Принципы конструкции и практический опыт многоступенчатых непараллельных систем передачи валовых редукторов
Многоступенчатая непараллельная трансмиссия вала, включая формы пространственной передачи, такие как косковые редукторы, перекрестные спиральные редукторы и червяные редукторы, широко применяется в промышленном механическом оборудовании.Основная идея его дизайна заключается в том, чтобы сбалансировать надежность передачи, компактность конструкции и экономичность процесса.Необходимо следовать стандартизированным принципам проектирования и объединить практический опыт инженерной работы, чтобы избежать общих рисковВ этом документе систематически излагаются основные принципы устройства,инженерный практический опыт и типичные схемы планировки системы, который имеет как теоретическое руководство, так и практическую оперативность.
1Основные принципы планировки
1.1 Принципы распределения коэффициента передачи
Разумная этапная установка, небольшая спереди и большая сзади. Высокоскоростная этапная установка (близкая к источнику питания, такому как двигатель) использует меньшее отношение передачи,и низкоскоростной этап принимает более крупныйНебольшое соотношение передачи на высокоскоростной стадии может уменьшить скорость вращения и инерциальную нагрузку, избегая чрезмерного износа высокоскоростных шагов;большая коэффициент передачи на низкоскоростной стадии может удовлетворить общее потребление передачи и соответствовать условию работы с высоким крутящим моментом на низкоскоростном конце.Обычные базовые значения, основанные на стандартах механического проектирования: коэффициент передачи i одноступенчатой прямой косы ≤ 5, одноступенчатой спиральной косы ≤ 8, перекрещенной спиральной косы ≤ 8,и одноступенчатая червяковая установка составляет 10~80 (уменьшается до 8~60 в условиях тяжелой нагрузки)При распределении коэффициента передачи в несколько ступеней следует избегать чрезмерно большого коэффициента в одну ступень, чтобы предотвратить недостаточную прочность передач и усиление вибрации.
Совпадение в силе, Prolong Service LifeThe contact strength and bending strength allowances of each stage gear pair should tend to be consistent to avoid premature failure of a certain stage gear due to load concentrationНапример, если трехступенчатое соотношение общей скорости передачи i_total = 60, оно может быть распределено как i1=3, i2=4, i3=5 для достижения равномерного распределения нагрузки на всех этапах.
Приспособленные к условиям работы, гибкие системы регулирования сервопередачи или системы точного привода должны следовать принципу минимальной инерции вращения.и соотношение передачи высокоскоростной ступени должно быть меньше, чтобы улучшить динамическую реакцию системыДля тяжелой и малоскоростной систем передачи скорости коэффициент передачи малой скорости может быть увеличен в соответствующем порядке, чтобы уменьшить диаметр вала, размер подшипника и затраты на управление.
1.2 Принципы вала и пространственной планировки
Соответствие оси, направление вращения, регулируемоеУточнить угол, включенный в ось каждой ступени (Σ=90° - наиболее часто используемый стандартный угол включения),контролировать направление вращения выходной валы с помощью комбинации направления спирали передач и числа зубов, и старайтесь избегать добавления дополнительных скоростных передач для уменьшения потерь передачи и занятия места.
Плавный поток энергии, без помех для многоступенчатой серии, расположение оси должно обеспечивать передачу потока энергии в одном направлении,избежание дополнительного момента изгиба и переменной нагрузки на подшипник, что может вызвать деформацию вала или раннее повреждение подшипника.
Компактный дизайн, учитывайте жесткость, редукторы бебеля предпочтительно расположены в общей форме вершины, чтобы значительно уменьшить размер оси;пересеченные спиральные редукторы должны разумно соответствовать углу спирали и углу пересечения вала, чтобы сузить расстояние до центра; червяные редукторы предпочтительно расположены ниже (червь под червяным редуктором), чтобы обеспечить достаточную смазку;и верхние или боковые типы могут быть выбраны для сценариев высокой скорости и большой нагрузки для уменьшения потерь от перемешиванияВ то же время пара передач должна быть расположена между двумя подшипниками, чтобы избежать чрезмерно длинного выступа.Волновой вал должен быть утолщен или добавлен с помощью вспомогательной поддержки для улучшения жесткости вала.
Приспособиться ко всей машине, легкая интеграцияОтносительное положение (вертикальное, перекрестное, смещенное) вала ввода/вывода должно соответствовать общему пространству оборудования,и стандартные углы (90°), 45°) предпочтительнее для уменьшения сложности индивидуальной обработки и сборки.
1.3 Принципы баланса силы и нагрузки
Разумное смещение осевой силы для спиральных косых редукторов направление спирали может быть регулировано таким образом, чтобы осевая сила направлялась к центру протяженности подшипника, уменьшая деформацию вала;в многоступенчатой серии, осевые силы соседних ступеней должны быть максимально противоположными, чтобы компенсировать друг друга, уменьшая нагрузку на подшипник и продлевая срок службы подшипника.
Избегайте эксцентрической нагрузки, контролируйте точность выравниванияСтрого контролируйте точность выравнивания пары передач в соответствии с требованиями стандарта точности передач GB / T 10095.1-2008.Конечные механизмы должны обеспечивать совпадение вершины конуса, а ошибка угла, включенная в ось, обычно контролируется в пределах ±10′~±30′ (настраивается в соответствии с уровнем точности), чтобы предотвратить локальное износ редуктора и разрыв зуба, вызванный концентрацией нагрузки.Низкоскоростной этап передает большой крутящий момент, поэтому он должен быть расположен вблизи выходной части, а диаметр вала и размер подшипника должны быть увеличены синхронно для улучшения емкости подшипника.конструкция диаметра вала должна соответствовать требованиям проверки торсионной прочности и жесткости.
1.4 Принципы смазки, рассеивания тепла и контроля точности
Способ смазки Приспосабливается к условиям работы При средней и низкой скорости передачи может применяться смазка с размахом (линейная скорость v < 10 м/с, применимая к конусовым передачам и пересеченным спиральным передачам).и уровень масла должен контролироваться на 1/3 ~ 1/2 радиуса самой низкой передачи; для высокоскоростной (v≥10m/s) и тяжелой передачи требуется смазка впрыском масла под давлением, при этом давление впрыска масла регулируется на уровне 0,15 ~ 0.3 МПа для обеспечения достаточного запаса масла в зоне решеткиДля передачи червяков может использоваться смазка с распылением для типа, установленного ниже, а для типа, установленного выше, требуется смазка с впрыском масла под давлением.Температура масла должна контролироваться до 80°C (90°C при тяжелой нагрузке), чтобы избежать сбоя смазки., в соответствии со спецификацией по смазке шестерен GB/T 30582-2014 для подшипников высокой скорости и высокой нагрузки,может быть принята смазка масляным туманом для дальнейшего улучшения надежности смазки и эффекта рассеивания тепла.
Усилить теплораспределение, обеспечить тепловое равновесиеЭффективность передачи непараллельных валов немного ниже, чем у параллельных валов.Эффективность передачи конусовых редукторов (класс точности 5 ~ 8) составляет 95% ~ 98%., а для червяков с одной головой - 70% ~ 90% (может быть увеличена до 85% ~ 95% для многоголовых червей). Структура коробки должна быть разумно спроектирована с теплораспределяющими плавниками,добавленные трубы для охлаждения масла или вентиляторы. The area of heat dissipation fins should be determined according to temperature rise calculation to avoid excessive temperature rise (usually controlled within 40℃) leading to gear scuffing and pitting, в соответствии со спецификацией GB/T 14039-2002 "Повышение температуры для устройств передачи передач".Традиционная трансмиссия червяков имеет очевидную генерацию тепла из-за высокой скорости скольжения поверхности зуба сетки, поэтому конструкция рассеивания тепла должна быть решительно усилена.
Точное сопоставление, вибрация управления и шумВ соответствии с GB/T 10095.1-2008 точность передач высокоскоростной ступени выбирается как класс 5~6, низкоскоростной ступени - как класс 7~8,и точная трансмиссия (например, сервосистема) как класс 4 ~ 5; точность конусовых редукторов тонкой ширины должна также относиться к требованиям GB/T 10225-2025.Естественная частота каждой ступени вала должна предотвращать рабочую скорость (с маржой безопасности 1Мягкая зубная поверхность (твердость ≤ 350HBW, оттушенная и закаленная) подходит для средней и низкой скорости,легкая и средняя нагрузка, который может буферизировать удар; средняя твердая поверхность зуба (350 ~ 450 HBW) подходит для средней и высокой скорости, средней и большой нагрузки; твердая поверхность зуба (жесткость > 450 HBW,карбурированный и погашенный) выбирается для высокоскоростных и тяжелых нагрузок для улучшения несущей способностиВысокопрочные сплавы, такие как 20CrMnTi, предпочтительнее для материалов редукторов, в соответствии с требованиями стандартов конструкции редукторов.
1.5 Принципы сборки, обслуживания и процесса
Легкая сборка и регулировкаКорпус коробки предпочтительно разделенного типа (горизонтального или вертикального разделения), чтобы облегчить установку, выравнивание и регулировку пары передач;пара косых редукторов должна быть оборудована уплотнениями для осевой регулировки для точного контроля разрыва сетки и зоны контакта.
Легкое обслуживание, снижение затрат и повышение эффективности Подшипники и уплотнения расположены в местах, которые легко демонтировать.Стыковка для слива масла и стыковка для дыхания, а окна обнаружения зарезервированы в ключевых частях, чтобы облегчить ежедневный осмотр и обслуживание.предпочтительны модели угла пересечения вала и подшипников для снижения стоимости обработки и запасных частей.
2Инженерный практический опыт
2.1 Практический опыт распределения коэффициента передачи
Если соотношение общей скорости передачи превышает 80, предпочтительнее использовать комбинацию червяка + косых передач.где червоточное оборудование выполняет основную задачу замедления, а косые оборудования отвечают за изменение направления, избегая накопления ошибок оси, вызванных многоступенчатой серией конусовых передач; когда общее соотношение передачи составляет 30~80,Комбинация косых передач + цилиндрических передач может быть принята для балансирования изменения направления и грузоподъемности.
При фактической конструкции, если одноступенчатая коэффициент передачи должен превышать обычный диапазон (например, прямая конусовая передача i = 6 ~ 7),недостаточную прочность следует компенсировать увеличением модуля передач;, принимая твердую зубную поверхность, укрепляя жесткость вала и т.д.Проверка прочности контакта передач и прочности изгиба должна проводиться для предотвращения преждевременного износа колесных колес., в соответствии со стандартом GB/T 3480.1-2018 по расчету пропускной способности редуктора.
В сервосистеме соотношение передачи высокоскоростной ступени не должно быть слишком большим (обычно i≤4), иначе инерция вращения высокоскоростного вала увеличится,уменьшая скорость ответа системы и даже влияя на точность управления.
2.2 Практический опыт работы с конструкцией валов
Если пространство оборудования ограничено и требуется подъемник, то следует избегать установки на подъемниках.длина подъемника не должна превышать 3-кратного диаметра валаВ то же время диаметр вала должен быть утолщен или добавлена вспомогательная опора, а диаметр вала должен соответствовать проверке жесткости (сгиба ≤ 0.01 мм) для предотвращения плохой сетки, вызванной деформацией вала, в соответствии со стандартом жесткости конструкции вала.
При перекрестной спиральной трансмиссии угол спирали обычно составляет 15°~30°, а угол пересечения вала предпочтительно составляет 90°, что может уменьшить осевую силу и улучшить стабильность сетки;если направление вращения выходной валы необходимо регулировать, это может быть реализовано путем изменения направления спирали одной ступеньки без добавления бездействующих передач.
При установке червяного снаряжения, если используется нижний тип, высоту уровня масла следует контролировать, чтобы избежать чрезмерных потерь при перемешивании, вызванных чрезмерным погружением червя;если выбран верхний тип для сценариев высокой скорости и большой нагрузки, необходимо добавить устройство принудительной смазки, чтобы обеспечить достаточное снабжение масла в зоне решетки.
2.3 Практический опыт в области силы и смазки
Если осевые силы соседних ступеней не могут быть полностью скомпенсированы в многоступенчатой трансмиссии,должны быть выбраны подшипники с более высокой грузоподъемностью (например, угловые контактные шариковые подшипники и конические роликовые подшипники);, and the bearing life should be calculated in accordance with GB/T 6391-2010 Calculation Standard for Rolling Bearing Life to ensure that the bearing life is not lower than the expected service life of the equipment and avoid bearing failure due to excessive loadДля сценариев высокой скорости и большой нагрузки должны быть выбраны подшипники с высокой точностью и высокой надежностью для удовлетворения требований к эксплуатации оборудования.
Выбор смазочного масла должен соответствовать условиям работы трансмиссии в соответствии с GB/T 30582-2014:для малого хода и тяжелой нагрузки (фактор нагрузки K≥1) выбирается масло для скоростных редукторов с высокой вязкостью (ISO VG 220~460)..8) и масла для редукторов с низкой вязкостью (ISO VG 68 ~ 150) для высокоскоростных и легких грузов (фактор нагрузки K < 1,2); special worm gear oil (containing extreme pressure and anti-wear additives) must be used for worm gear transmission to avoid insufficient lubrication and intensified tooth surface wear caused by ordinary gear oil, что особенно важно в оборудовании с высокой долей передачи червяного снаряжения.
Конструкция ящика должна обеспечивать плавный приток масла без мертвых зон накопления масла, а канал возврата масла должен быть установлен, чтобы избежать окислительного ухудшения, вызванного длительным удержанием масла;в условиях высокой температуры, теплоизоляционный слой может быть добавлен за пределами коробки для улучшения эффекта рассеивания тепла.
2.4 Общие проблемы и методы предотвращения
Аномальный шум с решеткой редукторов и чрезмерная вибрация: в основном вызван чрезмерной ошибкой выравнивания оси, необоснованной реакцией решетки или недостаточной жесткостью вала.Опыт:Строго контролировать коаксиальность отверстия коробки подшипника и оси включает в себя угловую толерантность во время сборки; точно контролировать обратный отклик сетки посредством регулирования уплотнений; увеличить диаметр вала или установить усилители для улучшения жесткости коробки и вала.
Преждевременные повреждения подшипников: в основном вызваны суперпозицией осевой силы, плохой смазкой или отклонениями установки.Опыт:Оптимизировать распределение коэффициента передачи для компенсации части осевой силы; регулярно проверять уровень масла и состояние смазочного масла и вовремя его заменять; обеспечивать точность соответствия подшипника валю и сиденью подшипника во время установки.
Свертывание передач: в основном вызвано концентрацией нагрузки, чрезмерной температурой масла или неисправностью смазки.Опыт: Контроль точности выравнивания передач для предотвращения эксцентрической нагрузки;усилить меры рассеивания тепла для контроля температуры масла; выбирать смазочное масло, подходящее для условий работы, чтобы обеспечить достаточное снабжение маслом в зоне решетки.
Невыгодное обслуживание: в основном обусловлено неразумной конструкцией конструкции коробки и сложным демонтажем подшипников и редукторов.Опыт: Принять корпус разделенной коробки и резервное место для демонтажа;применять отсоединяемую конструкцию для ключевых компонентов (таких как подшипники), чтобы избежать целостного демонтажа; установить окна для проверки, чтобы облегчить ежедневное обнаружение.
3. Резюме
Дизайн многоступенчатой непараллельной трансмиссии должна основываться на принципах и дополняться опытом,который не только отвечает требованиям производительности трансмиссии, прочность и точность, но также учитывает удобство сборки и обслуживания и контроль затрат.необходимо гибко регулировать в соответствии с условиями работы оборудования, размеров пространства, нагрузки и других факторов, и одновременно избегать распространенных недоразумений в проектировании, чтобы обеспечить долгосрочную стабильную и эффективную работу системы передачи.