Редуктор представляет собой сложный механизм. Он состоит из червячных или зубчатых передач благодаря которым происходит вращение вала рабочего механизма.

Конструктивно он состоит из корпуса, в котором размещены элементы, передающие движение. Это зубчатые колеса, валы и другие. Иногда в корпусе могут находиться дополнительные устройства, обеспечивающие смазку цепей или охлаждение нужных деталей и узлов.

Производители выпускают большое количество агрегатов, отличающихся конструкцией и формой.

• цилиндрический одноступенчатый. В нем оси ведомого и ведущего вала находятся параллельно;
• конический, в котором происходит пересечение осей валов;
• червячный. В них оси в пространстве перекрещиваются;
• комбинированные механизмы, сочетающие в себе зубчатые и червячные передачи.

В зависимости от числа передач редуктор может быть одноступенчатый или многоступенчатый. Это устройство широко используется человеком во всех сферах его деятельности.

Он включен в состав привода различных механизмов. С его помощью снижается угловая скорость выходного вала. В некоторых случаях угловая скорость должна быть разной.

Для того чтобы это произошло, в корпусе размещают специальный механизм переключения и несколько пар зубчатых колец, обладающих различными передаточными числами. такой механизм известен всем под названием – коробка передач.

Червячные редукторы, достоинства и назначение

К отдельным механизмам, в которых передача вращения осуществляется особым способом, относятся изделия червячного типа.

Они передают крутящий момент, используя червячную передачу. Можно также услышать название зубчато-винтовая передача.

Это объясняется тем, что основными элементами являются червячное зубчатое колесо и специальный винт, который называют червяком.

Этот винт действительно особый, так как профиль резьбы имеет трапецеидальную форму. Для его изготовления применяются материалы, обладающие высокой прочностью.

Существует много разновидностей этого винта, но наиболее востребованными являются одно-, двух-, и четырехзаходные изделия. Заходность зависит от того, сколько имеется каналов резьбы на изделии.

Червячное колесо по внешнему виду напоминает обычное изделие. Но в нем подогнана резьба под форму винта-червяка.

Для мощных червячных редукторов колесо чаще всего изготавливают из различных материалов. Зубья чаще всего выполняют из антифрикционного металла, а для изготовления сердечника используют чугун или недорогую сталь.

Данные агрегаты отличаются высокой эффективностью и используются в тех устройствах, где нужно достигнуть высокого крутящего момента и низкой угловой скорости.

Достигается это за счет конструкции устройства. Ведущим звеном в механизме является червяк. А это значит, что на винт крутящий момент передается от двигателя, после чего происходит вращение выходного вала.

Достоинства агрегатов червячного типа

Прежде чем червячный купить, необходимо знать какими достоинствами он обладает. К его основным преимуществам можно отнести:

• плавность хода;
• уровень шума достаточно низкий;
• обладает эффектом самоторможения;
• использование всего двух элементов дает большое передаточное отношение.

К его недостаткам относится низкий коэффициент полезного действия, повышенный износ и из-за сил трения происходит большое выделение тепла. Поэтому чаще всего использовать такие агрегаты предпочтительно в тех случаях, когда необходима передача небольших мощностей.

Чтобы предотвратить быстрый износ устройства, следует соблюдать высокую точность при сборке и регулировке механизма. А для отвода лишнего тепла потребуется установить специальные приспособления.

Типы

Существуют различные типы червячных редукторов, которые отличаются по определенным критериям. Они подразделяются в зависимости:

• от количества заходов резьбы;
• от того, как нарезана резьба. Она может быть лево- и правосторонней;
• от формы винта. Она бывает глобоидной и цилиндрической;
• от формы профиля резьбы. Он может быть конволютным, архимедовым и эвольвентным;

Зубчатые колеса бывают различных типов. Профиль их зубьев может иметь изогнутую, прямую и роликовую форму. В последнем вместо зубьев применяется вращающийся ролик.

Данные изделия представляют собой большую группу механизмов. Их отличительной особенностью является то, что зацепление осуществляется с помощью цилиндрической зубчатой передачи.

В зависимости от расстояния между осями выходного и входного валом могут быть соосными и обладающие параллельными валами.

В свою очередь соосный механизм может быть представлен как цилиндрический , или же он может иметь от двух и выше ступеней.

Изделия также отличаются по способу установки. С этой целью используются специальные лапы, фланцы и насадки.

Достоинства цилиндрических моделей

Преимущества цилиндрического редуктора неоспоримы.

1. Они отличается высоким коэффициентом полезного действия;
2. Обладают повышенной нагрузочной способностью. Они в состоянии, практически без потерь, передавать большие мощности;
3. Они отличаются высокой кинематической точностью;
4. Хорошо работают как при неравномерных нагрузках, так и при любых количествах запусков и остановок;
5. В этих изделиях отсутствует самоторможение, поэтому у любого из них имеется возможность провернуть выходной вал;
6. Благодаря высокому коэффициенту полезного действия, очень мало нагреваются, в результате почти вся энергия передается потребителю;
7. Обладает хорошей надежностью;
8. Большое количество вариантов зубчатых передач позволяет подобрать самый подходящий редуктор для требуемого передаточного движения.

Есть у них и недостатки. Это повышенный уровень шума и обладают низким передаточным числом. К недостаткам можно отнести и отсутствие обратимости, но это только в том случае, когда нужно чтобы выходной вал внешней нагрузки не имел возможности поворота.

Использование цилиндрических редукторов

Обладая хорошими преимуществами, цилиндрический одноступенчатый , а также двух- и трехступенчатые механизмы считается лидером среди подобных устройств.

Изделия нашли свое применение в металлорежущих станках, их устанавливают в мешалках, измельчителях, в валковом и другом оборудовании.

Практически ограничений для их использования нет, за исключением тех случаев, когда целесообразнее будет использовать другие типы агрегатов.

Например, если возникла необходимость, чтобы механизм имел плавный ход или же нужна в приводе угловая компоновка. Цилиндрические редукторы могут располагаться горизонтально и вертикально.

Наиболее востребована горизонтальная установка цилиндров. А в целом выбор зависит от того, насколько удобна компоновка привода.

Цикл лекций Техническая механика (продолжнение)

4. Виды передач

Вращательное движение в машинах передается при помощи фрикционной, зубчатой, ременной, цепной и червячной передач. Будем условно называть пару, осуществляющую вращательное движение, колесами. Колесо, от которого передается вращение, принято называть ведущим, а колесо, получающее движение - ведомым.

Рисунок - Устройство передачи

Всякое вращательное движение можно измерить оборотами в минуту. Зная число оборотов в минуту ведущего колеса, мы можем определить число оборотов ведомого колеса. Число оборотов ведомого колеса зависит от соотношения диаметров соединенных колес. Если диаметры обоих колес будут одинаковы, то и колеса будут крутиться с одинаковой скоростью. Если диаметр ведомого колеса будет больше ведущего, то ведомое колесо станет крутиться медленнее, и наоборот, если его диаметр будет меньше, оно будет делать больше оборотов. Число оборотов ведомого колеса во столько раз меньше числа оборотов ведущего, во сколько раз его диаметр больше диаметра ведущего колеса.

Фрикционная передача

При фрикционной передаче вращение от одного колеса к другому передается при помощи силы трения . Оба колеса прижимаются друг к другу с некоторой силой и вследствие возникающего между ними трения вращают одно другое.

Достоинства фрикционной передачи:

· Простота изготовления тел качения;

· Равномерность вращения и бесшумность работы;

· Возможность бесступенчатого регулирования частоты вращения и включения/выключения передачи на ходу;

· За счет возможностей проскальзывания передача обладает предохранительными свойствами.

Недостатки фрикционной передачи:

· Проскальзывание, ведущее к непостоянству передаточного числа и потери энергии;

· Необходимость обеспечения прижима.

Применение :

В машиностроении чаще всего применяют бесступенчатые фрикционные передачи для бесступенчатого регулирования скорости.

Рисунок - Фрикционная передача: а - лобовая передача, б - угловая передача, в - цилиндрическая передача

Особенно приемлемы передачи цилиндрическая и лобовая. Колеса для передач можно делать деревянные. Для лучшего сцепления, рабочие поверхности колес следует "обшить" слоем мягкой резины толщиной в 2-3 мм. Резину можно или прибить мелкими гвоздиками, или приклеить клеем.

Зубчатая передача

В зубчатых передачах вращение от одного колеса к другому передается при помощи зубьев . Зубчатые колеса вращаются намного легче фрикционных. Объясняется это тем, что здесь нажима колеса на колесо совсем не требуется. Для правильного зацепления и легкой работы колес профиль зубца делают по определенной кривой, называемой эвольвентой.

Рисунок - Устройство зубчатой передачи

Шестеренчатая передача применяется не только с параллельными валами, когда используются так называемые цилиндрические шестерни, но и тогда, когда валы идут под любым углом. Такая передача под углом называется конической зубчатой передачей, а шестерни - коническими (ж).

Конические шестерни, так же как и цилиндрические, бывают со спиральным косым зубцом (з). Такие шестерни обычно применяются в автомобилях (для плавности работы). В зубчатых передачах можно применить шестерни с рейкой. Для периодического вращения может применяться шестеренчатая пара, у которой ведущая шестерня имеет неполное число зубцов.

Рисунок - Шестеренчатая передача

Ведущие шестерни встречаются и с одним зубцом. Такие передачи очень часто применялись в счетных механизмах. Ведущая шестерня имеет один зубец, а ведомая - десять, и, таким образом, за один оборот ведущей шестерни ведомая повернется всего на одну десятую оборота. Чтобы повернуть ведомую шестерню на один оборот, ведущая должна сделать десять оборотов.

Рисунок - Виды шестеренчатых передач: а - шестерня с одним зубом, б - мальтийский крест

Достоинства :

· Значительно меньшие габариты, чем у других передач;

· Высокий кпд (потери в точных, хорошо смазываемых передачах 1-2%);

· Большая долговечность и надёжность.

Недостатки :

· Шум при работе;

· Необходимость точного изготовления.

Применение: Наиболее распространённый вид механических передач. Их применяют для передачи мощностей - от ничтожно малых до десятков тысяч кВт.

К разобранному типу передач можно отнести и так называемое мальтийское зацепление, или мальтийский крест (б). Механизм мальтийского креста применяется для периодического вращения.

Ременная передача

Ременная передача, как и шестеренчатая, встречается очень часто. Ремень, натянутый на шкивы, охватывает какую-то их часть. Эта облегающая часть (дуга) носит, название угла обхвата. Чем больше будет угол обхвата, тем лучше образуется сцепление, лучше и надежнее будет вращение шкивов. При малом угле обхвата может получиться так, что ремень на малом шкиве станет проскальзывать, вращение будет передаваться плохо или его совсем не будет. Угол обхвата зависит от соотношения размеров шкивов и их расстояния друг от друга. На рисунках (а, б) показано, как меняются углы обхвата. Когда требуется увеличить угол обхвата, у передачи ставят нажимной шкив-ролик (в).

Рисунок - Виды ременных передач

В зависимости от расположения валов и ремня ременная передача бывает разных видов:

Открытая передача (г). Оба шкива при такой передаче вращаются в одну сторону.

Перекрестная передача (д). Такую передачу применяют, когда требуется изменить вращение ведомого шкива. Шкивы вращаются навстречу друг другу.

Полуперекрестная передача (е) применяется, когда валы лежат не параллельно, а под углом.

Угловая передача (ж) образуется, когда валы идут под углом, но лежат как бы в одной плоскости. При этой передаче для получения надлежащего направления ремня обязательно устанавливают ролики.

Спаренная передача (з). При этой передаче с одного ведущего шкива могут идти ремни на несколько ведомых шкивов.

Ступенчатая передача (и). Она применяется тогда, когда требуется изменять число оборотов ведомого вала. Оба шкива в этой передаче делаются ступенчатыми. Переставляя ремень на ту или иную пару ступеней, меняют число оборотов ведомого вала. При этом длина ремня остается неизменной.

По своему профилю ремни бывают плоские, круглые и трапецеидальные (к, л, м).

Передаточное число ременных передач берется в пределах 1:4, 1:5 и только в исключительном случае - до 1:8.

При расчете ременной передачи учитывается скольжение ремня по шкивам. Это проскальзывание выражается в пределах 2-3%. Чтобы получить нужные обороты, диаметр ведомого шкива уменьшают в этих же пределах.

Шкивы можно cделать из фанеры или легких металлов.

Достоинства :

· Простота конструкции;

· Возможность расположения ведущего и ведомого шкивов на больших расстояниях (более 15 метров);

· Предохранение механизмов от перегрузки за счёт упругих свойств ремня и его способности проскальзывать по шкивам;

· Возможность работы с большими угловыми скоростями.

Недостатки :

· Постепенное вытягивание ремней, их недолговечность (при больших скоростях работает от 1000 до 5000 часов);

· Непостоянство передаточного отношения (из-за неизбежного проскальзывания ремня);

· Относительно большие размеры.

Применение : Используется очень часто, от бытовой электроники до промышленных механизмов мощностью до 50 кВт.

Червячная передача

Червячная передача служит для получения вращения между валами, пересекающимися в одной плоскости. Передача состоит из винта (червяка) и винтового колеса, которые находятся в зацеплении. При вращении червяка витки ведут зубцы колеса и заставляют его вращаться. Обычно вращение от червяка передается колесу. Обратная передача почти не встречается из-за самоторможения.

Рисунок - Виды червячных передач

Применяется чаще всего при больших передаточных числах в пределах от 5 до 300. Благодаря большому передаточному числу червячная передача широко применяется в качестве механизма для снижения числа оборотов - редуктора.

Редукторы можно сделать по-разному. У одних червяк делается из обыкновенного крепежного винта, у других он изготовляется навивкой на стержень в виде пружины проволоки или узкой медной полоски (на ребро). Для прочности витки к стержню следует припаивать. Червячные шестерни подбирают от ненужного часового механизма. Но их можно сделать и самим: нарезать напильником из латунного или дюралевого диска.

При изготовлении редукторов нужно следить за тем, чтобы винт и шестерня при вращении не имели бы осевого смещения. В быстроходных редукторах его валы следует устанавливать на подшипниках.

Достоинства :

· Плавность и бесшумность работы;

· Большое передаточное число.

Недостатки :

· Усиленное тепловыделение;

· Повышенный износ;

· Склонность к заеданию;

· Сравнительно низкий кпд.

Применение : Преимущественно используется, когда требуется большое передаточное число.

Цепная передача

Цепная передача по сравнению с ременной удобна тем, что не дает проскальзывания и позволяет соблюдать правильность передаточного числа. Цепная передача осуществляется только при параллельных валах.

Рисунок - Виды цепных передач: а - пластинчатая роликовая цепь, б - бесшумная цепь

Основной величиной цепной передачи является шаг. Шагом считается расстояние между осями роликов у цепи или расстояние между зубцами звездочки.

Кроме роликовых цепей, в машинах широко применяются еще зубчатые, так называемые бесшумные цепи. Звездочка такой передачи похожа на шестерню. Зубчатые цепи могут работать на больших скоростях.

Допустимое передаточное число цепных передач может быть до 1:15. Самое малое число зубцов у звездочек берут: у роликовых цепей - 9, а у зубчатых - 13-15. Расстояние между осями звездочек принимают не менее полуторного диаметра большой звездочки.

Цепь надевается на звездочки не туго, как ремни, а с некоторым провисанием. Для регулирования натяжения применяется натяжной ролик. Число оборотов ведомой звездочки зависит от соотношения зубцов на обеих звездочках.

Достоинства :

· Меньшая чувствительность к неточностям расположения валов;

· Возможность передачи движения одной цепью нескольким звездочкам;

· Возможность передачи вращательного движения на большие расстояния.

Недостатки :

· Повышенный шум и износ цепи при неправильном выборе конструкции, небрежном монтаже и плохом уходе.

Храповые механизмы

Кроме непрерывного вращательного движения, в машинах очень часто применяется прерывистое вращательное движение . Такое движение осуществляется при помощи так называемого храпового механизма. Основными частями храпового механизма являются: храповик (диск с зубцами), рычаг и собачка. Зубцы храповика имеют особую форму. Одна сторона у них сделана пологой, а другая отвесной или несколько поднутренной. Храповик насажен на вал неподвижно. Рычаг же, сидящий рядом с храповиком, может свободно качаться. На рычаге имеется собачка, которая одним концом лежит на храповике. С помощью шатуна или тяги от того или иного ведущего механизма рычаг приходит в качательное движение. При отклонении рычага влево собачка скользит свободно по пологому склону зубцов, не поворачивая храповик. При отходе вправо собачка упирается в уступ зубца и поворачивает храповик на некоторый угол. Так, непрерывно качаясь в ту и другую сторону, рычаг с собачкой приводит храповик с валом в периодическое вращательное движение. Для надежного прилегания собачки к храповику собачка снабжается нажимной пружиной.

Рисунок - Виды храповых механизмов

Но чаще бывает другое назначение храпового механизма - предохранения вала с храповиком от проворачивания. Так, у лебедки при подъеме груза храповик с собачкой не дают барабану провертываться обратно.

Таблица - Обозначение видов передач на схемах:

5. Типы и назначение редукторов

Свое название редуктор получил от латинского слова reductor , что означает «возвращаю обратно». Это и есть основной принцип действия редуктора, который представляет собой сложное механическое устройство, состоящее из одной или нескольких передач зубчатого или червячного типа. Назначение редуктора состоит в том, что при помощи этих передач любое вращение преобразуется и изменяет угловые скорости .

Редукторы входят в системы приводных механизмов. Область применения у редукторов обширна: ни один механизм, который имеет узлы вращения, не обходится без них. Все двигатели, будь то электродвигатели или двигатели внутреннего сгорания, обязательно имеют редукторы разных типов. В редукторе имеется одна или несколько систем передач с зацеплением и постоянным передаточным числом. Именно от типа этих передач зависит тип редуктора.

Классификация редукторов

Редукторы по типам передач бывают конические, цилиндрические, волновые, планетарные – это зубчатые типы передач, а также червячного типа.

Кроме того они могут быть одноступенчатыми, двухступенчатыми и трехступенчатыми системами. При этом в двухступенчатых и трехступенчатых редукторах могут применяться разные типы передач.

Типы редукторов по конструктивному исполнению.

по такому принципу делятся: механические и мотор-редукторы.

Механические редукторы представляют собой просто механические передачи, а мотор-редукторы - это совмещенные в одном корпусе редуктор и электродвигатель.

По типу расположения в пространстве редукторы делятся на горизонтальные и вертикальные . Используются как с моно-передачей, так и с совмещением передач нескольких типов.

Устройство и назначение редуктора

Редуктор представляет собой корпус, в который помещены все элементы передачи – валы, зубчатые колеса, подшипники и остальное. Иногда в корпусе редуктора расположены устройства, которые служат для смазки зацепления и подшипников (к примеру, в корпус редуктора может быть размещен шестеренный масляный насос) или охлаждающие устройства (к примеру, змеевик с водой в корпусе червячного двухступенчатого редуктора).

Таблица - Классификация редукторов в зависимости от вида передач и числа ступеней

Принцип работы редукторов

Так как в основе работы редуктора лежит передача и преобразование крутящего момента , основной характеристикой механических редукторов является тип механической передачи, которая в них используется.

Типы передач в редукторах:

Цилиндрическая зубчатая передача – один из самых надежных и долговечных типов передач, обеспечивающий высокий ресурс использования. Как правило, применяется в редукторах с особо сложным режимом работы. Этот тип передач подразделяется на прямозубные передачи, косозубчатые и шевронные

передачи;

· Коническая зубчатая передача – в отличие от предыдущей имеет оси входных и выходных валов, которые пересекаются друг с другом. Роторы с такой передачей используются когда необходимо изменить направление передаваемой кинетической энергии;

· Червячная передача – это механическая передача от винта («червяка») к зубчатому колесу. Имеют достаточно высокое передаточное отношение и относительно низкое КПД. Бывают однозаходные и многозаходные ;

· Гипоидная передача (спироидная) – использует для передачи конические колёса со скрещивающимися осями (колеса могут иметь косые или криволинейные зубья). Такой тип передачи отличается низким шумом работы, плавностью хода и высокой нагрузочной способностью;

· Цепная передача – как понятно из названия, использует гибкую цепь для передачи механической энергии. Состоит из двух звёздочек (ведущей и ведомой) и цепи, состоящей, в свою очередь, из подвижных звеньев. Это один из самых универсальных, простых и экономичных типов передач;

· Ремённая передача – передача энергии при помощи гибкого ремня за счет силы трения или сил зацепления (в случае с зубчатыми ремнями). Состоит из ведущего и ведомого шкивов, а также приводного ремня. К преимуществам можно отнести недорогую стоимость, бесшумность и плавность работы, а также легкий монтаж и компенсацию перегрузок за счет проскальзывания;

· Винтовая передача – преобразует поступательное движение во вращательное, и наоборот. Как правило, представляет собой конструкцию, состоящую из винта и гайки. Бывает передача качения и скольжения. Эта передача чаще используется не для перемещения, а для закрепления. Применяется в регулировочных винтах, приводах исполнительных органов механизмов, различных инструментах;

· Волновая передача – относительно новый тип передач, характеризующийся очень высоким передаточным отношением. Работает за счёт генерирования волн на гибком колесе, оснащенным меньшим количеством зубьев чем жесткое колесо, и смещения колесо относительно друг друга на разницу зубьев за один оборот. Среди достоинств – малый вес, высокая кинематическая точность, способность передачи момента через герметичные стенки.

Число ступеней редуктора

Как правило, редукторы, состоящие только из одной передачи, встречаются крайне редко. Такой тип редукторов называется одноступенчатым. Куда больше распространение получили двух-трех и многоступенчатые редукторы, причем в таких редукторах могут встречаться как передачи одного типа, так и несколько различных передач, комбинированных между собой. Общее передаточное отношение редуктора напрямую зависит от типа используемой передачи и количества ступеней. В некоторых механизмах количество ступеней может до десятков и сотен тысяч.

Валы редуктора

Таблица - Ресурс передач, валов и подшипников редукторов

Общего и специального назначения.
Редукторы общего назначения могут применяться во многих случаях и отвечают общим требованиям. Специальные же редукторы имеют нестандартные характеристики подходящие под определенные требования.

Классификация, основные параметры редукторов

В зависимости от типа зубчатой передачи редукторы бывают цилиндрические, конические, волновые, планетарные, глобоидные и червячные . Широко применяются комбинированные редукторы, состоящие из нескольких совмещенных в одном корпусе типов передач (цилиндро-конические, цилиндро-червячные и т.д.).

Конструктивно редукторы могут передавать вращение между перекрещивающимися, пересекающимися и параллельными валами.
Так, например цилиндрические редукторы позволяют передать вращение между параллельными валами, конические - между пересекающимися, а червячные - между пересекающимися валами.

Общее передаточное число может достигать до нескольких десятков тысяч, и зависит от количества ступеней в редукторе. Широкое применение нашли редукторы, состоящие из одной, двух или трех ступеней, при чем они могут, как описывалось выше, совмещать разные типы зубчатых передач.

Ниже представлены наиболее популярные виды редукторов , серийно выпускаемые промышленностью.

Цилиндрические редукторы

Конические и цилиндро-конические редукторы

Конические и цилиндро-конические редукторы передают момент между пересекающимися или скрещивающимися валами. В редукторах применяются шестерни в виде конуса с прямыми или косыми зубами. Конические редукторы имеют большую плавность зацепления, что позволяет им выдерживать большие нагрузки. Редукторы могут быть одно-, двух- и трехступенчатыми. Большое распространение получили цилиндро-конические редукторы , где общее передаточное отношение может достигать 315. Быстроходный и тихоходный валы редуктора могут располагаться горизонтально и вертикально. По типу кинематической схемы конические и цилиндро-конические редукторы могут быть развернутые или соосные.

На рисунке ниже представлены кинематические схемы конических редукторов:

А) Реверсивный конический редуктор. Смена направления вращения достигается установкой зубчатого колеса с противоположенной стороны конической шестерни.

Б) Реверсивный конический редуктор. Конические шестерни вращаются в разных направлениях. Подключение тихоходного вала к одной из конических шестеренок происходит за счет кулачковой муфты.

В) Двухступенчатый коническо-цилиндрический редуктор. Быстроходный и тихоходный валы находятся под прямым углом в одной плоскости.

Г) Двухступенчатый коническо-цилиндрический редуктор. Входной и выходные валы перекрещиваются и лежат в разных плоскостях.

Д) Трехступенчатый коническо-цилиндрический редуктор. Быстроходный и тихоходный валы находятся под прямым углом в одной плоскости.

Е) Трехступенчатый коническо-цилиндрический редуктор. Промежуточная и тихоходная цилиндрическая передача собраны по соосной схеме.

Конические редукторы широко используются в изделиях, где требуются передать высокий момент под прямым углом. В отличие от червячных редукторов, конические редукторы не имеют быстро изнашиваемого бронзового колеса, что позволяет работать им в тяжелых условиях длительное время. Также важным отличием является обратимость, возможность передавать вращение от тихоходного вала к быстроходному валу. Обратимость позволяет разгрузить редукторный механизм в отличие от червячного редуктора, что позволяет использовать конический редуктор в установках с высокой инерцией.

Классификация редукторов в зависимости от вида передач и числа ступеней:

Конструкция и назначение редуктора

Механизм, служащий для понижения угловой скорости и одновременно повышающий крутящий момент, принято называть редуктором. Энергия вращения подводится на входной вал редуктора, далее в зависимости от передаточного отношения на выходном валу получаем пониженную частоту и увеличенный момент.

В состав редуктора в зависимости от типа механической передачи обычно входят зубчатые или червячные пары, центрирующие подшипники, валы, различные уплотнения, сальники и т.д. Элементы редуктора помещаются в корпус, состоящий из двух частей – основания и крышки. Рабочие механизмы редуктора при работе непрерывно смазываются маслом путем разбрызгивания, а в отдельных случаях применяется принудительный насос, помещенный внутрь редуктора.

Существует огромное количество различных типов редукторов, но наибольшую популярность получили цилиндрические, планетарные, конические и червячные редукторы. Каждый тип редуктора имеет свои определенные преимущества и недостатки, которые следует учитывать при конструировании оборудования. Основными же критериями для подбора редуктора являются определение необходимой мощности или момента нагрузки, коэффициента редукции (передаточного отношения), а также монтажного расположения источника вращения и рабочего механизма.

Особенности редукторов по виду механических передач

Мировой промышленностью выпускается огромное количество редукторов и редукторных механизмов различающихся по типу передачи, вариантам сборки и т.д. Рассмотрим основные типы механических передач, их особенности и преимущества.

– является самой надежной и долговечной из всех видов зубчатых передач. Данная передача применяется в редукторах, где требуется высокая надежность и высокий КПД. Цилиндрические передачи обычно состоят из прямозубых, косозубых или шевронных зубчатых колёс.

а) Прямозубая цилиндрическая передача

б) Косозубая цилиндрическая передача

в) Шевронная цилиндрическая передача

г) Цилиндрическая передача с внутренним зацеплением

Конические передачи – обладают всеми преимуществами цилиндрических зубчатых передач и применяются в случае перекрещивания входного и выходного валов.

а) Коническая зубчатая передача с прямым зубом

б) Коническая зубчатая передача с косым зубом

в) Коническая зубчатая передача с криволинейным зубом

г) Коническая гипоидная передача

– позволяет передавать кинетическую энергию между пересекающимися в одной плоскости валами. Основными преимуществами данной передачи является высокий показатель передаточного отношения, самоторможение, компактные размеры. Недостатками являются низкий КПД, быстрый износ бронзового колеса, а также ограниченная способность передавать большие мощности.

Гипоидная передача – она же спироидная состоит из конического червяка и диска со спиральными зубьями. Ось червяка значительно смещена от оси конического колеса, благодаря чему число зубьев одновременно входящих в зацепление в несколько раз больше чем у червячных передач. В отличие от червячной пары в гипоидной передаче линия контакта перпендикулярна к направлению скорости скольжения, что обеспечивает масленый клин и уменьшает трение. Благодаря этому КПД гипоидной передачи выше, чем у червячной передачи на 25%.

а) Червячная передача с цилиндрическим червяком

б) Червячная передача с глобоидным червяком

в) Спироидная передача

г) Тороидно-дисковая передача

д) Тороидная передача внутреннего зацепления

– прототипом является планетарная передача с небольшой разницей количества зубов сателлита и неподвижного колеса. Волновая передача характеризуется высоким показателем передаточного отношения (до 350). Основными элементами волновой передачи являются гибкое колесо, жесткое колесо и волновой генератор. Под действием генератора гибкое колесо деформируется и происходит зацепление зубьев с жестким колесом. Волновые передачи широко применяются в точном машиностроении благодаря высокой плавности и отсутствия вибраций во время работы.

1) Зубчатое колесо с внутренними зубьями

2) Гибкое колесо с наружными зубьями соединенное с выходным валом редуктора

3) Генератор волн

Количество ступеней редуктора

Число ступеней редуктора напрямую влияет на передаточное отношение. В червячных редукторах наиболее распространены одноступенчатые пары. Цилиндрические же редукторы, состоящие из одной ступени, применяются реже, чем двух- или трехступенчатые редукторы. В производстве редукторов все чаще применяются комбинированные передачи, состоящие из разных типов передач, например коническо-цилиндрические редукторы.

Входные и выходные валы редукторов

В редукторах обычно применяются обычные прямые валы, имеющие форму тел вращения. На валы редукторов действуют внешние нагрузки, консольные нагрузки и усилия преодоления зацеплений. Крутящий момент на валу определяется рабочим крутящим моментом редуктора или реактивным крутящим моментом привода. Консольная нагрузка определяется способом соединения редуктора с двигателем, зависит от радиального или осевого усилия на вал. В ряде машин, к которым предъявляются особые требования в отношении габаритов или веса используются редукторы с полым валом. Полый вал редуктора позволяет располагать вал исполнительного механизма внутри редуктора, тем самым отпадает необходимость использовать переходные полумуфты и т.п.

Срок службы редуктора

Срок службы редуктора зависит от правильных расчетов параметров действующей нагрузки. Также на длительность работы влияет своевременное профилактическое обслуживание редуктора, замена масла и сальников. Регулярный профилактический осмотр позволит избежать незапланированного ремонта или замену редуктора. Уровень масла контролируется через смотровое окно в редукторе и при необходимости доливается до нужного уровня.

Ниже приведена таблица зависимости срока службы редуктора от типа передачи:

Устройство редуктора

Основными элементами редуктора являются:

1. Прошедшие обработку зубчатые колеса с зубьями высокой твердости . Материалом обычно служит сталь марки (40Х, 40ХН ГОСТ 4543-71). В планетарных редукторах шестерни и сателлиты изготовлены из стали марки 25ХГМ ГОСТ 4543-71. Зубчатые венцы из стали 40Х. Червячные валы изготавливаются из стали марки ГОСТ 4543-71 – 18ХГТ, 20Х с последующей цементацией рабочих поверхностей. Венцы червячных редукторов изготавливают из бронзы Бр010Ф1 ГОСТ 613-79. Гибкое колесо волнового редуктора изготовлено из кованой стали 30ХГСА ГОСТ 4543-71.
2. Валы (оси) быстроходные, промежуточные и тихоходные . Материалом является - сталь марки (40Х, 40ХН ГОСТ 4543-71). В зависимости от варианта сборки выходные валы могут быть одно- и двухконцевыми, а также полыми со шпоночным пазом. Выходные валы планетарных редукторов изготовлены заодно с водилом последней ступени. Материалом служит чугун или сталь.
3. Подшипниковые узлы . Используются подшипники качения воспринимающие большие осевые и консольные нагрузки. Применяются обычно конические роликоподшипники.
4. Шлицевые, шпоночные соединения . Шлицевые соединения чаще применяются в червячных редукторах (выходной полый вал). Шпонки применяются для соединения валов с зубчатыми колесами, муфтами и другими деталями.
5. Корпуса редукторов . Корпуса и крышки редукторов выполняются методом литья. В качестве материалов используется чугун марки СЧ 15 ГОСТ 1412-79 или сплав алюминия АЛ11. Для улучшения отвода тепла корпуса редукторов снабжаются ребрами.

Методика выбора редуктора в зависимости от нагрузки

Методика выбора редуктора заключается в грамотном расчете основных параметров нагрузки и условий эксплуатации.

Технические характеристики описаны в каталогах, а выбор редуктора делается в несколько этапов:

• выбор редуктора по типу механической передачи
• определение габарита (типоразмера) редуктора
• определение консольных и осевых нагрузок на входной и выходной валы
• определение температурного режима редуктора

На первом этапе конструктор определяет тип редуктора исходя из заданных задач и конструктивных особенностей будущего изделия. На этом же этапе закладываются такие параметры как: передаточное отношение, количество ступеней, расположение входного и выходного валов в пространстве.

На втором этапе следует определить межосевое расстояние. Исходные данные на каждый тип редуктора можно найти в каталоге. Следует помнить, что межосевое расстояние влияет на способность передать момент от двигателя к нагрузке.

Консольные и осевые нагрузки определяются уравнениями, а потом сравниваются со значениями в каталоге. В случае превышения расчетных нагрузок, на какой либо вал, редуктор выбирается на типоразмер выше.

Температурный режим определяется во время работы редуктора. Температура не должна превышать + 80° гр. при длительной работе редуктора с действующей нагрузкой.

Как выбрать редуктор?

Выбор редуктора должен производить квалифицированный сотрудник т.к. неправильные расчеты могут привести к поломке редуктора или сопутствующего оборудования. Грамотный выбор редуктора поможет избежать дальнейшие затраты на ремонт и покупку нового привода. Основными параметрами для выбора редуктора как было сказано выше, являются: тип редуктора, габарит или типоразмер, передаточное отношение, а также кинематическая схема.

Определить габарит редуктора можно с помощью каталога, где указаны максимальные значения крутящего момента для каждого типоразмера. Момент действующей нагрузки на редуктор определяется следующим выражением:

где:
M2 - выходной момент на валу редуктора (Н/М)
P1 - подводимая мощность на быстроходном валу редуктора (кВт)
Rd - динамический КПД редуктора (%)
n2

Частоту вращения тихоходного вала n2 можно определить, зная значения передаточного отношения редуктора i , а также значения скорости быстроходного вала n1 .

где:
n1 - частота вращения быстроходного вала (об/мин)
n2 - частота вращения тихоходного вала (об/мин)
i - передаточное отношение редуктора

Еще одним важным фактором, который следует учитывать при подборе редуктора, является величина – сервис фактор (s/f). Сервис фактор sf – это отношение максимально допустимого момента M2 max указанного в каталоге к номинальному моменту M2 зависящего от мощности двигателя.

где:
M2 max - максимально допустимый момент (паспортное значение)
M2 - номинальный момент на валу редуктора (зависит от мощности двигателя)

Значение сервис фактора (s/f) напрямую связан с ресурсом редуктора и зависит от условий работы привода.

При работе редуктора с нормальной нагрузкой, где число стартов не превышает 60 пусков в час - сервис фактор может выбираться: sf = 1.

При средней нагрузке, где число стартов не превышает 150 пусков в час - сервис фактор выбирается: sf = 1,5.

При тяжелой ударной нагрузке с возможностью заклинивания вала редуктора сервис фактор выбирается: sf = 2 и более.

Передаточное отношение и как его определить?

Основное назначение любого редуктора понижение угловой скорости подводимой на его входной вал. Значения выходной скорости определятся передаточным отношением редуктора. Передаточное отношение редуктора - это отношение скорости входного вала к скорости выходного вала.

В любом механизме каждая деталь имеет свою значимость, благодаря чему он и работает. Редуктор — главный элемент, который преобразует крутящий момент, что позволяет передавать мощность механической передачи на двигатель. Что такое редуктор более подробно будет рассказано в статье ниже.

Редуктор представляет собой комплект из шестеренок, которые находятся в картере, что позволяет защитить все детали от каких-либо повреждений в том числе и загрязнения, а также обеспечивает необходимую смазку. Этот механизм предназначен для регулирования скорости вращения валов производящие крутящий момент.

В большинстве случаев к поломке редуктора приводит отсутствие смазочного материала, поэтому все его основные элементы подвергаются износу или коррозии. Область применения редукторов довольно обширная и очень часто они используются в строительной и землеройной технике где производятся большие нагрузки на технику.

А также его использование предусмотрено в пищевой промышленности и, конечно же, в автомобилестроении. Но ещё он используется в газовой сфере для регулирования давления газа и даже в создании детских игрушек.

Виды

Червячный редуктор

Разновидность редукторов напрямую зависит от предназначения передачи, поэтому различают такие, как:

• Цилиндрические. Это самый распространённый вид редукторов из-за своей простоты передаваемого крутящего момента и в то же время обладает максимальным КПД. Этот редуктор представляет собой зубчатые передачи и может состоять из нескольких ступеней. Количество таких ступеней зависит от нужного передаточного отношения и соответственно, чем оно выше, тем больше таких ступеней необходимо.
• Червячный. Такой вид редуктора представляет собой винт с резьбой, на котором находится зубчатое колесо из специальным профилем зубьев. В процессе вращения этого винта (червяка) его витки в момент перемещения производят вращение червякового колеса в том же направлении. Поэтому червячный редуктор имеет ограничение в размерах и при этом имеют довольно низкую шумность и плавность хода.
• Коническо — цилиндрический . Как и все редукторы он предназначен на регулирование передаточного движения между валами. Этот вид редуктора в основном используют для работы конвейерных линий, но для его работы необходимо чтобы были в работе все элементы основного механизма.
• Волновой . Основной принцип работы волнового редуктора заключается в том, что он обеспечивает многопарное зацепление зубьев в отличие от других, но недостатком его является ограничение частоты вращения ведомого вала при наличии зубчатых колес с большим диаметром.

Устройство

Редуктор состоит из основного корпуса, в котором находятся все составляющие элементы передачи — это зубчатые колеса, валы и подшипники, а также в некоторых предусматривается специальный корпус, где находится смазочный материал для смазывания зацеплений и подшипников.

Важно знать: масло лучше использовать трансмиссионное, синтетическое. А также для нормальной работы редуктора производить замену масла 1 раз в месяц.

В каждом картере находится специальное отверстие для того, чтобы можно было доливать или сливать масло.

Как работает

Основной принцип работы редуктора заключается в том, что благодаря связи между двумя колёсами происходит вращение от одного к другому. Каждое из этих колёс совершает разное количество вращений.

Колесо что поменьше делает во столько раз больше крутящих моментов насколько оно меньше чем большое колесо. Если же предусмотрено, что меньшее колесо является ведомым, то в таком случаи крутящий момент существенно увеличивается, но это приводит к снижению скорости. Для обеспечения надежности связи между этими колёсами имеют зубья, которые и приводят в действие этот механизм.

Обратите внимание: перед тем как выбирать редуктор необходимо обратить внимания на страну изготовителя, страну производителя его комплектующих деталей, сталь, а также на фирму которая производила сборку.

Неправильный выбор или износ редуктора может привести к снижению конкурентоспособности, нанести значительный ущерб производителю, что соответственно повлечет за собой экономические потери, связанные с ремонтными работами и простоями.

Как устроен и работает редуктор, смотрите в следующем видео:

Редуктор заднего моста – один из важных узлов автомобиля, который участвует в его передвижении. Редуктор состоит из главной передачи и дифференциала.

Устройство и принцип работы

Главная передача

Главная передача может быть одинарной или двойной. Одинарная передает крутящий момент на колеса автомобиля с помощью одной зубчатой пары, а двойная – с помощью двух. Одинарная передача, в свою очередь, может быть:

• цилиндрической;
• конической;
• гипоидной;
• червячной.

У главной передачи цилиндрического типа шестерни располагаются в одной плоскости, у конической – перпендикулярно друг другу. Преимущества и недостатки основных модификаций одинарных главных передач перечислены в следующей таблице.

Модификации одинарных главных передач:

Двойная главная передача может быть центральной или разнесенной. Центральная имеет более простую конструкцию, большое передаточное число и большую нагрузку на все элементы системы. Разнесенная отличается более сложной конструкцией, она более эффективна в работе и компактна.

Дифференциал

Межколесный дифференциал распределяет крутящий момент между различными полуосями. Если машина скользит или пробуксовывает, дифференциал помогает ей справиться с данной проблемой, позволяя колесам вращаться с разной скоростью.

В чашке (3) расположены шестерни сателлитов (4) и полусоей (5). Чашка соединена с ведомой шестерней (2). Шестерня, в свою очередь, принимает крутящий момент от ведущей шестерни главной передачи (1). Чашка с помощью сателлитов передает вращение полуосям, приводящим в движение ведущие колеса автомобиля. Работа сателлитов обеспечивает разные угловые скорости. Величина крутящего момента неизменна.

Подобное устройство реализовано в большинстве заднеприводных машин, таких как «ВАЗ-2106», «ВАЗ-2107», «Газель». Оно доказало свою надежность во время работы в самых сложных условиях.

Неисправности

Причины появления неисправностей

Редуктор заднего моста – сложный механизм, состоящий из большого числа элементов. Неисправность любого из них может привести к выходу из строя всей системы.

1. Перегруз системы. Одной из самых распространенных причин выхода из строя редуктора заднего моста является частое превышение положенной нагрузки на автомобиль. Например, при буксировке тяжелых транспортных средств или других грузов. Во время буксировки нагрузка на все элементы системы существенно увеличивается.
2. Люфт в крестовинах. Многие автомобилисты отмечают, что через 5-6 лет эксплуатации авто в крестовинах появляется люфт. Это происходит из-за повышенной детонации двигателя, не отрегулированного зажигания и возникающих в связи с этим толчков и ударов. Поэтому в ходе ремонта проводят диагностику всех элементов ходовой части и не ограничиваются заменой передаточного механизма.
3. Отсутствие смазки. Если в редукторе заднего моста нет масла, то его может заклинить, из-за перегрева. Могут лопнуть стальные части или сломаться зубья на шестеренках. Чтобы избежать подобных проблем, необходимо держать уровень смазки под контролем.
4. Выработка подшипников , расположенных в «чулках». Эта неисправность появляется после долгих лет эксплуатации автомобиля. Она может спровоцировать искривление валов и разрушение зубчатых передач. В результате редуктор заднего моста будет не пригоден для ремонта.

Признаки неисправностей

О проблемах, связанных с работой редуктора заднего моста, вы узнаете по характерному шуму:

1. Усиленный шум моста. Возможно, деформировалась балка, износились шестерни и полуоси, понижен уровень масла или наблюдается его утечка. Шум, появившийся сразу после ремонта, является следствием неправильной регулировки.
2. Шум во время разгона. Если шум появляется во время разгона автомобиля, значит изношены или повреждены подшипники дифференциала, либо полуосей. Еще одна возможная причина – недостаток смазки в редукторе.
3. Шум во время разгона и торможения. Если шум появился не только во время разгона, но и при торможении автомобиля, значит, износились или разрушены подшипники ведущей шестерни. Возможно, в шестернях главной передачи нарушены зазоры.
4. Шум на поворотах. Если вы заметили появление шума на поворотах, значит, в автомобиле неисправны подшипники полуосей. Возможные причины – задиры на поверхности сателлитов или их слишком тугое вращение.
5. Стуки в начале движения. Скорее всего, увеличен зазор шлицевого соединения вала ведущей шестерни с фланцем. Также вероятно, что в отверстие для оси сателлитов, расположенное в дифференциале, изношено.

Тестовые испытания автомобиля

Тест 1. Начните движение по шоссе со скоростью 20 км/ч, затем плавно увеличивайте скорость до 90 км/ч. Одновременно прислушивайтесь к звукам, которые издает автомобиль на разной скорости. Отпустите педаль управления дроссельной заслонкой и, не притормаживания, погасите скорость двигателем. Следите за изменением шума.

Тест 2. Во время движения со скоростью 100 км/ч переключите рычаг в нейтральное положение, выключите зажигание и свободно катитесь до полной остановки. Следите за изменением шума на разных скоростях замедления.

Тест 3. Автомобиль в неподвижном положении, на ручном тормозе. Запустите двигатель машины и, постепенно увеличивая обороты, прислушайтесь к возникшим шумам. Если вы слышите такой же шум, как при испытании №1, значит их источником является не редуктор, а другие узлы автомобиля.

Тест 4. Если шум, выявленный на испытании №1, не повторился на испытаниях №2 и №3, значит, он исходит от редуктора. Чтобы окончательно в этом убедиться, поднимите задние колеса машины, запустите двигатель и переключитесь на четвертую передачу. Это позволит вам убедиться, что источником шума является именно редуктор, а не подвеска или кузов.

Как избежать преждевременного выхода редуктора моста из строя? Нужно следить за уровнем масла, прислушиваться к шумам и стукам в автомобиле, визуально осматривать мост на предмет течи и внешних повреждений балки.

Снятие и установка редуктора

Снятие редуктора

Чтобы снять редуктор, выполните следующие действия:

• слейте из балки моста масло;
• приподнимите заднюю часть автомобиля, установите ее на подставки;
• демонтируйте колеса;
• отверните гайки, прикрепляющие щит тормоза к балке;
• выдвиньте полуоси из коробки дифференциала;
• отсоедините от редуктора карданный вал;
• подставьте под картер редуктора подставку;
• выверните болты крепления редуктора к балке заднего моста;
• выньте редуктор из балки.

Редуктор закрепите на стенде. Снимите стопорные пластины, удалите болты и крышки подшипников коробки дифференциала, а также регулировочные гайки и наружные кольца роликовых подшипников. Прежде, чем снять крышки, пометьте их, чтобы позже установить на прежние места. Извлеките из картера редуктора коробку дифференциала с внутренними кольцами подшипников и ведомой шестерней.

Чтобы демонтировать ведущую шестерню и ее детали, необходимо выполнить следующие действия:

• перевернуть картер редуктора вверх горловиной;
• отвернуть ключом (2) гайку крепления фланца, придерживая при этом фланец (3) ведущей шестерни стопором (1);
• снимите фланец;
• извлеките ведущую шестерню;
• из картера выньте сальник, маслоотражатель, внутреннее кольцо переднего подшипника;
• выпрессуйте с помощью оправки наружные кольца заднего и переднего подшипника;
• снимите распорную втулку с ведущей шестерни;
• с помощью съемника (1) и оправки (4) снимите внутреннее кольцо заднего роликового подшипника;
• извлеките регулировочное кольцо внутренней шестерни.

Разбираем дифференциал:

• снимаем внутренние кольца (2) коробки (3) с помощью универсального съемника (1) и упора (4);
• отвертываем гайки крепления шестерни ведомой и выбиваем из коробки ось сателлитов;
• проворачиваем шестерни полуосей и сателлиты, при этом последние должны выкатиться в окна дифференциала, чтобы их можно было вынуть;
• снимаем с шестерни полуосей с опорными шайбами.

Установка редуктора

Чтобы разобрать редуктор, необходимо очистить от масла балку моста. Затем нужно положить уплотнительную прокладку на привалочную поверхность, вставить в балку редуктор и закрепить его болтами. Предварительно отверстия в балке и болты обезжирьте и нанесите на болты герметик. Присоедините к редуктору карданный вал и установите полуоси и тормозные барабаны. Установите колесо, наверните (не затягивая) болты их крепления. Кода будут установлены оба колеса, уберите подставки и опустите машину на землю. Далее затяните болты крепления колес с помощью динамического ключа. Очистите магнитную пробку и вверните ее в балку. Заправьте балку моста маслом через маслоналивное отверстие.