Принцип работы цилиндрического редуктора

Механика – это именно та наука, без которой сегодня просто немыслим стабильный технический прогресс человечества. Любая машина содержит в себе в той или иной степени механизмы, обеспечивающие нормальное ее функционирование. И во многих кинематических схемах этих агрегатов непременно значится устройство под названием редуктор цилиндрический.

Определение

Разберемся подробнее с этим широко распространенным универсальным механическим приспособлением. Итак, редуктор цилиндрический – это механизм, состоящий из зубчатых передач, заключенный в корпус и зачастую работающий в масляной ванне. Что подразумевается под словом «цилиндрический»? Это означает, что оси валов редуктора расположены параллельно друг другу. По количеству передач механизм может быть одноступенчатым, двухступенчатым, трёхступенчатым и т. д.

Назначение

Абсолютно каждый редуктор цилиндрический в первую очередь служит для понижения частоты вращения и, соответственно, повышения вращающего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим. Говоря иными словами, редуктор снижает угловую скорость вала электродвигателя.

Достоинства

Редуктор цилиндрический обладает следующими неоспоримыми преимуществами:

• Достаточно высоким коэффициентом полезного действия.
• Способностью выдерживать большую нагрузку и при этом практически с нулевыми потерями передавать на расстояние большие мощности.
• Способностью безотказно функционировать даже при неравномерных нагрузках, а также при любом количестве запусков и остановок.
• Отсутствием самоторможения (в отличие от червячных аналогов), и потому есть возможность проворачивать выходной вал от руки.
• Высочайшим показателем надежности.
• Низким уровнем тепловыделения.
• Широким выбором механизма по передаточному числу.

Отрицательные качества

Редуктор цилиндрический одноступенчатый (как и многоступенчатый) имеет такие недостатки:

• Повышенный уровень шума во время работы.
• Высокая жёсткость зубчатых колес, не позволяющая компенсировать динамические нагрузки.
• Отсутствие обратимости.

Классификация

Редуктор цилиндрический двухступенчатый, одноступенчатый и многоступенчатый по расположению зубьев разделяются:

• На прямозубые.
• Косозубые.
• Шевронные.
• С круговым зубом.

В зависимости от профиля зубьев редукторы могут быть эвольвентные с зацеплением Новикова и циклоидальные.

По окружной скорости дифференциация будет следующая:

• Тихоходные (окружная скорость не превышает 3 м/с).
• Среднескоростные (окружная скорость находится в пределах от 3 до 15 м/с).
• Скоростные (величина окружной скорости составляет от 15 до 40 м/с).
• Быстроходные (скорость свыше 40 м/с).

Устройство

Цилиндрический редуктор, чертеж которого приведен ниже, в общей конфигурации состоит из:

• Корпуса.
• Валов.
• Подшипников.
• Системы смазки.

В механике то зубчатое колесо, которое имеет меньшее число зубьев, называют шестерней, а с большим количеством зубьев – колесом.

Монтаж

Редуктор цилиндрический одноступенчатый и многоступенчатый имеет одинаковый принцип установки, который заключается в соблюдении нескольких правил, а именно:

• Подстилающая поверхность для редуктора должна быть максимально ровной, дабы исключить возможность перекоса.
• В обязательном порядке следует провести выверку монтируемых муфт, чтобы по максимуму снизить радиальные усилия на концах валов.
• Категорически запрещается бить по концам валов, поскольку это может привести к преждевременному выходу из строя подшипников качения.
• Затяжку крепёжных болтов производить равномерно с целью нивелировать вероятность расшатывания редуктора в процессе его последующей работы.

Правила ввода в эксплуатацию

Редуктор цилиндрический двухступенчатый, как и, собственно говоря, любой другой редуктор, должен начинать свою работу на основе таких требований:

• Концы валов зачищаются от коррозии или грязи.
• Откручивают маслоспускной винт и определяют отсутствие/наличие конденсата.
• Заливку масла в картер осуществлять через мелкоячеистый фильтр с целью исключить вероятность попадания абразивных частиц вовнутрь редуктора. При этом температура этого масла не должна быть ниже 20 градусов Цельсия.
• Желательно также от руки прокрутить валы и послушать работу зубчатого зацепления.

Основными параметрами, которыми следует руководствоваться при выборе цилиндрического редуктора, являются его передаточное число и межосевое расстояние.

Цилиндрический двухступенчатый редуктор – наиболее распространенный вариант применяемых ныне редукторов (около 65 %). Передаточные числа этих механизмов находятся в пределах от 8 до 40. В тех случаях, когда есть острая необходимость улучшить работу нагруженной тихоходной ступени, применяются редукторы с быстроходной ступенью раздвоенного типа.

Реду́ктор (механический) — механизм по передаче мощности вращением, главной функцией которого является редукция, то есть, снижение усилия, необходимого для привода устройства, преобразующего передаваемую мощность в полезную работу. Каноническим видом механического редуктора является пара взаимозацепленных цилиндрических шестерён, из которых ведущая шестерня меньшего размера, а ведомая — большего.

Содержание

Как это работает [ править | править код ]

Работа любого редуктора подпадает под действие Золотого правила механики: редуктор практически не изменяет передаваемую вращением мощность (с поправкой на КПД), а лишь взаимообратно изменяет две её составляющие — крутящий момент и угловую скорость. Величина изменения определяется передаточным отношением. При этом, редукция усилия предполагает, что крутящий момент на входе в редуктор будет меньше, чем на выходе с него, а угловая скорость, соответственно, наоборот — на входе будет больше чем на выходе. Передаточное отношение любого подобного редуктора больше единицы, а сам термин «редуктор», упомянутый без каких-либо дополнительных определений к нему, подразумевает именно редуктор подобного плана.

В редких случаях (в основном, из компоновочных соображений) в технике применяются редукторы с передаточным отношением меньше единицы. Такой редуктор в русскоязычном речевом обиходе называется «повышающим редуктором». Определение «повышающий» здесь происходит как от факта повышения усилия, необходимого для привода конечного устройства, так и от повышения угловой скорости ведомой шестерни в таком редукторе. Формально, исходя из этимологии термина «редуктор», термин «повышающий редуктор» есть оксюморон, но фактически распространённого синонима в русском языке нет, а, возможно, более подходящий сюда термин «мультипликатор» в обиходе практически не используется и малопонятен. При этом такой термин как «повышающая передача» официально зафиксирован ГОСТ-ом и правомерно присутствует в инженерно-техническом лексиконе.

Основные характеристики редуктора [ править | править код ]

Таковыми являются: тип передачи, тип зацепления, КПД, передаточное отношение, величина передаваемой мощности (номинальный крутящий момент на тихоходном валу и максимальные окружные скорости зубчатых колёс), число ступеней редукции.

Классификация редукторов по ГОСТу [ править | править код ]

Прежде всего редукторы классифицируются по типам механических передач: цилиндрические, конические, червячные, планетарные, волновые, спироидные и комбинированные.

Также редукторы можно классифицировать по типу корпусов, по способу охлаждения, по типам используемых подшипников, по скоростям вращения, передаточному числу; передаваемой мощности.

Корпуса редукторов [ править | править код ]

В серийном производстве широко распространены стандартизованные литые корпуса редукторов. Чаще всего в тяжёлой промышленности и машиностроении применяются корпуса из литейного чугуна, реже из литейных сталей. Когда требуется максимально облегчить конструкцию применяют легкосплавные корпуса. На корпусе редуктора чаще всего имеются места крепления — лапы и/или уши, за которые перемещают и/или крепят редукторы к основанию. На выходе валов располагают уплотнения для предотвращения вытекания масла. На корпусах редукторов зачастую располагают конструкционные элементы, предотвращающие увеличение давления внутри редуктора, возникающее от нагрева редуктора при его работе.

В штучном производстве широко используются сварные корпуса, позволяющие получать индивидуальные конструктивные решения.

Передаточное отношение [ править | править код ]

В дополнение к общему определению передаточного отношения, предполагающему отношение угловых скоростей ведущей и ведомого валов i = ω 1 / ω 2 /omega _<2>> , в любом механическом редукторе на зубчатых колёсах таковое может быть подсчитано без замеров угловых скоростей по формулам, учитывающим число зубьев. Для определения передаточного отношения любого редуктора из двух взаимозацепленных зубчатых колёс, независимо от их формы и типа зацепления (цилиндрического, конического, гипоидного, червячного), верна формула вида z 2 / z 1 <2>/z_<1>> где z 1 <1>> — число зубьев ведущего зубчатого колеса (число заходов червяка), а z 2 > — число зубьев ведомого зубчатого колеса. Передаточное отношение планетарного редуктора определить таким образом также возможно, хотя оно не имеет единой формулы подсчёта, и для его определения по числу зубьев всегда надо понимать, какое звено планетарного редуктора является ведущим/ведомым/опорным, а также учитывать тип и форму конкретного планетарного механизма.

Общее передаточное отношение всех редукторов, задействованных в конкретной кинематической цепи, равно произведению их передаточных отношений.

Редуктор со ступенчатым изменением передаточного отношения называется коробкой передач, с бесступенчатым — вариатор.

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 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. Помимо подразделения по типам передач, редукторы делятся и по своему конструктивному исполнению.

Типы редукторов по такому принципу делятся на 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.

Червячные редукторы

Эти редукторы имеют одну или две передачи червячного типа. Винт, который лежит в основе такой передачи, своим видом похож на червяка. Червячный редуктор чаще всего применяется для сообщения энергии вращения между осями, скрещивающимися в пространстве, чаще всего перпендикулярно.

В червячных редукторах уменьшение угловой скорости выходного вала и увеличение крутящего момента происходит за счет преобразования энергии, заключенной в высокой угловой скорости и низком крутящем моменте на входном валу. Такие редукторы имеют высокую универсальность и обширную область применения.

Наибольшее распространение имеют одноступенчатые червячные редукторы однако встречаются и двухступенчатые. В них два одноступенчатых червячных редуктора скомпонованы в единый механизм. Выходной вал, как правило, полого типа, одного редуктора имеет жёсткое соединение с входным валом второго редуктора. Двухступенчатая компоновка позволяет добиться высокого передаточного отношения всего редуктора, что даёт возможность получения большего крутящего момента при малой входной мощности. Встречаются редукторы, в которых червячная передача совмещена с цилиндрической или передачей иного типа.

Цилиндрические редукторы

Такие редукторы обязаны названию не цилиндрической формой, а типом передачи, которая в них используется. Зубчатый цилиндр является основным валом такого редуктора. Благодаря своему устройству, редуктор этого типа используется чаще всего в горизонтальном положении, в котором производительность передачи наиболее высока. КПД редуктора такого типа достигает 98%, что зависит от его передаточного числа. Благодаря высокому КПД нет эффекта рассеивания передаваемой редуктором энергии, и это позволяет избежать нагревания всех элементов механизма. Цилиндрический редуктор бывает одно-, двух-, трех- и четырехступенчатой модификации. Но чаще используются редукторы с несколькими ступенями, или редукторы, в которых совмещены цилиндрическая и коническая передача. Применяется цилиндрический редуктор в первую очередь в машиностроении и тяжелой промышленности.

Кроме червячных и цилиндрических редукторов, есть типы зубчатой передачи, конические, планетарные и волновые. Такие типы редукторов тоже бывают одноступенчатыми и двухступенчатыми и используются как с моно-передачей, так и с совмещением передач нескольких типов.

Классификация редукторов в зависимости от вида передач и числа ступеней

Цилиндрический

Одноступенчатый	Одна или несколько цилиндрических передач	Параллельное
Двухступенчатый; трехступенчатый		Параллельное или соосное
Четырехступенчатый		Параллельное
Конический	Одноступенчатый	Одна коническая передача	Пересекающееся
Коническо-цилиндрический	Двухступенчатый; трехступенчатый; четырехступенчатый	Одна коническая переда­ча и одна или несколько цилиндрических передач	Пересекающееся или скрещивающееся
Червячный	Одноступенчатый; двухступенчатый	Одна или две червячные передачи	Скрещивающееся
			Параллельное
Цилиндрическо-червячный или червячно-цилиндрический	Двухступенчатый; трехступенчатый	Одна или две цилиндрические передачи и одна червячная передача	Скрещивающееся
Планетарный	Одноступенчатый; двухступенчатый; трехступенчатый	Каждая ступень состоит из двух центральных зубчатых колес и сател­литов	Соосное
Цилиндрическо-планетарный	Двухступенчатый; трехступенчатый; четырехступенчатый	Комбинация из одной или нескольких цилин­дрических и планетар­ных передач	Параллельное или соосное
Коническо-планетарный	Двухступенчатый; трехступенчатый; четырехступенчатый	Комбинация из одной конической и планетар­ных передач	Пересекающееся
Червячно-планетарный	Двухступенчатый; трехступенчатый; четырехступенчатый	Комбинация из одной конической и планетар­ных передач	Скрещивающееся
Волновой	Одноступенчатый	Одна волновая передача	Соосное

Устройство и назначение редуктора

Редуктор — это механизм, который состоит из зубчатых и червячных передач, и выполнен в виде отдельного устройства. Он служит для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочего механизма. Основное назначение редуктора это понижение угловой скорости и, вследствие этого увеличение крутящего момента ведомого вала по отношению к ведущему. Есть несколько типов редукторов, можно купить редуктор червячный, цилиндрический редуктор, волновой редуктор, конический угловой редуктор. Все эти виды обусловлены типом передач, на которых построена работа редуктора, или по типу зубчатых колес, это относится к цилиндрическим и коническим редукторам. Кроме того редукторы подразделяются по числу ступеней передачи, существует одноступенчатый редуктор, двухступенчатый редуктор и редукторы с большим ступенчатым числом.

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).

Редукторы проектируются либо для привода конкретного механизма, либо можно купить редуктор, ориентируясь по заданной нагрузке и его передаточному числу без указания конкретного назначения. Так же редукторы подразделяются на горизонтальные и вертикальные, в соответствии с положением вала в пространстве.

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:

• 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

Размещение различных передач в одном корпусе редуктора позволяет разместить опоры валов с очень точно соблюдённой соосностью и строго выдержанными межосевыми расстояниями. Передача крутящего момента может осуществляться между параллельными, пересекающимися и даже перекрещивающимися валами. Взаимное расположение валов определяет, какой именно тип передачи будет использоваться в данном редукторе. Так, например, для передачи вращения между валами, расположенными параллельно используются цилиндрические зубчатые передачи. Если валы пересекаются – применяют конические зубчатые передачи, а в случае с перекрещивающимися валами оптимальным будет применение червячных, зубчато-винтовых и гипоидных передач. По количеству возможных скоростей выходного вала редукторы можно разделить на механизмы с постоянным показателем передаточного отношения (односкоростные редукторы), а также на двух – и многоскоростные редукторы, с возможностью изменения передаточного отношения.

Ресурс передач, валов и подшипников редукторов

90%-ный ресурс подшипников

Червячный, глобоидный, волновой	10000
Цилиндрический, конический, коническо-цилиндрический, планетарный	12500
Червячный	5000
Глобоидный, волновой	10000

Конструктивные особенности редуктора

Конструктивное исполнение – это корпус, внутри которого находятся все элементы передачи – валы, шестерни и подшипники, зубчатые колеса и другие. За счет разницы передаточных чисел сопряженных шестерен, редуктор может снижать скорость вращения выходного вала, относительно скорости входного. Благодаря этому свойству, редуктор активно используется как привод для разных двигателей и механизмов. Универсальность применения, которой обладает редуктор, предопределяет его широкое применение в промышленности.

Для работы, например, конвейера, нужны подшипники и приводные цепи, способные обеспечить движение различных транспортеров и грузовых площадок. Все конвейерные механизмы приводит в движение мотор-редуктор, представляющий собой электродвигатель, конструктивно совмещенный с центральной шестерней редуктора любого типа передачи.

Благодаря тому, что мотор-редуктор имеет простую конструкцию, он не требует постоянного технического обслуживания, а его компактные размеры позволяют закрепить на раму подъемного механизма, не занимая лишнего пространства. В редукторах высокоточного позиционирования, используются радиально-аксиальные подшипники, установленные в композитные положения, обеспечивающие плавное и бесшумное вращение вала. Редукторы разного типа устроены по своему, их валы могут находиться как в одной плоскости, так и под углом друг к другу. От этого зависит производительность редуктора и его передаточное число.

Конструктивные исполнения по способу монтажа

Примеры условных обозначений и изображений:
121 — соосный редуктор, конструктивное исполнение корпуса на лапах, крепление к потолку, валы горизонтальные, выходной вал слева (рис. 1, а);
2231 — редуктор с параллельными осями, исполнение корпуса с фланцем, поверхность крепления перпендикулярна осям валов, креп­ление к левой стене, валы горизонтальные в вертикальной плоскости (рис. 1, б);
3120 — редуктор с пересекающимися ося­ми, исполнение корпуса навесное, поверхность крепления параллельна осям валов, крепление к потолку, валы горизонтальные (рис. 1, в);
4323 — редуктор со скрещивающимися осями, исполнение корпуса насадное, поверх­ность крепления перпендикулярна оси колеса, выходной вал вертикальный, червяк слева от колеса (рис. 1, г).
Символом ///// обозначена точка фиксации изделия от проворота реактивным моментом и крепление полого выходного вала на валу рабо­чей машины.

Как выбрать редуктор?

От выбора редуктора зависит не только его надежность и производительность, но и долговечность. Ошибки при расчете в выборе редуктора могут привести к преждевременному выходу его из строя. Поэтому работу по расчету и выбору редуктора нужно по возможности доверить опытным специалистам-конструкторам, которые учтут все факторы, такие как: расположение редуктора в пространстве, условия его работы, рабочей температуры и предельного в процессе эксплуатации.

Подтвердив все это расчетами, специалист сможет подобрать оптимальный редуктор под конкретный привод. Как показывает практика, правильно подобранный тип редуктора и его передаточное число обеспечивает срок службы механизма не менее 7 лет для червячных редукторов и не меньше 15 лет для цилиндрических редукторов. Иногда нет возможности проконсультироваться у специалиста. Как посчитать передаточное число редуктора самому? Любой расчет редуктора необходимо начать с составления кинематической схемы всего привода — это позволит определить тип редуктора, который необходим для данной системы.

Как определить передаточное число редуктора?

Передаточное число редуктора определяется по общей формуле:

где n_вх — это количество оборотов входного вала редуктора, то есть обороты электродвигателя, по числу оборотов в минуту, а n_вых— это необходимое количество оборотов выходного вала редуктора, оборотов в минуту.

Полученное передаточное число округляется до передаточного числа из типового ряда для данных типов редукторов. Необходимо помнить, что расчет передаточного числа редуктора, таким образом, является довольно приблизительным. А при выборе электродвигателя частота вращения вала всего двигателя, а, значит, и входного вала редуктора не может превышать 1500 оборотов в минуту для редукторов любого типа. Обороты электродвигателя необходимо выбирать исходя из технических характеристик самих электродвигателей и механизмов, для которых они предназначены.

«>