Редукторы и мультипликаторы предназначены для преобразования движения по скорости (угловой или линейной) и по усилию (моменту или силе). Редукторы и мультипликаторы могут быть вращательные — входное и выходное звено (вал) вращаются, поступательные — входное и выходное звено движутся поступательно и с различным движением звеньев. В последнем случае редуктор дополнительно выполняет функцию преобразования вида движения.
Редукторы
Вращательные редукторы чаще всего выполняются на основе зубчатых передач. Их и различают по виду передач: цилиндрические, конические, червячные, планетарные, волновые. Каждый вид редукторов имеет свои особенности: цилиндрический редуктор имеет высокий КПД, входной и выходной валы у него параллельны; конический редуктор также имеет высокий КПД, и позволяет передать движение через скрещивающиеся валы; червячный редуктор обеспечивает высокую плавность движения, имеет малые габариты, валы у него взаимно перпендикулярны; планетарный редуктор, как и червячный, компактен, входной и выходной валы у него, как правило, соосны; волновой редуктор имеет большое передаточное отношение при малых габаритах, отличается отсутствием геометрического люфта в зацеплении, валы у него соосны. Конечно, каждый тип редуктора имеет свои недостатки, ограничивающие его применение. Например, червячный редуктор. У него пониженный КПД, он требует хорошей смазки и охлаждения, у него ограничена скорость вращения входного вала. При однозаходном червяке, редуктор обладает свойством самоторможения, поэтому, его нельзя применять, если, в процессе движения, момент на выходном валу меняет свой знак (например, при торможении) и может оказаться больше допустимого по условию прочности деталей редуктора. У всех редукторов передаточное отношение
(6.31)
где wвх, jвх– скорость и угол поворота входного вала редуктора;
wвых, jвых – скорость и угол поворота выходного вала редуктора.
Соответственно, скорость выходного вала
(6.32)
Угол поворота выходного вала
(6.33)
Момент на выходном валу
(6.34)
где М вх – момент на входном валу;
h – КПД редуктора.
КПД редуктора зависит от его типа и величины нагрузки. С уменьшением нагрузки КПД падает. У редукторов с низким КПД и большим передаточным отношением наблюдается самоторможение, приводящее к ударам при реверсе крутящего момента на выходном валу редуктора.
При выборе редуктора по каталогу надо знать номинальную мощность и частоту вращения приводного двигателя, частоту вращения выходного вала редуктора, вращающий момент на выходном валу и эксплуатационный коэффициент нагрузки. Эксплуатационный коэффициент зависит от времени работы редуктора в течение суток, количества включений в сутки и инерции приводимых редуктором механизмов. При большом, приведенном к валу редуктора, моменте инерции возможна значительная ударная нагрузка на редуктор и, соответственно высокий эксплуатационный коэффициент. С помощью эксплуатационного коэффициента учитывают также тепловое состояние редуктора − температуру окружающей среды и относительную продолжительность включения редуктора. Полученный эксплуатационный коэффициент должен быть меньше приведенного в каталоге для каждого конкретного редуктора. В управляемом приводе, при обеспечении плавных пусков и торможений, эксплуатационный коэффициент может быть значительно снижен.
Редукция в поступательном движении может быть обеспечена самыми разными механизмами: клиновыми, рычажными, цепными, на основе зубчатых реек и шестерен и т.п. Простейшим редуктором может служить обыкновенный полиспаст (рис. 6.17).
Рис. 6.17. Полиспаст
Передаточное отношение полиспаста u = v вх/ v вых = s вх/ s вых равно числу ветвей полиспаста n. В изображенном на рис. 6.17 полиспасте
u = n = 4. Другой часто используемый редуктор − клиновой механизм изображен на рис. 6.18. При малых углах a передаточное отношение может быть очень большим. Здесь u = s вх/ s вых = ctg a.
Рис. 6.18. Клиновой механизм
Редукторы с преобразованием вида движения, как и поступательные редукторы, строятся на основе различных механизмов. Часто используется редуктор на основе пары винт-гайка (рис. 6.19). Его передаточное отношение u = wвх/ v вых = jвх/ s вых = 2p/ t, где t – шаг винта.
Рис. 6.19. Редуктор на основе пары винт-гайка
При однозаходном винте с малым шагом, передаточное отношение такого редуктора может быть достаточно большим. Винт, в этом случае можно соединить напрямую с двигателем. А если в качестве винтовой пары использовать ШВП или РВП, получим редуктор без люфтов, высокой точности и жесткости и с высоким КПД.
Мультипликаторы
Мультипликаторы, как и редукторы, преобразуют движение по скорости и усилию. В отличие от редукторов, мультипликаторы имеют передаточное отношение u < 1, т. е. мультипликаторы повышают скорость выходного звена относительно входного, увеличивают перемещение выходного звена и уменьшают усилие на выходном звене. Как и редукторы, мультипликаторы могут быть вращательными, поступательными и с преобразованием вида движения. Вращательные мультипликаторы строятся, в основном, на зубчатых передачах и, прежде всего, на цилиндрических зубчатых колесах. Фактически, это обращенные редукторы, в которых вход и выход поменялись местами. КПД мультипликаторов существенно ниже КПД редукторов и, чтобы избежать самоторможения, в мультипликаторах используют передачи с минимальным трением.
Поступательные мультипликаторы часто используются в телескопических подъемных механизмах (рис. 6.20).
Рис. 6.20. Телескопический подъемный механизм:
1 – рабочий орган (например, вилы погрузчика); 2 – телескопические рамы; 3 – цепи или тросы; 4 – направляющая; 5 – гидроцилиндр
Передаточное отношение такого механизма
(6.35)
где n – число ветвей цепных или тросовых передач.
В механизме, показанном на рис. 6.20, n = 4, 1/ n = 0,25.
Перемещение на выходе
Сила на выходе без учета трения в механизме
Мультипликатор с преобразованием вида движения изображен на рис. 6.21. Он построен на зубчатых передачах рейка-шестерня. Применяются такие мультипликаторы, например, в телескопических платформах.
Рис. 6.21. Мультипликатор с преобразованием вида движения:
1 – ведущая шестерня, 2 – промежуточная рейка, 3 – неподвижная рейка,
4 – промежуточная шестерня, 5 – выходная рейка
Передаточное отношение этого механизма
(6.36)
где u 1-2 – передаточное отношение передачи шестерня-рейка (шестерня – 1, рейка – 2),
u 2-5 – передаточное отношение передачи рейка-рейка (рейка – 2,
рейка – 5),
