Что такое редуктор? Характеристика и виды

Достоинства цилиндрических редукторов

Группа наиболее распространена, благодаря ряду преимуществ.

1. Высокий КПД, составляющий 95-98 %.
   С увеличением количества ступеней его величина несколько снижается. Низкие потери энергии вызваны небольшими силами трения в процессе работы.
2. Высокая нагрузочная способность.
   При подходящих габаритах редуктор цилиндрический способен пропустить через себя и передать на расстояние значительную мощность. Конструктивные особенности механизмов не создают заеданий в зацеплениях. В большинстве устройств потерями пренебрегают, но в крупных и высокоскоростных агрегатах их необходимо учитывать.
3. Незначительный люфт вала
   на выходе позволяет достичь высокой кинематической точности механизма.
4. Отсутствие больших потерь энергии
   не приводит к перегреву агрегата. Основная мощность передается от привода к потребителю. На нагрев идет незначительная доля энергии, не вызывающая сильный нагрев деталей. Для большинства передач не нужны системы охлаждения.
5. Надежная работа при динамических воздействиях (частые пуски, неравномерные нагрузки).
   В связи с этим цилиндрические редукторы широко применяются в оборудовании, где на рабочие органы действуют значительные импульсные нагрузки: дробилки, измельчители, шредеры и др. Преимущество обеспечивается за счет небольшой величины трения скольжения, благодаря которому мало изнашиваются детали. Высокий ресурс валов, передач и подшипников.
6. Большой выбор устройств с разными передаточными числами.

Компоновочная схема редуктора

Компоновочную схему редуктора (рис. 4.10) следует выполнять на миллиметровой бумаге формата A1 в масштабе 1:1 тонкими линиями, чтобы при необходимости можно было произвести необходимые изменения.

Последовательность вычерчивания компоновочной схемы редуктора:

1) провести оси валов на расстоянии аw другот друга;

2) изобразить валы в соответствии с найденными размерами (п. 4.3.1, 4.3.2);

3) по полученным ранее размерам bi и di (подразд. 4.5) изобразить зубчатые колеса;

4) отступив от внешних торцов колес на расстояние а, провести линии, очерчивающие внутреннюю стенку корпуса редуктора;

5) зазор между делительным диаметром колеса и внутренней стенкой редуктора принять равным а1;

6)провестипунктирнуюлинию,соответствующуюнаружнойстенкередуктора,отступивнарасстояние dк(подразд.4.7)отвнутреннейстенкиредуктора;

Рис. 4.9, лист 1

Рис. 4.9, лист 2

7) отступив на расстояние K2 от пунктирной, провести линии, описывающие привалочные плоскости для крышек подшипников качения;

на расстоянии К3 от пунктирной провести линии, ограничивающие торцовые размеры фланцев корпуса;

9)изобразитьподшипникикаченияпогабаритнымразмерам(подразд. 4.4);

10) отверстия под подшипники закрыть крышками (см. рис. 4.8).

При выполнении компоновочной схемы, представленной на рис. 4.10, размеры можно принимать из табл. 4.4.

Т а б л и ц а 4.4

Размеры к компоновочной схеме редуктора

Рис. 4.10

Расчет валов на совместное действие изгиба и кручения

Валы редуктора нагружены силами, действующими в зацеплении передачи, и испытывают деформации изгиба и кручения. Для упрощения расчетов принято, что силы сосредоточенные, приложены в серединах венцов зубчатых колес и направлены по нормалям к профилям зубьев в полюсах зацепления. При расчете их раскладывают на составляющие, действующие вдоль координатных осей. Схема редуктора и усилий, действующих в передаче, приведена на рис. 4.11.

Рис. 4.11

Усилия, действующие в передачах:

окружные –

радиальные –

осевые –

где a = 20º – угол профиля делительный;

b- угол наклона линии зуба.

Последовательность расчета рассмотрим на примере выходного вала, подвергающегося действию наибольших сил.

Реакции в опорах вала (подшипниках) от сил, действующих в плоскости XOZ вдоль оси Z (рис. 4.12):

Реакции вопорах отсил,действующих вплоскостиXOYвдоль осей X и Y:

Суммарные реакции:

Изгибающие моменты и эпюры, обусловленные силами, действующими в плоскости XOZ:

участок вала АВ –

участок вала ВC –

По найденным значениям изгибающих моментов строятся эпюры.

Рис. 4.12

Изгибающие моменты и эпюры, обусловленные силами, действующими в плоскости XOY:

участок вала АВ –

участок вала ВC –

Суммарные изгибающие моменты:

Эквивалентный момент по третьей теории прочности

Диаметр вала в опасном сечении

Допускаемое напряжение [sи] выбирают невысоким, чтобы валы имели достаточную жесткость, обеспечивающую нормальную работу зацепления и подшипников.Валы рекомендуется изготавливать изсталей35,40,45,Ст 5,Ст 6, для которых МПа.

Вычисленные значения диаметра вала d в опасном сечении сравнить с диаметром dк под колесом, найденным при ориентировочном расчете (п. 4.3.2). Должно выполняться условие: . При невыполнении этого условия следует принять и вновь определить размеры вала (п. 4.3.2).

Условие выполнено: dк=50>d=45

Расчет подшипников качения

В основу расчета подшипников качения положены два критерия: по остаточной деформации и усталостному выкрашиванию. При частоте вращения кольца n£ 10 об/мин критерием является остаточная деформация, расчет выполняется по статической грузоподъемности Cor; при n> 10 об/мин критерием является усталостное выкрашивание дорожек качения, расчет выполняется по динамической грузоподъемности Сr. Суждение о пригодности подшипника выносится из сопоставления требуемой и базовой грузоподъемностей (Стр< Сr) или долговечностей (L10h³ [L10h]).

Расчет подшипников качения приведен в [1, с. 85; 3, с. 239: 5, с. 372].

Последовательность расчета подшипников качения рассмотрим на примере выходного вала.

Частота вращения вала n2 = 67 об/мин. Базовая долговечность подшипника [L10h] = 18200 ч. Диаметр посадочных поверхностей вала dп = 45 мм. Действующие силы: радиальные – Н и Н;осевая – Fa = 1000 Н.

Учитывая диаметр посадочных поверхностей вала и характер действующей нагрузки, выберем радиально-упорный шариковый подшипник 33209 (подразд. 4.4), для которого статическая грузоподъемность Cor = 25100 Н; динамическая Сr = 41200 Н.

Схема установки подшипников и действующих сил представлена на рис. 4.13.

Рис. 4.13

Определить отношение:

Поотношению из прил.,табл.П.12,найти параметросевогонагружения

Осевые составляющие от радиальных нагрузок:

Суммарные осевые нагрузки на подшипник:

так как S2>S1, Fa>S2 – S1, то из прил., табл. П. 13, следует:

Для опоры, нагруженной большей осевой силой, определить отношение:

Уточнить значение параметра осевого нагружения (прил., табл. П. 12):

Определить отношение для правой, более нагруженной опоры:

где V – коэффициент вращения внутреннего кольца подшипника.

Так как > е2, то из прил., табл. П. 12, для е2 найти значения коэффициентов радиальной Х и осевой Y нагрузок:

Эквивалентная динамическая нагрузка правой опоры

где Кб = 1,3 – коэффициент безопасности;

Кт = 1 – температурный коэффициент;

Р2 = (1 × 0,45 ×13563 + 1,00×4835) × 1,3 × 1 = 14219 (Н).

Уточнить коэффициент е1 для левой опоры (прил., табл. П. 12):

Найти отношение:

Определить коэффициенты Х и Y из прил., табл. П. 12:

Эквивалентная динамическая нагрузка левой опоры

Р1 = (1 × 0,45 ×10897 + 1,03×1658) × 1,3 × 1 = 8594 (Н).

Для более нагруженной опоры (правой) определить долговечность выбранного подшипника 36209:

(ч).

Так как рассчитанная (требуемая) долговечность больше базовой [ ] (59701>18200), то выбранный подшипник пригоден для данных условий работы.

Если < [ ], то необходимо подобрать радиально-упорный подшипник более тяжелой серии, имеющий большую грузоподъемность, или роликовый конический.

Недостатки цилиндрических редукторов

Наряду с достоинствами, цилиндрический тип передач имеет недостатки.

1. Одна ступень не обеспечивает большое передаточное число.
   Минимальное количество зубьев колеса равно 17. Это требует значительного увеличения габаритов при максимально возможных передаточных числах (до 1:12.5).
2. Высокий уровень шума, создаваемого при поочередном входе в контакт пар зубьев.
   Простейшая конструкция, когда они прямые. Контакт здесь происходит по всей длине зуба. Это обеспечивает передачу большой мощности, но также значительный износ и повышенный шум при вращении. В косозубых зацеплениях захват каждого последующего звена производится постепенно, что снижает вибрацию и удары. При этом требуются меньшие усилия для вращения вала.
3. Нет самоторможения.
   Наружная нагрузка может вращать выходной вал, что не всегда целесообразно. В одном случае это является недостатком, в другом — преимуществом.
4. Зубчатые колеса обладают высокой жесткостью и не дают возможности компенсировать динамические нагрузки.

Передний и задний редукторы – в чем разница?

Если рассматривать элементы обоих редукторов в отрыве от общей системы, то определить его принадлежность к приводу не удастся. Но при сравнительном анализе выяснится, что ведомые шестерни у заднего механизма будут крупнее. В остальном же меняется только конфигурация расположения совмещенных узлов. В частности, редуктор заднего моста находится вдоль продольной линии автомобильного корпуса вместе с коробкой передач и двигателем. За гибкость сцепки при этом отвечает карданный вал. В системе с передним приводом задействуются редукторы угловых скоростей шарового типа. В остальном механика работы остается одинаковой.

Применение цилиндрических редукторов

Благодаря высокому КПД, цилиндрические редукторы наиболее распространены. Их используют в приводах прокатных валков, металлообрабатывающих станков, мешалок и др. Нагрузка может быть равномерной, переменной, реверсивной, однонаправленной. Другие типы передач применяются, когда необходимо обеспечить особые условия: плавный ход, высокое передаточное число при небольших габаритах, угловую компоновку привода.

Редукторы применяются для следующих целей:

• ступенчатое снижение скорости вращения — коробка передач;
• бесступенчатое изменение угловой скорости — вариатор;
• преобразование низкой скорости в высокую — мультипликатор;
• совмещение с двигателем в одном блоке — мотор-редуктор.

Основные виды моторов-редукторов

По типу передачи выделяются следующие типы редукторов:

• Планетарные редукторы, функционирующие за счет системы шестеренок, являются самыми надежными на сегодняшний день. Их недостатком является отсутствие разгона и торможения;
• Червячные, действующие с помощью сцепления червячного колеса и специального винта (червяка). Они обладают плавным разгоном и хорошим торможением, но имеют низкий КПД;
• Цилиндрические, имеющие два основных вида: соосные и плоские. Они имеют высокий коэффициент КПД, но являются очень сложными по конструкции и, как следствие, довольно дорогими;
• Волновые, приходящие в движение с помощью деформических волн в гибком элементе устройства. Может применятся в самых экстремальных условиях, так как обладает высокой производительностью и нечувствителен к загрязнениям.

По количеству ступеней выделяют редукторы:

• одноступенчатые;
• двухступенчатые;
• многоступенчатые.

По сфере применения редукторы бывают:

• общемашиностроительного назначения;
• специальные.

Первый вид редукторов является наиболее универсальным. Специальные редукторы используются в более узкой сфере (судостроение, авиация и т.д.)

Редуктор с одной ступенью

Больше распространен редуктор цилиндрический одноступенчатый горизонтального исполнения.

Вертикальные модели также применяются. Та или иная конструкция связана с удобством компоновки привода. Колеса выполняются с прямыми, косыми или шевронными зубьями. Корпус цилиндрического редуктора изготавливается из чугунного литья или делается сваренным из стали.

Применяются подшипники качения и реже — скольжения (для тяжело нагруженных передач).

Редуктор цилиндрический горизонтальный имеет передаточное число не выше 6.3. Дальнейший рост передаточного числа (допускается его увеличение до 12.5) нерационально увеличивает габариты агрегата. Если редуктор цилиндрический одноступенчатый превышает допустимые габариты, применяют устройство меньшего размера с 2 ступенями.

Двухступенчатый редуктор

Распространены механизмы горизонтального типа. Редуктор цилиндрический двухступенчатый содержит ведущий, промежуточный и ведомый валы. Первая ступень называется быстроходной, а вторая — тихоходной.

Рациональная двухступенчатая конструкция цилиндрического редуктора имеет передаточное число не более 50. При дальнейшем его увеличении значительно увеличиваются масса и габариты устройства. Для больших передаточных чисел рекомендуется применять трехступенчатый тип.

Редуктор цилиндрический двухступенчатый может быть выполнен с раздвоенной, сосной или развернутой схемой. Последняя наиболее распространена из-за простоты конструкции. Несимметричное размещение колес приводит к неравномерной нагрузке на подшипники и зубья.

При раздвоенной быстроходной ступени с противоположным наклоном зубьев на колесах осевые усилия уравновешиваются, а окружные — выравниваются за счет самоустановки ведущего вала.

Конструктивная специфика заднемостового редуктора

Колеса с зубцами зацепления, обеспечивающие передачу крутящего усилия на ведомые валы от ведущего, называются шестернями. Из-за того, что валы располагаются под разными углами, зубцы колес изготавливают специальной формы – это т. н. конические шестерни.

Спасибо за подписку!

Форма конуса, помимо основного назначения по передаче крутящего момента, обеспечивает также низкий уровень шума, что является преимуществом в плане удобства при эксплуатации легковой машины.

Ведущее колесо должно быть иного размера, нежели ведомые – лишь в этом случае будет обеспечиваться понижение передачи. В случае обеспечения этого требования несколько полных вращений ведомого вала будут соответствовать одному полному обороту ведущего – иными словами, имеет место снижение (редуцирование) скорости вращения. Есть ряд транспортных средств (вездеходы, например), где в редукторной коробке применяется серьезное снижение скорости вращения – таким образом, обеспечивается весьма невысокий темп передвижения, чтобы не увязнуть.

Компоновка редукторов

Быстроходная ступень выполняется чаще косозубой, а тихоходная — прямозубой. Для массового производства косозубых передач принято изготавливать шестерни с левым направлением зуба, а колеса — с правым. В производстве мелкими сериями шестерни первой ступени изготавливают как обычно, а второй — с правым направлением. За счет этого происходит уравновешивание осевых сил на промежуточном валу.

Если требуется передавать крутящий момент, не зависящий от угла подведения, применяются конически-цилиндрические передачи. Вертикальные устройства изготавливаются червячно-цилиндрического типа. У них ниже КПД, поэтому редукторы применяются преимущественно при кратковременных режимах работы.

Развернутая схема больше распространена, так как компоненты механизма (валы, колеса, шестерни) используются для изготовления нескольких типоразмеров редукторов. Недостатком является повышенная концентрация напряжений на рабочем участке зуба, что требует применения жестких валов.

Редукторы с раздвоенной схемой имеют массу на 20 % меньше, благодаря большей компактности.

Что такое редуктор?

Ни один механический двигатель не может функционировать без редуктора. Именно от этой детали зависит производительность машины или устройства. Как же правильно определить, что такое редуктор?

Вращательный механизм

Редуктор – это, прежде всего, механизм, преобразующий и передающий частоту вращающегося момента на другие приборы и инструменты. Это передаточное звено между вращательными устройствами двигателя внутреннего сгорания либо электродвигателя к конечному рабочему агрегату. Основные, характеризующие его показатели – это количество ведомых и ведущих вращательных валов, КПД и передаваемая мощность. На вращающих устройствах этого механизма неподвижно закреплены червячные либо зубчатые передачи, с помощью которых передается и регулируется движение от одного к другому. В отверстиях корпуса имеются подшипники, на которых расположены валы.

Мы вкратце рассмотрели, что такое редуктор. А теперь узнаем, какие они бывают.

Классификация приборов

Сегодня применяются редукторы таких видов:

— цилиндрический, обладающий высоким КПД и способный выдерживать большие нагрузки;

— конический редуктор;

— коническо-цилиндрический, применяемый в двигателях с ортогональным расположением тихоходного и быстроходного валов;

— редуктор планетарный, используемый в расположении двигателя и рабочего агрегата и характеризующийся большим передаточным отношением, а также компактными размерами и легкостью;

— редуктор для газового баллона, предназначенный для регулирования давления газа (кислорода, пропана, углекислого газа, закиси азота, газовой смеси), который поступает из закрытой емкости или непосредственно из газопровода.

Применение

Что такое редуктор? Это незаменимый и усердный помощник во всех сферах деятельности человека.

Применение редукторов в промышленности весьма обширно. Что такое редуктор? Это вращательная передающая деталь в различных обрабатывающих станках. Здесь эти механизмы используются как повышающие скорость оборотов.

А в автомобильных коробках передач редукторы применяются, наоборот, для понижения частоты вращения двигателя. От правильно отлаженной их регулировки зависит мягкость и плавность хода транспорта.

В электрооборудовании и бытовой технике, в составе которой имеются электродвигатели, также применяются эти очень важные понижающие и регулирующие обороты устройства. Невозможно представить без этих механизмов конструкцию миксеров, кухонных комбайнов, стиральных машин, болгарок, дрелей.

Редукторы являются необходимой и незаменимой частью насосных систем, очистных сооружений, вентиляционного оборудования. Они используются для поддержания оптимального давления газа в газопламенных установках пайки, резки, сварки и других обработок.

Газодобывающая промышленность также не может обойтись без редукторов. Ведь хранение и транспортировка газов, относящихся к взрывоопасным веществам – дело довольно хлопотное. И тут вращательный механизм приходит на помощь. С его использованием можно перекрыть доступ газа или, наоборот, открыть ему выход, регулируя напор.

Например, газ, поступающий из распределителя газопровода, выходит под очень высоким давлением, которое нуждается в понижении. С помощью сетевого редуктора можно обеспечить автоматическое поддержание давления в заданном рабочем режиме.

В фармацевтической и пищевой промышленности также применяются подобные редукционные клапаны, необходимые для поддержания постоянного давления и его регулировки в кислородных подушках, приборах для измерения артериального давления, варочных, купажных емкостях, баллонах для хранения газовых смесей.

Смазывание редукторов

В зацепление редуктора подается жидкое масло. Применяются следующие способы смазывания.

1. Картерный
   — погружение в масляную ванну, если скорость не выше 10 м/с. При дальнейшем ее увеличении значительно возрастают потери энергии на разбрызгивание масла. Зубчатое колесо находится нижней частью на глубине двух-трех высот зуба.
2. Картерный проточный:
   с одной стороны в ванну агрегата подается масло, а с другой — отводится. При этом производится охлаждение масла.
3. Централизованный (струйный).
   Способ применяется при максимальной окружной скорости передачи более 10 м/с. Масло подается насосом к зацеплению и подшипникам. При этом оно очищается в сетчатых или пластинчатых фильтрах и охлаждается водой через стенки трубчатых холодильников.
4. Комбинированный:
   одна ступень может смазываться централизованно, а другая — картерным способом.

Где и для чего используются одноступенчатые горизонтальные редукторы?

Они находят себе применение:

• там где необходима постоянная или переменная нагрузка, реверсивная и одного направления;
• для обеспечения постоянной работы или с короткими перерывами;
• для обеспечения вращения валов в разные стороны.

Это интересно: Инструкция по тюнингу ГБЦ

Их нельзя или опасно использовать, если частота вращения вала будет превышать показатель 1800 оборотов за одну минуту, а также при запыленности воздуха выше 10 мг на куб. метр и атмосфере первого и второго типов в соответствии с ГОСТ 15150-69.

Вертикальные редукторы

Вертикальные схемы требуются для механизмов, которые не могут работать с применением обычных горизонтальных передач. Вертикальный цилиндрический редуктор от одной до трех ступеней чаще всего применяют в механизмах, работающих в крановых режимах. Его можно эксплуатировать также в наклонном положении.

Ступени обычно выполняются с косозубыми передачами. Колеса и шестерни изготавливаются из кованых легированных сталей с термообработкой. В качестве опор применяются однорядные конические роликоподшипники.

Корпуса редукторов

Главные требования к корпусу редуктора — жесткость и прочность, исключающие вероятность перекоса валов. В современном производстве редукторов выпускаются два типа корпусов — разъемные и неразъемные.

Конструкция разъемного корпуса включает в себя основание и съемную крышку. Отдельные модели вертикальных цилиндрических редукторов имеют разъемы по 2-3 плоскостям. Чтобы предотвратить протекание масла, разъемы корпуса редуктора обрабатывают герметиком. Устанавливать прокладки между крышкой и основанием не рекомендуется, так как при фиксации крепежных болтов они деформируются. Как следствие, посадка подшипников может быть нарушена.

Неразъемный корпус чаще используется для червячных редукторов и других типов оборудования, имеющих легкий вес. В такой конструкции предусмотрена съемная крышка.

Для производства корпусов редукторов используется, главным образом, чугун марок СЧ 10-15. Листовая сталь применяется реже, как правило, при комплектации габаритного приводного оборудования по индивидуальному заказу. У стального сварного корпуса толщина стенок примерно на треть меньше, чем у чугунных редукторов. В последнее время для производства корпусов все чаще используются алюминиевые сплавы.

Производители

Отечественное производство заметно отстает от зарубежного. Импортные модели поступают на российский рынок без адаптации к местным условиям. Традиционные российские редукторы представляют собой предельно упрощенные конструкции, что дает им возможность хоть как-то снизить цены и поддержать спрос. Потребитель все больше убеждается в их низкой надежности, предпочитая приобретать импортные изделия. Отечественный редуктор цилиндрический обладает следующими недостатками:

• отсутствие чистовой и отделочной операций по обработке поверхности зубьев;
• низкая мощность и крутящий момент, недолговечность и недостаточная надежность;
• существенное ограничение разнообразия конструкций, что не дает возможности применять их в современных машинах и механизмах с многофункциональным приводом.

Очень мало предприятий занимается совершенствованием отечественных изделий, улучшая их показатели до зарубежного уровня. Среди них выделяется НТЦ «Редуктор», главным направлением которого является модернизация типовых изделий за счет применения достижений науки о редукторах и внедрения зарубежных новинок.

Типы мотор-редукторов и их применение в промышленной отрасли.

мотор-редукторы

Мотор-редуктор — представляет собой механизм, работа которого основана на взаимодействии редуктора и электрического двигателя. Такие редукторы активно используются в самых разных промышленных сферах и в строительстве. Они входят в конструкцию бетономешалок, лебедок и всевозможных конвейеров.

С их помощью при необходимости можно контролировать скорость электродвигателей или менять мощность крутящих моментов. Производством мотор-редукторов в настоящее время занимается достаточно большое количество фирм и компаний. Однако независимо от этого агрегаты такого типа подразделяются на пять видов:

1) Цилиндрические редукторы – отличаются высоким уровнем надежности и огромным ресурсом эксплуатационной мощности. Как правило, такие механизмы входят в состав конструкции крупных машин, работающих на высоких оборотах. В свою очередь цилиндрические мотор-редукторы делятся на прямозубые, шевронные и косозубые. Применяются в металлорежущем оборудовании, на деревообрабатывающем производстве и во многих других промышленных сферах. 2) Червячные редукторы – для механизмов данного типа характерно высокое передаточное отношение, сильное тепловыделение и небольшой коэффициент полезного действия. На них основана работа различных промышленных транспортеров, конвейеров и подъемников, а также насосов и бетономешалок. 3) Конические редукторы – в отличие от других видов агрегатов конические механизмы оснащены пересекающимися осями. Именно это позволяет менять направление кинетических передач. В других редукторах оси входного и выходного вала установлены параллельно друг к другу. С их помощью работают грузовые лифты, производственные конвейеры и всевозможные измельчители. 4) Планетарные редукторы – несмотря на свои небольшие габариты и вес, выдерживают колоссальные нагрузки, что позволяет устанавливать приличную передаточную величину. Такие аппараты входят в состав конструкции буровых машин, мешалок, лебедок и многих других инструментов. 5) Редукторы смешанного типа – такие многофункциональные агрегаты располагают целым набором передач. В последнее время они особенно активно используются в современном строительстве. Чаще всего на стройке применяется конически-цилиндрический мотор-редуктор. Мотор-редукторы не просто так остаются особенно актуальными аппаратами в строительстве. Дело в том, что практически всё современное строительное оборудование работает на основе электродвигателей, которые передают свою энергию требуемым устройствам посредством редуктора. Ключевой особенностью данных агрегатов является функция самоблокировки, которая обеспечивает им эффективную и безопасную работу. Как известно, именно червячные редукторы входят в конструкцию башенных кранов.

Перейти в каталог мотор-редукторов