Из чего состоит редуктор?

Редукторы - это механизмы, которые позволяют изменять вращающий момент и мощность двигателя в зависимости от необходимости. Он используется в различных машинах и станках для передачи крутящего момента на рабочие механизмы. Редуктор состоит из ряда зубчатых колес, которые соединяют входной и выходной валы, и передают вращение от одного вала к другому с изменением скорости вращения и силы тяги. Существует несколько видов редукторов, включая червячные, цилиндрические и конические, каждый из которых обладает своими уникальными характеристиками и предназначен для различных приложений.

Принцип работы и устройство редуктора

Редуктор, газовый или гидравлический, представляет собой механическое устройство, способное изменять угловую скорость и крутящий момент. Его работа основана на Золотом правиле, согласно которому передаваемая вращательная мощность практически не меняется, однако снижается из-за коэффициента полезного действия (КПД).

Устройство редуктора

Простейшее устройство редуктора представляет собой сочетание зубчатого колеса и шестерни. Крутящий момент передается благодаря непосредственному контакту между зубьями – элементами детали. Шестерня и колесо перемещаются с одинаковой линейной скоростью, но с различной угловой скоростью. Количество оборотов шестерни и колеса в единицу времени разное и зависит от диаметров деталей и количества зубьев.

Шестерни и колеса могут быть неподвижно закреплены на валах или произведены с ними вместе. В корпусе может быть от одной до нескольких пар зубчатых зацеплений. Структура редуктора включает в себя следующие элементы:

• корпус;
• крышка корпуса;/li>
• пары зацеплений;
• валы;
• подшипники;
• уплотнительные кольца;
• крышки.

В нижней части корпуса редуктора расположено отверстие для слива масла и контроля уровня смазочных материалов. Для этого используют глазок или щуп. Разъем с крышкой выравнивается с плоскостью расположения осей.

На кинематической схеме редуктора показаны зубчатые соединения, положения валов и направление вращения. Тип зубьев, прямой или наклонный, также указывается на схеме. Используя кинематическую схему, можно определить количество ступеней, передаточное число и другие характеристики работы данного редуктора.

Принцип работы механического редуктора заключается в передаче вращающего момента от одного вала к другому с помощью взаимодействия зубчатых деталей, которые закреплены на них неподвижно. Линейная скорость зубьев остается одинаковой и не может быть разной, так как контакт между зубьями жесткий.

Действие редуктора основано на принципе силы зуба, который передает усилие, двигающее ведомое колесо, на поверхность аналогичной смежной детали. Это приводит к уменьшению скорости вращения. На выходном валу создается усилие, способное привести в движение исполнительный механизм.

Главная пара всегда состоит из первой, быстроходной шестерни или червяка, связанного с двигателем, и соответствующего ему колеса. От типа главной пары зависят и характеристики всего узла. Количество ступеней равно числу зацеплений, которые имеют передаточное число больше 1.

Кроме рабочих шестерен, могут использоваться паразитные, которые не изменяют крутящий момент, а лишь направление вращения колеса и соответственно вала, на котором оно расположено.

Маркировка редукторов

Редукторы имеют условное обозначение, которое состоит из ряда цифр и букв, указывающих на его параметры и тип. Первая цифра обозначает количество ступеней передач и тип зубчатого зацепления:

• цилиндрическое – Ц;
• червячное – Ч;
• коническое – К;
• глобоидное – Г;
• волновое – В;
• планетарное – П.

Комбинированные модели обозначаются несколькими буквами, начиная с первой пары:

• цилиндрически-червячные – ЦЧ;
• червячно-цилиндрические – ЧЦ;
• конически-цилиндрические – КЦ.

За цифрой, обозначающей количество передач, может следовать буква В, если редуктор установлен вертикально, или Б, если это быстроходная модель. После этого ставится условное числовое обозначение варианта сборки.

Далее указывается расстояние между осями ведущего и выходного вала, передаточное число цифрами и форма выходного вала буквенным обозначением, например, Ц – цилиндрический хвостовик, К – конический.

Маркировка может также содержать указание на климатическое исполнение, например, для тропиков или северных районов, и указание на государственный стандарт, по которому выполнен редуктор.

Электрический привод – мотор и передаточный узел в одном корпусе – имеет свою маркировку. Сначала указывается буквенное обозначение марки сборного привода, затем указывается скорость вращения выходного колеса, поскольку она постоянна и соединена с одним электродвигателем.

Технические параметры

Технические параметры редукторов могут различаться по внешним размерам и форме корпуса, но объединяют их общие технические характеристики, которые позволяют подобрать наиболее подходящий для конкретной машины или станка. Основные параметры редуктора включают в себя передаточное число, передаточное отношение, крутящий момент, расположение, количество ступеней и другие. Передаточное число определяется для всех передач, и таблица передаточных чисел указывается, если у редуктора есть 2 и более ступеней. Значение крутящего момента на выходном валу также важно для определения достаточности мощности для приведения в движение агрегата.

Передаточное число – основная характеристика зубчатых зацеплений, от которой зависят все другие параметры. Оно показывает, на сколько оборотов меньше ведомое колесо делает относительно ведущей шестерни. Формула передаточного числа:

U = Z2/Z1;

где U – передаточное число;

Z1 – количество зубьев ведущей шестерни;

Z2 – количество зубьев ведомого колеса.

Модуль зубьев шестерни и колеса одинаковый, и количество их зубьев зависит от диаметра. Поэтому можно использовать формулу:

U = D2/D1;

Где D1 и D2 – диаметры ведущей шестерни и ведомого колеса соответственно.

Общее передаточное число определяется как произведение передаточных чисел всех зубчатых пар:

Uр = U1 × U2 × … × Un;

Где Uр – общее передаточное число;

U1, U2, Un – передаточные числа зубчатых пар.

При расчете передаточного числа в цилиндрических и червячных передачах используется отношение количества зубьев ведомого колеса к числу заходов червяка.

В цепных передачах расчет передаточного числа производится по количеству зубьев на звездочках и диаметрам деталей.

Передаточное отношение

Эта величина рассчитывается по формуле, основанной на взаимосвязи мощности и угловых скоростей шестерен, как главной, так и ведомой. При обратной направленности кручения вала при обозначении используется знак “минус”. В ситуации, когда число передач нечетное, наблюдается противоположное вращение ведомого колеса, в сравнении с ведущим. Если число зацеплений четное, то валы сразу будут вращаться в общем направлении. Корректировка направления вращения возможна путем установки вспомогательной шестерни, она не влияет на прочие характеристики механизма, не снижает крутящий момент и КПД.

Расчет мощности на выходе механизма возможен при наличии данных о крутящем моменте выходного вала. Показатель на выходном валу – это произведение аналогичного параметра на входном валу и передаточного отношения. В более точных формулах также может использоваться КПД. Коэффициент находится в прямой зависимости от числа ступеней и типа редуктора, может доходить до 98-процентных значений.

Области эксплуатации

Редукторы активно используются в самых разных системах, промышленных производственных комплексах, машинах. Например, они востребованы в подъемных механизмах, транспортерных лентах, установках, использующихся для заготовки древесины, насосах, компрессорах, транспортных единицах, от легковых автомобилей до огромных грузовиков и специализированной техники, самосвалов, комбайнов.

Независимо от того, где именно установлен механизм, он выполняет крайне значимую функцию. Корректировка количества оборотов и угловой скорости дает возможность значительно повысить крутящий момент выходного вала и, соответственно, усилие, передаваемое на соединенный с ним исполнительный механизм.

Предположим, что базовая скорость вращения электропривода находится на уровне 1500 оборотов в минуту, что не соответствует техническим параметрам машины. Прямое соединение исполнительного оборудования с приводом не позволит наладить работу, крутящий момент окажется недостаточным. В такой ситуации использование редуктора выглядит наиболее рациональным вариантом, ведь с его помощью вращающий момент многократно возрастет, причем нагрузка на привод не увеличится, не возникнет угроза его выхода из строя, перегрева.

Классификация редукторов по государственным стандартам

Все редукторы должны выпускаться в соответствии с установленными межгосударственными стандартами качества. Механизмы, эксплуатируемые в общих машиностроительных областях должны соответствовать определенным техническим требованиям и условиям. На каждом редукторе предусмотрена табличка, на которой вытеснено условное обозначение нормативных документов, которым он соответствует. При классификации по ГОСТу учитывают множество важных параметров:

• тип устройства;
• технические характеристики;
• массу и размер под конкретный тип;
• номинальное передаточное отношение;
• вариант сборки;
• межосевое расстояние тихоходных ступеней;
• категорию точности;
• дополнительные свойства.

Типы редукторов

Цилиндрические редукторы

Для лучшего понимания общих особенностей механизмов, следует более подробно рассмотреть наиболее популярные классы. Первое место занимают цилиндрические модели, у которых рабочие плоскости колес и шестерней напоминают цилиндры. При достаточно простой конструкции и невысокой цене, такие редукторы характеризуются внушительным КПД.

Цилиндрические устройства можно разбить на подгруппы в соответствии с конфигурацией зуба:

• прямозубые;
• косозубые;
• шевронные.

Максимальный КПД достигается на прямозубых версиях, он доходит до 99-процентных значений за счет того, что площадь взаимодействия оказывается максимальной, нагрузка распределяется равномерно, трение уменьшается. Такая конструкция, вдобавок, позволяет свести к минимуму нагрузку, испытываемую подшипниками, снизить выраженность их нагрева, что положительно сказывается на долговечности. Минусы схемы – шумность и невысокая мощность, если нужно достичь больших ее значений, приходится увеличивать габариты колес.

Косозубые аналоги функционируют гораздо тише, однако, не столь долговечны, конструкция зуба приводит к увеличению осевых нагрузок, приходящихся на подшипники, срок службы сильно снижается. Второй негативный момент – более высокая цена, характерная  производственными сложностями.

Наиболее технологичные решения, в которых устранены все негативные моменты, характерные для косозубых элементов – шевронные. В них также реализован наклон зубьев, однако, его направление различно, за счет чего удается исключить осевые нагрузки. Передача мощности, при этом, максимально эффективна. Единственный отрицательный момент, характерный для таких механизмов – высокая цена, которая объясняется производственными сложностями.

Передачи указанного типа считаются наиболее распространенными и универсальными, встречаются как в компактной бытовой технике, вроде мясорубок и кофемолок, так и в наиболее мощных системах, металлургической, горнодобывающей отрасли.

Конические редукторы

Такая передача состоит из шестеренки и колеса конической формы. Валы, удерживающие их, располагаются под углом друг к другу, зубцы на шестернях могут иметь прямую и радиальную конфигурацию, допустима возможность вращения в любом направлении.

Число передач в такой системе определяется спецификацией. Очень часто решения подобной конфигурации можно увидеть на транспортных средствах, предназначенных для поездок по бездорожью, увеличение крутящего момента способствует максимально уверенному преодолению сложных препятствий, снежных заносов, грязи, бродов.

Червячные редукторы

Передачи подобного типа применяются как альтернатива ведущей шестерне в парах, где для зацепа используются зубья. На них сформирована резьба, количество нитей которой различно, валы размещены под прямым углом друг к другу.

Вращение червячного элемента приводит к контакту сразу с несколькими колесными зубцами. Формируемая сила трения, вектор которой направлен под небольшим углом, не дает червяку сдвинуться. Эта особенность делает передачи востребованными в подъемных установках, где груз в процессе подъема не должен сорваться. Дополнительный плюс червячного редуктора – максимальная точность перемещения рабочих элементов, благодаря чему он востребован в станках, где этот момент является крайне важным для эффективной работы. Примерами могут стать роботизированные установки.

Механизмы характеризуются плавностью, тишиной работы, значительным передаточным числом пары, достигающим значения в 80 единиц. К числу минусов относится не самый высокий КПД, а также выраженный нагрев в процессе работы, из-за чего приходится использовать системы активного охлаждения, радиаторы и вентиляторы, одной смазки недостаточно для отвода избыточной тепловой энергии.

Планетарные редукторы

Устройство редуктора планетарного типа выделяется на фоне прочих схем. Основная особенность – жесткая фиксация большого зубчатого колеса, в процессе работы оно остается статичным. В центре находится главная шестерня, вокруг которой вращаются колеса-сателлиты. С выходным валом жестко соединен элемент, называемый водилом, он также вращается вокруг центральной шестерни.

Планетарные механизмы достаточно сложны с конструктивной точки зрения, что сказывается на стоимости, однако, расходы, связанные с покупкой, в полной мере оправданы впечатляющей мощностью, компактностью, возможностью использования даже в малогабаритных приводных системах, плавностью хода.

Комбинированные редукторы

Такие редукторы укомплектованы передачами сразу нескольких классов. Наиболее распространенная комбинация – цилиндрические и червячные, либо конические пары.

В категорию также входят мотор-редукторы, устройство которых предполагает размещение в общем корпусе как привода, так и деталей, отвечающих за преобразование скорости и крутящего момента.

Отдельного упоминания заслуживают волновые модели, где передача усилия основывается на колебаниях, формируемых шестеренкой, находящейся внутри колеса. Эту схему можно назвать инновационной, практика показала, что она характеризуется внушительным набором преимуществ, но о широком распространении речи пока нет.

Что стоит учитывать при выборе механизма

Выбор редуктора - важный процесс, которому стоит уделить особое внимание, так как от качества узла зависит работа всей системы. В первую очередь рекомендуется сделать акцент на производителя механизма, его вид, маркировку и соответствие установленным стандартам качества.

Далее нужно изучить технические характеристики устройства - показатель мощности выходного вала, расположение ведущих и ведомых колес, тип зацепления зубьев и узла подшипников, передаточное число главной пары, а также время рабочего режима. Все параметры должны быть прописаны в техническом паспорте.

Частые поломки и особенности обслуживания

Как и у всех механизмов, у редукторов есть свой эксплуатационный ресурс, для увеличения которого следует уделять достаточное внимание профилактическому обслуживанию. Его интервалы должны быть закреплены в сопроводительной инструкции, техническом паспорте. Наиболее значимый момент – периодическая замена масла, а также поддержание его уровня выше минимальной отметки.

Именно масло защищает устройство от чрезмерного нагрева, чревато термическими деформациями, а также снижает интенсивность трения в контактной области, что исключает появление на деталях механических повреждений, сколов, трещин. Используемые смазочные вещества должны соответствовать официальным рекомендациям и инструкциям от производителя редуктора, в противном случае их эффективная работа не гарантирована.

Работоспособность и эффективность механизма неразрывно связана с состоянием подшипников, срок их эксплуатации также закреплен в техпаспорте. Несвоевременная замена приведет к повышению нагрузки на другие узлы и механизмы, вал начнет вращаться со значительным сопротивлением, снижающим КПД и способным привести к полному разрушению редуктора.

При осмотре обязательно нужно проверять герметичность корпуса, чтобы крышки максимально плотно прилегали к нему, в противном случае произойдет утечка масла. Для уплотнения используются специальные элементы на основе технологичного полимерного материала, либо герметики.

Характеристики механизма должны на 100% соответствовать возможностям привода, в комбинации с которым он используется. Использование на двигателе со слишком большой скоростью вращения недопустимо, это приведет к скорой поломке.