Обновлено в ноябре 2018 года Лиза Тщеславная • Области применения приводных механизмов столь же разнообразны, как и двигатели, с которыми соединяются эти устройства для передачи энергии. Просто подумайте, как в конструкциях, начиная от аттракционов и заканчивая машинами для стрижки бороды потребительского класса, используются цилиндрические зубчатые колеса. Они в основном прокатываются через зацепление, поэтому могут быть эффективны на 98% или более при уменьшении, хотя и со скольжением зубьев. Они также могут быть шумными из-за первоначального контакта зуба с зубом по всей ширине зуба, вызывая слышимые ударные нагрузки.

Напротив, винтовые редукторы превосходны в тех областях применения, где требуется более высокая мощность и КПД, даже если изначально они более дорогостоящие. Приводы конвейеров, оборудование для текстильной промышленности, прокатные станы и элеваторы — вот лишь некоторые примеры. Это связано с тем, что зубья винтовой передачи постепенно входят в зацепление по своим торцам для обеспечения плавной работы и более высокой грузоподъемности. В данном случае установка станка должна включать раму для устранения осевых нагрузок, возникающих от зубчатых колес.

Непараллельные и прямоугольные редукторы часто используются в конструкциях для погрузочно-разгрузочных работ, аэрокосмической и оборонной промышленности, упаковочного оборудования и оборудования для пищевой промышленности.

Входной и выходной валы выступают в разные стороны; зубья шестерен бывают червячными, гипоидными, коническими (прямыми, спиральными или нулевыми), косыми или спирально-поперечными. Обычные конические зубчатые колеса входят в состав целого ряда погрузочно-разгрузочного и упаковочного оборудования. Гипоидные зубчатые колеса (полезные для высокоточных применений) похожи на спирально-конические зубчатые колеса, но оси выходного и входного валов не пересекаются, что упрощает интеграцию опор. Распространенные в аэрокосмической промышленности зубчатые передачи zerol имеют изогнутые зубья, которые совмещаются с валом для минимизации осевых нагрузок.

Зубчатые редукторы или редукторы скорости работают с целым рядом двигателей. Это шестерни или наборы, которые изменяют крутящий момент двигателя — обычно в виде увеличения, пропорционального снижению оборотов.

Особенно распространенные в установках для погрузочно-разгрузочных работ зубчатые редукторы, устанавливаемые на валу, выпускаются в конструкциях, действительно устанавливаемых на валу, в которых используются специальные муфты для устранения реактивного крутящего момента. Другие редукторы, устанавливаемые на валу, фактически крепятся к корпусу машины (особенно в установках с прилегающими корпусами), поэтому входной вал не поддерживает редуктор.

По данным Американской ассоциации производителей зубчатых колес (AGMA), термин редуктор скорости применяется к двигателям с линейной скоростью вращения не более 5000 об/мин или частотой вращения шестерни не более 3600 об/мин.

Рассмотрим червячные редукторы. Они обычно используются для двигателей мощностью от низкой до умеренной (в основном потому, что имеют высокие передаточные числа и высокий выходной крутящий момент, но при этом компактны и экономичны). Большинство червячных передач имеют цилиндрическую форму с зубьями одинакового размера; некоторые червячные редукторы имеют геометрию зубьев с двойным охватом (при которой диаметр шага изменяется от глубокого к короткому и обратно) для улучшения зацепления зубьев.

Металлорежущее и формовочное оборудование, строительное оборудование и упаковочное оборудование — все они выигрывают от низкого люфта этого типа зубчатых передач. Например, валки печатного станка обеспечивают плотную фиксацию отпечатка на высоких скоростях благодаря способности червячной передачи с двойным охватом противостоять ударам и выдерживать экстремальное ускорение. Низкая инерция этой передачи также позволяет прессам запускаться и останавливаться быстрее, чем прессам с многоступенчатой передачей.

Зубчатые головки, во многом похожие на зубчатые редукторы, полезны там, где требуется высокий крутящий момент при низкой скорости. Они уменьшают отраженную инерцию массы груза, тем самым облегчая ускорение больших грузов, что в некоторых случаях даже позволяет машинам работать от двигателей меньшего размера. Зубчатые передачи варьируются от простых цилиндрических до сложных планетарных и гармонических, и все они превосходны в некоторых областях применения.

Последнее (также называемое зубчато-волновой передачей) предназначено для специальных применений по снижению скорости. Более конкретно, эта передача незаменима при шарнирном соединении манипуляторов роботов, медицинском оборудовании и бурении на шельфе. (Зубчатые передачи с волновой деформацией называются гармоническими приводами, что является зарегистрированным товарным знаком систем гармонического привода.) Зубчато-волновая передача позволяет создавать конструкции с нулевым люфтом и высоким крутящим моментом в компактном корпусе.

Многие машины интегрируют сервоприводы в электромеханические устройства для конкретных применений, и некоторые из этих устройств достаточно распространены, чтобы иметь свои собственные обозначения.

Мотор-редукторы (наиболее полезные в машинах, перемещающих тяжелые грузы) включают в себя зубчатый редуктор, интегрированный с электродвигателем переменного или постоянного тока. Коробки передач представляют собой замкнутые зубчатые передачи; планетарные передачи являются распространенной формой. Планетарные передачи особенно распространены в сервосистемах. Обычно планетарные шестерни монтируются на подвижном рычаге, который вращается относительно солнечной шестерни. В большинстве случаев внешнее кольцевое пространство входит в зацепление с планетарными передачами.

Фактически, планетарные редукторы обладают рядом преимуществ перед другими редукторами — множеством кинематических комбинаций, удельной мощностью, значительным уменьшением объема за счет компактной установки и чисто крутильных реакций.

Планетарные коробки передач также повышают общую эффективность конструкции. Потери никогда не превышают 3% на ступень, поэтому передавайте большую часть энергии для продуктивного движения. Планетарные коробки передач также эффективно распределяют нагрузку.

В приложениях, приводимых в действие сервосистемами, коробки передач также сокращают время установки (что является проблемой, когда инерция нагрузки высока по сравнению с инерцией двигателя).

Рассмотрим одно конкретное приложение. Теперь промышленный робот KR AGILUS от KUKA использует новый линейный роботизированный передаточный блок KL 100 (RTU). Эта направляющая помогает повысить скорость и качество изготовления даже в стесненных условиях. Основой для разработки и оптимизации трансмиссии послужило программное обеспечение Gearfox компании Graessner USA.

Короче говоря, KUKA нуждалась в эффективной и чрезвычайно компактной коробке передач для своего KUKA KL 100 RTU. Итак, инженеры компании использовали Gearfox для учета соответствующих условий эксплуатации. Программное обеспечение даже помогло инженерам смоделировать тепловой баланс коробки передач. Инженеры также использовали программное обеспечение для определения и анализа следующих вариантов коробок передач меньшего и следующего большего размера, которые, возможно, подходят для данного применения. В конце концов, они выбрали набор DynaGear.

Программное обеспечение, основанное на Интернете, дало инженерам KUKA гарантию того, что коробка передач DynaGear будет соответствовать всем проектным требованиям (динамика, долговечность и термостойкость) до проведения физических испытаний.

Независимо от области применения, программное обеспечение MS-Graessner Gearfox помогает дизайнерам рассматривать каждую проектную задачу как сложную задачу с множеством жизнеспособных решений. К ним относятся варианты с различными приводными элементами, включая коробки передач. Во-первых, программное обеспечение определяет потребности приложения, включая определение требований к продукту и изменений в самом приложении. Затем он анализирует различные конструктивные перестановки редуктора и завершается итеративной оптимизацией коробки передач. Факторы, которые Gearfox использует при расчетах и моделировании перестановок, включают в себя скорости приложения и крутящие моменты, долговечность подшипников, усилия зацепления и КПД, моменты инерции, осевые и радиальные усилия, квадратные, кубические, квартовые и квинтовые циклы перемещения, а также профили множества серводвигателей. Программное обеспечение также использует в своих расчетах профили семи предопределенных типов приложений и пяти предопределенных типов передач.