Какие шкивы устанавливаются на редукторы

Любой зубчатый редуктор при попытке непосредственного соединения с обычным электродвигателем через несколько секунд работы выйдёт из строя – высокие скорости и повышенное трение между соприкасающимися деталями станут причиной поломки или выкрашивания зубьев. Необходима деталь, при помощи которой крутящий момент, передаваемый двигателем, будет уменьшен до приемлемых значений. Такой деталью и является шкив.

Где устанавливается шкив редуктора

Возможны два варианта:

• Установить шкив на выходном валу электродвигателя;
• Смонтировать шкив на приёмном валу редуктора.

Хотя последний вариант будет более компактным, на практике чаще используется второй. Причиной тому – возможность разнести по компоновке узел приводного электродвигателя с собственно редуктором, и повод ввести в конструкцию узла дополнительную, клино- или плоскоременную передачу. Хотя большинство исполнений ременных передач не являются регулируемыми по своей окружной скорости, но введением вариатора этот недостаток легко устраняется. Кстати, в случае установке шкива на приёмном валу редуктора для вариатора места не находится.

Механический вариатор представляет собой устройство, которое обеспечивает бесступенчатое регулирование окружной скорости вращения ведомого вала редуктора. В более сложном варианте состоит из двух фрикционных дисков, соединённых клиноременной передачей. Наиболее простое исполнение вариатора – деталь типа параболоида вращения, имеющая возможность перемещаться по линии контакта со сбегающей ветвью ременной передачи.

Конструкция шкива

Шкив редуктора представляет собой металлический диск с особой конфигурацией торцевой части, которая рассчитывается на надёжное фиксирование клинового или плоского ремня. Для крепления шкива к выходному валу электродвигателя в отверстии предусматривают шпоночную канавку.

Шкивы маломощных редукторов (например, в приводах электротехнических устройств) называются трибами. Они имеют упрощённую схему крепления к валам, используя для этих целей гужоны или штифты.

При проектировании шкива в расчёт принимают следующие факторы:

1. Инерционность – способность быстро передать крутящий момент на редуктор.
2. Точность – способность поддерживать значение крутящего момента с минимальными изменениями во времени.
3. Масса – возможность передачи крутящего момента без увеличения нагрузки на выходной вал электродвигателя.
4. Безопасность и надёжность – свойство обеспечить фиксацию ремня в пазах шкива.

Все эти параметры возможно обеспечить варьированием материала и размеров шкива.

Проектирование шкивов

Исходными данными для разработки являются:

1. Наибольший крутящий момент, который должен быть передан на редуктор.
2. Время передачи этого момента.
3. Допустимая угловая скорость шкива.
4. Габаритные размеры детали (более критичным чаще считается диаметр, чем толщина шкива).

Если трибы изготавливаются преимущественно из пластика (полипропилен или полиэтилен низкого давления), то шкивы для остальных типов редукторов проектируют стальными, чугунными или алюминиевыми. Реже, в основном для редукторов, работающих в коррозионно активных средах, используются также бронза или латунь.

Выбор подходящего материала для шкивов редукторов общемашиностроительного назначения производится с учётом следующих обстоятельств:

• Окружная скорость шкива не должна превышать 20…40 с^-1, причём меньшие значения соответствуют чугунным шкивам, а максимальные – стальным;
• При предельно допустимых скоростях вращения шкива, в нём возникают касательные напряжения, которые, при недостаточной плотности материала, приводят к разрушению шкива. Поэтому предпочтение имеют кованые/штампованные шкивы перед литыми или полученными механической обработкой. Наихудшими эксплуатационными характеристиками обладают литые шкивы;
• С возрастанием окружной скорости (которая, как известно, на образующей диска приобретает максимальные значения) возрастает роль концентраторов напряжений. Поэтому перепады высот во впадинах под ремень должны быть наименьшими, а радиусные переходы между отдельными элементами – обязательными.

В процессе проектирования шкивов редукторов основываются на следующих рекомендуемых соотношениях между передаваемой редуктором мощностью W и минимально допустимым диаметром шкива D:

Как изготавливаются редукторные шкивы

Не менее важным считается выбор технологии производства шкивов. Так, если критичной характеристикой шкива является его быстродействие, то рассматриваемую деталь производят из алюминия. Наилучший вариант – сплав АМц (для особо тяжёлых режимов эксплуатации, с повышением температур и ухудшением условий трения используют сплав АМцС). Наоборот, более лёгкие сплавы алюминия (например, АМг5) для изготовления шкивов малопригодны, ибо обладают сравнительно малой плотностью, и быстро разрушаются при достижении высоких окружных скоростей.

Основная масса шкивов машиностроительных редукторов изготавливается из стали или чугуна.

Чугунные шкивы используют в следующих случаях:

1. Скорость вращения - не более 20…25 с^-1.
2. Диагональные размеры шкива превышают 300 мм.
3. Профиль канавки под ремень – достаточно сложный, например, с зубцами или поперечными канавками.

В качестве материала чугунных шкивов принимают: для лёгких условий эксплуатации СЧ15, для тяжёлых – СЧ24 или СЧ32 по ГОСТ 1412-84. Значительно более высокими эксплуатационными характеристиками обладают стальные шкивы. Даже отливки шкивов из стального литья типа Сталь 25Л будут иметь на 25…40 % повышенную работоспособность перед чугунным литьём.

Несмотря на столь явное преимущество стальных отливок, литые шкивы из данного материала встречаются не столь часто. Прчина – необходимость в установках для точного центробежного литья. Которые имеются не на всех предприятиях. Последующая же механическая доработка стальных отливок может привести к ухудшению эксплуатационных качеств изделий.

Наилучшими механическими свойствами обладают шкивы, полученные технологиями пластического деформирования. При штамповке происходит упрочнение материала, залечивание его макро- и микродефектов, дробление зёрен, что, в свою очередь, обеспечивает равнопрочность материала во всех сечениях. Точная штамповка шкивов сводит к минимуму операции его механической обработки, что положительно сказывается на стоимости конечной продукции.

Особые исполнения шкивов

В быстроходных машиностроительных редукторах часто встречаются жёсткие условиях передачи крутящего момента, которые не допускают относительного скольжения сопрягаемых деталей. Для стали скольжение вызывает ускоренный износ рабочей поверхности шкива, а для чугуна – появление трещин. Конструктивные изменения – введение рёбер жёсткости, увеличение толщины шкива и т.п. – кардинально ситуацию не улучшают. Здесь наиболее эффективным решением считается применение зубчатых шкивов.

Зубчатые шкивы отличаются тем, что глубинный профиль канавки снабжён зубцами, шаг и высота которых соответствуют параметрам зубчатого приводного ремня. При увеличении скорости вращения зубчатого шкива эти зубцы препятствуют относительному скольжению ремня по поверхности канавки, чем существенно снижают износ контактирующих частей.

Требования к материалу и технологи производства зубчатых шкивов – такие же, как и для обычных, за исключением качества и формы зубчатых канавок. Если они получаются на металлорежущих станках, то неизбежное перерезывание волокон металла приводит в появлению концентраторов напряжений. Чтобы снять эти напряжения, следует либо увеличивать радиус закругления зубчатой канавки (что приводит к росту габаритных размеров шкива), либо вводить дополнительную операцию термообработки – отжиг. Здесь стоит напомнить, что любой отжиг снижает твёрдость детали, следовательно, стойкость шкива снизится.

Исходя из вышеизложенного, оптимальной технологией производства зубчатых шкивов из стали, алюминиевых или цветных сплавов является штамповка. Заготовки из алюминия и латуни деформируют в холодном состоянии, стальные заготовки шкивов - в горячем.