Червячные редукторы РЧН
Червячные редукторы РЧН: конструкция, применение и технические аспекты
Червячные редукторы серии РЧН представляют собой механические передачи, преобразующие вращение входного вала (червяка) в пониженное вращение выходного вала (червячного колеса) с изменением направления вращающего момента. Основной принцип действия основан на зацеплении винта с особой резьбой (червяка) и зубчатого колеса со специальным профилем зубьев. Передаточное отношение определяется отношением числа зубьев червячного колеса к числу заходов червяка, что позволяет достигать высоких значений (до 100 и более в одной ступени) при компактных габаритах. Ключевой особенностью червячной пары является возможность самоторможения: при определенных условиях (угол подъема витков червяка меньше угла трения) передача вращения от колеса к червяку становится невозможной, что исключает обратный ход без применения дополнительных тормозных устройств.
Конструктивные особенности и устройство редукторов РЧН
Конструкция редуктора РЧН является типовой для общепромышленных червячных редукторов. Основные компоненты включают:
- Корпус: Изготавливается из чугуна марки СЧ20. Имеет ребра жесткости для обеспечения необходимой прочности и теплоотвода. В нижней части расположено маслозаборное отверстие, в верхней – маслоналивная пробка с указателем уровня и воздушный фильтр (сапун).
- Червяк: Выполняется из цементируемых сталей (например, 20Х, 18ХГТ). После механической обработки подвергается цементации, закалке и шлифовке витков до высокой чистоты поверхности (Ra 0.8-0.4) для снижения потерь на трение. Червяк может быть однозаходным или многозаходным. Устанавливается на радиально-упорных подшипниках качения.
- Червячное колесо: Составная конструкция. Венец изготавливается из антифрикционных оловянистых бронз (БрО10Ф1, БрО5Ц5С5) или безоловянистых аналогов. Центр (ступица) – из чугуна или стали. Венец напрессовывается на центр и дополнительно фиксируется винтами. Зубья подвергаются точной механической обработке.
- Валы: Выходной вал выполнен из углеродистой или легированной стали (45, 40Х), закален. На выходном конце имеет шпоночный паз по ГОСТ 23360. Входной вал может быть выполнен как одно целое с червяком или представлять собой отдельную сборку.
- Система смазки: Применяется картерная (окунанием) смазка. Червяк при вращении захватывает масло и разбрызгивает его внутри корпуса, смазывая зацепление и подшипники. Для отвода тепла, выделяющегося в результате значительного трения в зацеплении, корпус часто оснащается ребрами охлаждения. В тяжелых режимах работы могут применяться дополнительные внешние теплообменники или вентилятор-крыльчатка на быстроходном валу.
- Уплотнения: На концах валов устанавливаются манжетные уплотнения (сальники) для предотвращения утечки масла. В новых моделях могут применяться лабиринтные или торцевые уплотнения.
- Передаточное число (i): Номинальное отношение частоты вращения входного вала к частоте вращения выходного. Для серии РЧН стандартизированный ряд включает значения: 8, 10, 12.5, 16, 20, 25, 31.5, 40, 50, 63, 80.
- Номинальный крутящий момент на выходном валу (T2Н, Н*м): Основная характеристика, определяющая нагрузочную способность редуктора. Указывается для определенного режима работы.
- Коэффициент полезного действия (КПД): Зависит от передаточного числа, скорости вращения, качества изготовления и смазки. Для одноступенчатых червячных редукторов обычно находится в диапазоне 0.7-0.92 (чем выше i, тем ниже КПД). Потери складываются из потерь в зацеплении, в подшипниках и на перемешивание масла.
- Тепловая мощность (Pт, кВт): Максимальная мощность, которую редуктор может передавать в установившемся тепловом режиме (без перегрева масла выше допустимой температуры, обычно +85…+95°C). Часто является лимитирующим фактором, особенно при непрерывной работе.
- Схема сборки (монтажное исполнение): Определяет положение осей валов в пространстве и конструкцию лап корпуса. Для РЧН распространены исполнения: 1 – червяк под колесом, 2 – червяк над колесом, 3 – червяк сбоку от колеса (вертикальная ось червяка).
- Высокое передаточное число в одной ступени.
- Компактность и относительно небольшая масса по сравнению с цилиндрическими редукторами при одинаковом i.
- Плавность и бесшумность работы.
- Самоторможение при определенных условиях (угол подъема витков меньше угла трения).
- Возможность расположения скрещивающихся осей валов под 90°.
- Сравнительно низкий КПД, значительный нагрев при непрерывной работе.
- Ограниченная передаваемая мощность (обычно до 60-80 кВт).
- Повышенный износ и склонность к заеданию при неправильной эксплуатации или некачественной смазке.
- Необходимость применения дорогостоящих бронз для венца колеса.
- Обратный ход (от колеса к червяку) в большинстве случаев нежелателен или невозможен.
- Исполнение 1: Червяк расположен под червячным колесом. Масляная ванна глубже, лучше смазка подшипников червяка, но возможен повышенный нагрев от масла, попадающего на червяк.
- Исполнение 2: Червяк расположен над червячным колесом. Смазка зацепления надежна, но смазка подшипников червяка может быть хуже. Меньше потери на перемешивание масла.
- Исполнение 3: Оси валов расположены вертикально (червяк – вертикально, колесо – горизонтально или наоборот). Требует особого внимания к смазке верхнего подшипника червяка и контролю уровня масла.
Основные технические характеристики и параметры выбора
Выбор редуктора РЧН осуществляется на основе расчета по следующим ключевым параметрам:
| Типоразмер | Передаточное число, i | Ном. момент Т2Н, Н*м | Допуск. радиальная нагрузка на выходной вал, Н | Масса, кг (примерно) |
|---|---|---|---|---|
| РЧН-80 | 40 | 210 | 3500 | 15 |
| РЧН-100 | 40 | 500 | 6500 | 30 |
| РЧН-125 | 40 | 1000 | 9000 | 55 |
| РЧН-160 | 40 | 2200 | 14000 | 110 |
Области применения и монтаж
Редукторы РЧН находят применение в различных отраслях промышленности благодаря компактности, высокому передаточному числу и свойству самоторможения. В энергетике они часто используются в приводной технике вспомогательного оборудования: задвижек и шиберов, дозирующих устройств, конвейеров для топливоподачи, поворотных механизмов, подъемных устройствах решеток и золоудаления. Монтаж требует тщательного выверения соосности с приводным электродвигателем (обычно через упругую муфту) и нагруженным механизмом. Несоосность приводит к повышенным нагрузкам на валы и подшипники, вибрациям и преждевременному выходу из строя. Редуктор должен быть установлен на жестком, ровном фундаменте. Особое внимание уделяется уровню масла, который должен находиться между метками на указателе. Первая замена масла проводится после 300 часов обкатки, последующие – согласно регламенту ТО (обычно через 10-15 тыс. часов).
Преимущества и недостатки червячных редукторов серии РЧН
Преимущества:
Недостатки:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Как определить необходимый типоразмер редуктора РЧН для привода?
Выбор осуществляется по двум критериям: по нагрузочной способности (номинальному моменту) и по тепловой мощности. Рассчитывается требуемый крутящий момент на выходном валу и входная мощность. По каталогу выбирается редуктор, у которого номинальный момент Т2Н с запасом превышает расчетный, а допустимая тепловая мощность Рт превышает расчетную входную мощность с учетом коэффициента эксплуатации (КПД, продолжительности включения, температуры окружающей среды).
Какое масло необходимо заливать в редуктор РЧН и как часто его менять?
Применяются индустриальные масла для зубчатых передач с противозадирными и антифрикционными присадками. Традиционно использовались масла типа И-Г-А (индустриальное для гидравлических систем и приводов), например, И-Г-А-32 или И-Г-А-68 по ГОСТ 17479.4. В настоящее время рекомендуются современные аналоги: ISO VG 68, 100, 150 (в зависимости от типоразмера и температуры окружающей среды). Первая замена – после обкатки (200-300 часов). Последующие замены – каждые 4000-10000 часов работы, но не реже одного раза в год. Контроль уровня – еженедельно.
Почему редуктор РЧН сильно греется при работе? Это нормально?
Повышенный нагрев – характерная особенность червячных передач из-за значительного скольжения в зацеплении. Нормальной рабочей температурой масла в картере считается диапазон 70-85°C. Превышение температуры выше 90-95°C свидетельствует о проблемах: перегрузка по моменту или тепловой мощности, несоосность валов, неверный уровень или качество масла, загрязнение ребер охлаждения, отсутствие вентиляции. Необходимо остановить редуктор, найти и устранить причину перегрева.
В чем разница между исполнениями РЧН-1, РЧН-2, РЧН-3?
Цифра обозначает монтажное исполнение, определяющее взаимное расположение червяка и червячного колеса в пространстве:
Выбор исполнения зависит от компоновки привода в пространстве.
Что такое «самоторможение» червячного редуктора и когда оно возникает?
Самоторможение – это свойство передачи, при котором обратная передача движения от тихоходного вала к быстроходному (от колеса к червяку) становится невозможной из-за сил трения. Оно возникает, когда угол подъема витков червяка (γ) меньше приведенного угла трения (ρ’) в зацеплении. Самоторможение не является абсолютным и зависит от качества поверхности, смазки и износа. В каталогах обычно указывают, для каких передаточных чисел (обычно i > 35-40 для однозаходных червяков) редуктор является самотормозящим. Данное свойство нельзя путать с динамическим торможением. Для ответственных механизмов, где недопустимо самопроизвольное движение, необходимо применение дополнительного тормоза.
Как правильно соединить редуктор РЧН с электродвигателем?
Соединение всегда должно осуществляться через упругую компенсирующую муфту (например, MUVP, MUV, пальцево-втулочная по ГОСТ 21424), которая компенсирует возможную несоосность валов в пределах своих технических характеристик и гасит ударные нагрузки. Прямое соединение через жесткую муфту недопустимо. Монтаж и центровка выполняются с использованием щупов и индикаторных приборов. Допустимые радиальные и угловые смещения указаны в паспорте на муфту.