следующее:
- Процедура достаточно сложна, так как механизм состоит из большого количества различных элементов. Примером можно назвать то, что сразу после разбора все иголки могут высыпаться практически моментально.
- Многие специалисты рекомендуют доверять рассматриваемую работу исключительно профессионалам, так как допущенные ошибки становятся причиной быстрого износа и выхода из строя механизма.
- Ремонт зачастую предусматривает замену шестерен, которые со временем изнашиваются. Примером можно истирание зубьев, изменение размеров посадочного гнезда и многие другие дефекты. Самостоятельно изготовить подобные изделия практически невозможно, так как для этого требуется специальное оборудование.
Чаще всего обслуживание предусматривает добавление масла. Смазка планетарного редуктора позволяет существенно продлить срок службы конструкции, так как соприкосновение и трение металла становится причиной его истирания. Рекомендуется смазывать механизм периодически, так как масло выступает еще в качестве охлаждения. В продаже встречаются специальные смазывающие вещества, которые характеризуются определенными эксплуатационными качествами.
Сегодня ремонтом редукторов занимаются компании, которые специализируются на предоставлении соответствующих услуг. Признаком того, что механизм начинает выходить из строя становится появление сильного шума, вибрации, рывков, нагрев и многое другое. Со временем процесс износа существенно ускоряется, так как металл, находящийся в масле попадает в зацепление шестерен. В большинстве случаев ремонт предусматривает замену всех элементов на новые.
В заключение отметим, что планетарный редуктор характеризуется весьма привлекательными свойствами. Примером можно назвать отсутствие большого количества крепежных элементов, а также равномерное распространение нагрузки. Как ранее было отмечено, редуктор применяется при создании различных узлов транспортных средств.
Недостатки червячных редукторов и построенных на них приводов
1. КПД червячного редуктора ниже, чем КПД цилиндрического. Причём КПД снижается с увеличением передаточного отношения. Это влечёт за собой потери энергии — фактор, который в современном мире ни в коем случае нельзя сбрасывать со счетов. Например, КПД червячного редуктора Ч-80 с передачей 1:80 российского производства составляет 58%. Остальные 42% — потери на необратимое рассеяние энергии. Этот недостаток обусловлен повышенным по сравнению с другими типами передач трением скольжения витков червяка о зубья червячного колеса. В этом смысле червячная передача похожа на передачу «винт-гайка скольжения», тоже не отличающуюся высоким КПД. В период приработки под нагрузкой в течение 200…250 часов КПД может составлять 90% от номинального.
2. Нагрев. Это – следствие предыдущего недостатка. Та кинетическая энергия, которая не была передана червячной передачей, превращается в тепло. Не зря на корпусах именно червячных редукторов выполнены рёбра, делающие их похожими на батареи центрального отопления. Некоторые крупногабаритные червячные редукторы поставляются с вентиляторными крыльчатками на свободном торце быстроходного вала. В других случаях приходится организовывать принудительную циркуляцию масла в корпусе редуктора. Сказанное относится к редукторам с большой передаваемой мощностью (свыше 4…5 кВт). В случаях с меньшей мощностью дополнительные меры по отводу тепла, как правило, не требуются. Однако, нагрев корпуса червячного редуктора при его работе всегда имеет место.
3. Самоторможение (подробнее – см. п. 5 «преимуществ»). Его появление иногда вредно – в тех случаях, когда выходной вал требуется провернуть без включения привода червячного редуктора.
4. Ограничения по передаваемой мощности. Технической литературой не рекомендуется использовать червячную передачу при передаваемой мощности более 60 кВт (источник – Справочник конструктора-машиностроителя В. И. Анурьева, т. 2, стр. 606, издание 2001 г.). Червячные редукторы на более высокую мощность, однако, существуют. Это, в основном, глобоидные червячные редукторы, применяемые в специальных случаях (например, приводы лифтов и подъёмнкиов). И всё же при выборе редуктора на такую мощность рекомендуется преимущество отдать цилиндрическим типам редукторов. Насколько мне известно, ведущие зарубежные производители червячных редукторов в основной своей массе выпускают червячные редукторы на передачу мощности до 15 кВт.
5. Люфт выходного вала. Такой люфт существует в любом из типов редукторов, однако, в червячных редукторах его величина, как правило, больше и увеличивается по мере износа.
6.Ресурс червячных редукторов принято считать ниже, чем цилиндрических. Это очень условное утверждение, но из-за наличия повышенного по сравнению с другими типами редукторов трения скольжения в зацеплении износ действительно имеет место. Российские производители редукторов предоставляют следующие данные по параметрам рабочего ресурса редукторов с разными типами передач:
7. Работа червячного редуктора в условиях неравномерных нагрузок на выходном валу, а так же при частых пусках-остановах не рекомендуется.
Червячные редукторы: общие сведения
В основе механики работы червячного редуктора лежит идея передачи крутящего момента с винта особой резьбы на зубчатое колесо.
При этом в ходе работы механизма образуются значительные показатели силы трения между поверхностями червяка и зуба приводного механизма вала.
В результате устройство выделяет большое количества тепла, требует особых условий охлаждения, имеет низкую наработку на отказ.
С течением времени из-за разрушения элементов привода возможно возникновения люфтов и увеличение выделения тепла.
К достоинствам червячного редуктора относятся:
- плавность хода выходного вала;
- большие передаточные коэффициенты;
- для выполнения поставленных перед некоторыми механизмами задач полезно свойство самоторможения редуктора: вал невозможно прокрутить при отключенном приводе.
Есть у червячного редуктора весомый список недостатков. Кроме уже упомянутых (значительное выделение тепла, низкий срок службы), к ним относятся:
- сниженный коэффициент полезного действия, который падает в ходе эксплуатации из-за износа механики;
- необходима точная регулировка и настройка.
Червячный редуктор требует отдельного крепления при установке для гарантии отсутствия паразитных разнонаправленных сил, действующих на выходной и входной валы. Если это условие не соблюдено — срок службы устройства может быть снижен по сравнению с задекларированным производителем.
Лебедка с волновым редуктором
Волновые редукторы могут быть двух типов – зубчатые и червячные. Применение лебедки в данном устройстве нашло себя лишь при использовании редуктора червячного типа. Также в волновых редукторах червячного типа с использованием лебедки существует два способа расположения червяка. Нижняя установка, когда он находится под червячным колесом, а также верхняя, когда червяк располагается над этим же колесом.
Кроме того, привод с лебедкой может использоваться для установки на космическом корабле. Привод с лебедкой для космического корабля представляет собой двухступенчатый волновой редуктор. Предназначение этого устройства на таких кораблях – это передача вращения в полностью герметичное пространство. Так как редуктор является двухступенчатым, то первая ступень – планетарная, а вторая – волновая передача. Также стоит отметить, что есть возможность сделать устройство самотормозящим. Для этого необходимо заменить планетарную передачу в редукторе на червячную.
Волновая передача
Как работает волновая передача?
Волновая зубчатая передача состоит из трёх основных деталей: генератора волны, гибкого кольца и жёсткого кольца. Генератор волны представляет собой тонкостенный шарикоподшипник напрессованный на эллиптическую втулку. Гибкое кольцо — это тонкостенное зубчатое колесо с внешним зубом. При сборке редуктора генератор волны устанавливается внутрь гибкого кольца. Диаметр гибкого кольца несколько меньше чем диаметр генератора волны, и при сборке гибкое кольцо принимает форму генератора волны. Жёсткое кольцо представляет собой прочное жёсткое зубчатое кольцо с внутренним зубом. Количество зубьев жёсткого кольца обычно на 2 зуба (реже – на 4) меньше чем у гибкого кольца. Гибкое кольцо, установленное на генератор волны, помещается внутрь жёсткого кольца и входит в зацепление с ним в двух зонах, расположенных по большой полуоси эллипса генератора волны. Вне этих зон зацепления зубья жёсткого и гибкого кольца не находятся в контакте.
Strain Wave Gear Principle — Harmonic Drive AG
А можно ли по-другому?
Описанный способ использования – неподвижное жёсткое кольцо, вход на генератор волны и выход с гибкого кольца — не единственный способ использования волнового редуктора. В качестве входа и выхода можно использовать любые из трёх указанных деталей волнового редуктора в любых сочетаниях. При этом редуктор может становиться понижающим или повышающим, изменяться передаточное число и направление вращение выхода относительно входа.
Описанная выше классическая схема волнового редуктора, в которой подшипник генератора волны принимает свою форму благодаря эллиптической втулке, не является единственной. Вместо втулки может применяться коромысло с роликами (Harmonic Drive Polimer) или планетарная ступень (Micromotion). В последнем случае речь, строго говоря, идёт уже о двухступенчатом планетарно-волновом редукторе. Также возможны варианты конструкции волнового редуктора с тремя зонами зацепления вместо двух и генератором волны более сложной формы, но они применяются редко.Чем отличается волновая передача?
- Высокое передаточное отношение на одну ступень (для большинства серийных изделий Harmonic Drive от 50:1 до 160:1, для отдельных серий и специальных разработок – от 30:1 до 320:1)
- Передаточное отношение ограничено снизу: не менее 30:1
- Высокий удельный момент в расчёте на единицу объёма и массы
- Короткая осевая длина
- Возможность легко реализовать передачу вращения в другую среду
- Возможность легко реализовать большой полый вал
- Высокая точность (HDAG)
- Отсутствие люфта (HDAG)
- Стабильность точностных характеристик в течение срока службы
- Ограниченная жёсткость на скручивание
- Несамостопорящяяся (подвержена обратному прокручиванию)
- Высокая надёжность вследствие простоты конструкции
Основные отличительные свойства волновой передачи — высокая точность, низкая масса и малая осевая длина – однозначно указывают на те случаи, когда применение волновой передачи является наиболее оправданным. По этой причине волновая передача часто применяется в применениях, требующих высокой точности, таких как высокоточные станки, роботы и промышленные манипуляторы самого разного назначения, приводы ориентации антенн связи и радаров, или требующих хороших массо-габаритных показателей: авиационная и космическая техника, оборудование для мобильных платформ. Кроме того, возможность реализации редукторов с полым валом позволяет создавать компактные конструкции многоосевых систем за счёт расположения внутри полого вала вращающихся контактных устройств (токосъёмников) для передачи электрических, оптических или гидравлических цепей на следующую ступень подвижности. Похожим образом можно размещать внутри полого вала другой вал, передающий вращение на следующую ступень подвижности, получая определённый выигрыш за счёт размещения двигателей в неподвижной части системы.
Особенности комбинированного редуктора
Тоже в некотором роде гибридная конструкция, но в данном случае объединяющая не движок с редуктором, а два разных типа передатчика крутящего момента. Если в предыдущем случае на основе редуктора можно было реализовать лишь один тип передатчика, то в комбинированных установках объединяется цилиндрический механизм с планетарным, коническим или червячным. По месту расположения тоже особых ограничений нет. Это может быть и задний, и передний редуктор с соответствующим набором операций и своей спецификой работы. Например, в комбинировано-конической системе, как правило, колеса обеспечиваются криволинейными зубьями в профиле, так как на эту ступень будут приходиться наибольшие угловые скорости с моментом порядка 60 тыс. об./мин.
