Что такое редуктор

Конструктивные особенности

Схема наиболее простого редуктора – это комбинация шестеренок и зубчатых колес. Передача вращающего момента достигается за счет прямого механического взаимодействия указанных элементов. Линейные скорости их движения идентичны, тогда как угловые – в значительной степени отличаются. Число оборотов шестеренок и колес за определенный временной отрезок определяется габаритами и количеством зубцов.

Как колеса, так и шестерни, могут быть жестко зафиксированы на валах, либо быть неотъемлемыми элементами их конструкции, что достигается за счет литьевой технологии производства. Внутри одного корпуса может быть расположена как единственная, так и целый набор пар рабочих элементов. Общая конструкция редуктора состоит из следующих деталей:

• Прочный корпус, обеспечивающий защиту от внешних механических воздействий, структурное единство всех внутренних механизмов.

• Крышка, защищающая от попадания внутрь влаги и пыли.

• Рабочие пары, то есть шестерни и зубчатые колеса, механически взаимодействующие друг с другом.

• Валы из прочного металла, устойчивые к нагрузкам на скручивание и изгиб.

• Подшипники, уменьшающие коэффициент трения, способствующие максимально эффективной передаче крутящего момента.

На корпусе механизма могут быть предусмотрены дополнительные отверстия, контрольные метки, позволяющие проводить смазку подвижных деталей, отслеживать текущий показатель масла для исключения чрезмерных нагрузок, перегрева и других потенциально опасных явлений, способных вывести механизм из строя. Помимо смотрового глазка, для контроля может использоваться щуп.

Классический механизм использует принцип передачи крутящего момента между валами посредством жестком зафиксированных на них шестерней. В таком случае полностью исключены колебания линейной скорости, что объясняется максимально плотным взаимодействием между зубцами.

Рабочая пара в любом случае сформирована первой шестерней, отличающейся высокой скоростью вращения, либо червяком, соединенным с приводом, и колесом соответствующих габаритов. Именно эта, главная, пара и придает редуктору основные технические параметры, которые в обязательном порядке следует учитывать при подборе. Помимо основных шестерен, в механизме могут присутствовать и вспомогательные, функция которых – не изменение крутящего момента, а, к примеру, корректировка направления вращения вала.

Особенности маркировки

На корпусах редукторов в обязательном порядке ставится буквенно-числовая маркировка, по которой можно понять, к какому классу относится механизм, какими техническими параметрами обладает. Первая цифра указывает на число ступеней передач, а буква – на вид зацепления:

●              Ц – цилиндрическое;

●              Ч – червячное;

●              К – коническое;

●              Г – глобоидное;

●              В – волновое;

●              П – планетарное.

В аббревиатуре не обязательно должна быть одна буква, например, на сложную червячно-цилиндрическую передачу указывает обозначение “ЧЦ”, а на конически-цилиндрическую – “КЦ”. Используются также дополнительные буквы, позволяющие лучше разобраться в технических особенностях и функциях механизма. Буква “В” говорит о вертикальной компоновке, а “Б” указывает на механизм, конструктивно адаптированный к высоким скоростям вращения.

В маркировке могут присутствовать обозначения ГОСТ, нормативно-технических документов, в соответствии с которыми изготовлено оборудование, а также его климатическое исполнение, к технике, ориентированной на регионы с экстремально холодным или, наоборот, жарким, климатом, предъявляются наиболее жесткие требования.

Технические показатели

Редукторы представлены множеством исполнений, различны по габаритам, конфигурации корпуса, однако, наибольшее значение при подборе имеют их основные показатели, которые должны соответствовать особенностям приводной системы, в которой запланирована эксплуатация. Список наиболее значимых характеристик выглядит следующим образом:

• передаточное число;

• передаточное отношение;

• число ступеней;

• вращающий момент.

Основополагающим фактором является передаточное число, именно он определяет все прочие показатели. Простыми словами, передаточное число демонстрирует, на сколько количество оборотов ведомой шестерни меньше, в сравнении с ведущей. Для определения передаточного числа, необходимо разделить количество зубцов ведомого колеса на аналогичный показатель ведущего. Например, если на ведущей шестеренке имеется 15 зубцов, а на ведомой – 90, то передаточное число равняется 6. Ввиду равенства модулей, вместо количества зубцов можно ориентироваться и на диаметр.

Если механизм сформирован несколькими ведущими парами, то для поиска общего передаточного числа необходимо перемножить значения по каждой из пар.

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.

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, объясняющаяся 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.

Принципы выбора

При подборе редуктора следует руководствоваться несколькими факторами, техническими параметрами, чтобы его эксплуатация оказалась максимально эффективной, не возникло проблем с надежностью. Наиболее значимые характеристики выглядят следующим образом:

• Мощность на выходном валу, вычислить которую можно, приняв во внимание обороты привода и передаточное число.

• Метод размещения валов. От него зависит схема размещения механизма, он может быть закреплен прямо на валу привода при помощи фланцев, либо на промежуточной платформе.

• Зазор между центрами валов. Этот показатель важен, чтобы исключить трудности при монтаже, без лишних проблем подключить устройство к мотору и валу обслуживаемого оборудования.

• Конструктивное исполнение первой пары, передаточное число и схема зацепления. Не лишне изучить всю сопроводительную документацию, там также должны быть указаны сведения относительно вида подшипников, эксплуатационного ресурса, возможности использования механизма при экстремальных климатических нагрузках, при низкотемпературном воздействии или выраженном нагреве.

• Расположение зацепления. Нижний зацеп – оптимальный вариант с точки зрения эффективности смазки, что позволяет оперативно отводить избыточную тепловую энергию даже без использования вспомогательных систем охлаждения, радиаторов и вентиляторов. При других видах зацепления, необходимо уделить больше внимания смазке и охлаждения, установить модули обдува или разбрызгиватели, подающие масло непосредственно в область механического контакта, где концентрируются основные напряжения.

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, чреватого 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.