Что такое редуктор

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.

Достоинства и недостатки передач в зависимости от типа зубьев

А. Колеса прямозубые

Это наиболее распространенная разновидность зубчатых колес. Их зубья располагаются в плоскостях перпендикулярных по отношению оси вращения, а линия соприкосновения зубьев у шестерни проходит, наоборот, параллельно этой оси. Колеса с прямыми зубьями обладают наименьшей стоимостью, но они обеспечивают крутящий момент, максимальное значение которого немного меньше, чем могут создавать косозубые или шевронные. Кроме того, шестерни с такими зубьями больше шумят, чем шестерни с более сложными по форме зубьями.

Б. Косозубые и кривозубые колеса

Они представляют собой усовершенствованный вариант прямозубой шестерни. У них зубья расположены, если сравнивать с прямыми зубьями, под наклоном (или по кривой линии, в случае кривозубых колес), образуя подобие винтовой линии.

Преимущества

Зацепление колес происходит менее шумно, более эффективно и плавно, если сравнивать со случаем, когда используется прямозубый вариант шестерни. Площадь соприкосновения также больше, чем у прямозубой передачи, поэтому и значение максимального передаваемого момента также повышено.

Недостатки

Во время работы косозубого/кривозубого колеса появляется механическое усилие, сдвигающее его по оси, поэтому вал должен устанавливаться только с применением упорных подшипников, для предотвращения его горизонтального смещения. Увеличение площади соприкосновения зубьев ведет также к возрастанию силы трения между зубьями, что в свою очередь является причиной появления дополнительных потерь мощности и нагрева цилиндрического редуктора, а также снижения его кпд. Для уменьшения указанных негативных явлений и их компенсации требуется применение специальных смазочных материалов. Косозубые/кривозубые колеса применяют в основном там, где требуется передача значительных крутящих моментов особенно, если вал вращается с очень большой скоростью, и есть ограничения по степени шумности, которую создает соосный цилиндрический редуктор.

В. Шевронные колеса

Изобретение этих колес нередко приписывают французскому предпринимателю Ситроену, хотя он просто смог во время оценить и выкупить права на соответствующий патент у польского малоизвестного сегодня механика-самоучки. Зубья шевронных колес, если смотреть на них сверху, похожи по форме на английскую букву «V». Они могут выполняться либо как цельные детали, либо получаться за счет стыковки пары колес косозубого типа.

Применение шевронных колес позволяет решить проблему возникновения на валу осевой силы, так как направленные в разные стороны усилия, действующие на обе части таких колес компенсируют взаимно друг друга. В результате отпадает необходимость в упорных подшипниках, так как передача с использованием шевронных колес является самоустанавливающейся и не имеющей тенденции к появлению осевых сдвигов. Поэтому сборка цилиндрического редуктора, оснащенного шевронными колесами, выполняется с креплением одного из валов с помощью плавающих опор (например, с использованием подшипников с цилиндрическими роликами).

Что дает наличие у редуктора нескольких ступеней передачи?

В зависимости от количества ступеней цилиндрический зубчатый редуктор называется:

одноступенчатым;
двухступенчатым;
трёхступенчатым;
многоступенчатым.

Способы определения

Существует несколько способов, как определить передаточное число редуктора:

теоретический;
практический;
расчетный.

Первый, наиболее простой, способ – теоретический. Обычно, для того, чтобы узнать необходимую информацию, нужно просто заглянуть в инструкцию автомобиля, где указаны подробные таблицы. Большинство авто содержат такую информацию в Vin-номере, где она зашифрована, но ее легко узнать. Автомобили российского производства обычно имеют стандартный набор типовых моделей редукторов. Это значительно облегчает процесс замены.

Другое дело, когда необходимо заменить только отдельную часть узла. Обычно, когда автомобиль сменил нескольких владельцев, неизвестно сколько раз редуктор заменялся и какая модель установлена в данный момент. Сделать это часто достаточно легко, так как необходимую информацию стараются нанести на места, наиболее удобные для просмотра.

Практический способ определения передаточного числа редуктора более сложный и требует прямого вмешательства в механизм автомобиля. Разберем подробную пошаговую инструкцию:

Первое, что нужно сделать, это узнать какая модель установлена на вашем автомобиле. Существует несколько типов, которые отличаются в зависимости от типа передачи зацепления, бывают зубчатые, цепные, винтовые, гипоидные, волновые и фракционные. Передаточное число в любом случае считается как отношение скорости вращения ведомого и ведущего вала. Если вышеуказанные данные известны, придется прибегнуть к разбору узла.
Нужно отсоединить редуктор от корпуса и сопутствующих узлов и открыть крышку, чтобы иметь обзор конструктивных элементов. С помощью таких манипуляций можно точно узнать, от какого элемента редуктора стоит отталкиваться при расчете.
Затем провести расчет передаточного числа исходя из типа узла. Если передача зубчатая, то провести расчет довольно легко, в таком случае расчетный показатель равняется отношению количества зубьев ведомой шестерни к зубьяv ведущей. Нужно просто посчитать указанные параметры.
Если передача ременная, подсчет происходит путем соотношения диаметра ведущего шкива к ведомому, или наоборот. Расчет всегда проводиться от большего числа. При цепной передачи, нужно посчитать количество зубьев ведущей и ведомой звезды, и просчитать соотношение большей к меньшей. При червячной передаче, считается количество заходов на червяке и зубья на червячном колесе, после чего рассчитывается отношение второго полученного числа к первому.

Для этого нужно использовать специальный измерительный прибор – тахометр, с помощью которого измеряется скорость вращения приводного вала двигателя и вала, приводящего в движение колеса. Соотношение первого показателя к второму поможет точно определить передаточное число.

Можно делать это проще, посчитав крутящий момент редуктора с помощью вращения колеса. Ведущую ось нужно приподнять на опорах. Фиксируется изначальное положение колеса и ведущего вала, сделать это можно с помощью простых меток. Затем стоит вращать колеса, пока метки не совпадут и подсчитать отдельно количество оборотов вала и колеса. Для этих целей рационально воспользоваться чьей-либо помощью.

После сбора всей необходимой информации нужно поделить число оборотов ведущего вала на количество вращений колеса. Чтобы получить точный результат, нужно внимательно отнестись к каждому этапу процедуры, так как даже малейшая неточность в измерении может критично повлиять на конечный результат.

Устройство и принцип работы

Рассматриваемый механизм представлен классическим сочетанием шестерен с различным диаметром, которые обеспечивают передачу вращения с изменением числа оборотов и передаваемого усилия. Особенности механизма определяют возможность применения в самых различных отраслях. Обеспечить работу можно только в случае присоединения вращающего вала к ведомой части.

Рассматривая чертеж классического устройства, следует отметить, что оно состоит из следующих элементов:

Основные элементы представлены зубчатыми и червячными парами. Для установки и фиксации основных деталей проводится установка центрирующих подшипников. Для смазывания трущихся деталей корпус заполняется специальным маслом

Исключить вероятность его вытекания можно за счет уплотнений

Сальники также являются важной частью конструкции. Корпус состоит из двух составных элементов, за счет которых есть возможность разобрать конструкция при обслуживании или ремонте.

Схема классического устройства выглядит следующим образом:

В качестве источника вращения устанавливается мотор.
Другая часть представлена шестерней планетарного типа. Внутри расположены другие детали, крепление стакана редуктора к мотору проводится за счет фиксирующих элементов.
Далее идет вал с подшипником.

Защита конструкции обеспечивается за счет крышки редуктора. Его фиксация проводится за счет болтов. В целом можно сказать, что устройство достаточно сложное, поэтому провести его ремонт и обслуживание не всегда просто.

Принцип действия агрегата во многом зависит от кинематической схемы привода. Расчет передаточного отношения проводится при применении специальных формул, которые можно встретить в технической литературе.

Основная часть конструкции состоит из следующих деталей:

Коронной шестерни.
Планетарная или сателлиты.
Водило и солнечная шестерня.

Принцип действия рассчитывается следующим образом:

Солнечная шестерня расположена в центральной части конструкции. Зачастую именно ей передается основное вращение, для чего элемент имеет посадочное отверстие под вал.
Центральный элемент постоянно находится в зацеплении с другими подобными шестернями, оси которых расположены по окружности.
Сателлиты находятся в зацеплении с коронной шестерней, которая представлена зубчатым колесом большого диаметра с внутренним расположением основных деталей.

Водило требуется для жесткой фиксации всех деталей относительно друг друга.

Стоит учитывать, что для работы механизма одна из частей должна быть зафиксирована относительно других. В зависимости от выбора ведомого или ведущего элемента зависит показатель передаточного числа. Рассчитать число достаточно сложно, от этого показателя также зависит удельная мощность.

Конструктивные особенности рассматриваемого механизма определили то, что он может применяться для достижения самых различных целей.

§ 14.4. ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ПАРАМЕТРАМИ ОДНОСТУПЕНЧАТОГО РЕДУКТОРА С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ ЗУБЧАТЫМИ КОЛЕСАМИ

Одноступенчатый редуктор с цилиндрическими зубчатыми колесами применяется только в тяговых передачах рельсового подвижного состава при параллельном расположении оси якоря тягового двигателя и движущей оси. При выборе габаритных соотношений и передаточного числа редукторов этого типа учитывают два основных ограничения:

ограничение осевого габарита редуктора (рис. 14.6, а) общей длиной привода, которая должна быть меньше расстояния L между колесными парами (практически принимают L<0,9 К, где К — ширина колеи);
ограничение диаметрального габарита редуктора диаметрами движущих колес и корпуса двигателя (см. рис. 14.6, б).

При параллельном расположении осей колесной пары и тягового двигателя размеры централи А и диаметра оси колесной пары D ограничиваются допустимым наружным диаметром D корпуса тягового двигателя1, а следовательно, и его мощностью. Габарит двигателя по диаметру D определяется также допустимым расстоянием h1 от нижней точки корпуса двигателя до головки рельса. Этот размер для вагонов метрополитена должен быть не менее 140 мм (ГОСТ 9238—59), а для трамвайных вагонов — не менее 130 мм.

1 Для лучшего использования этого габаритного размера корпус тягового двигателя в ряде случаев выполняют восьмигранным.

Рис. 14.6. Геометрические соотношения между параметрами редуктора тяговой передачи при поперечном расположении тягового двигателя

При определении диаметра делительной окружности большого зубчатого колеса d1 учитывают диаметр движущего колеса Dк и заданную величину превышения h2 корпуса редуктора над головкой рельса. В одноступенчатых редукторах централь передачи равна:

где ∆4 — допустимый зазор между корпусом тягового двигателя и осью колесной пары.
Разность величии h3—h2 = ∆ складывается, очевидно, из высоты головки зуба зубчатого колеса (примерно равной модулю зацепления m), зазора между вершиной зуба и стенкой кожуха и толщины самого кожуха. Практически ∆= h3—h2=15-25 мм. Максимально возможное значение диаметра делительной окружности зубчатого колеса d2 макс =Dк — 2 h3 =Dк— 2 (h2+∆) (14.8) определяется допустимой величиной зазора h2. Для тяговых передач трамвайных вагонов h3>110 мм, для вагонов метрополитена h3>95 мм.
Наименьшее значение диаметра делительной окружности шестерни определяется типом подвешивания тягового двигателя. При рамно- осевой подвеске двигателя шестерня насаживается на конце его вала и минимальный диаметр делительной окружности определится, очевидно, диаметром конца вала двигателя, поскольку толщина тела шестерни по условиям прочности не должна быть меньше 15—20 мм. Максимальное передаточное число

Назад
Вперёд

Червячные редукторы

Червячные редукторы получили большую популярность в виду своей простоты и достаточно низкой стоимости. Из всех видов червячных редукторов наиболее распространены редукторы с цилиндрическими или глобоидными червяками. Как и многие другие типы редукторов червячные могут состоять из одной или нескольких ступеней. На одноступенчатом редукторе передаточное отношение может быть в пределах 5-100, а на двух ступенях может достигать 10000. Основными достоинствами редукторов червячного типа являются компактные размеры, плавность хода и самоторможение. Из недостатков можно отметить не очень высокий КПД и ограниченная нагружаемая способность. Основными элементами являются зубчатое колесо и цилиндрический червяк. Цилиндрический червяк представляет собой винт с нанесенной на его поверхности резьбой определенного профиля. Число заходов зависит от передаточного отношения, и может составлять от 1 до 4. Вторым основным элементом редуктора является червячное колесо. Оно представляет собой зубчатое колесо из сплава бронзы, количество зубьев также зависит от передаточного отношения и может составлять 26-100.

В ниже приведенной таблице представлена зависимость передаточного отношения от количества зубов колеса и заходов винта.

Передаточное отношение	Число заходов червяка	Число зубов колеса
7-8	4	28-32
9-13	3-4	27-52
14-24	2-3	28-72
15-27	2-3	50-81
28-40	1-2	28-80
40	1	40

Кинематические схемы одноступенчатых червячных редукторов представлены ниже:

А) Редуктор с нижним расположением червяка
Б) Редуктор с верхним расположением червяка
В) Редуктор с боковым расположением червяка (ось червяка расположена горизонтально)
Г) Редуктор с боковым расположением червяка (ось червяка расположена вертикально)

Редукторы червячные двухступенчатые позволяют получить моменты в диапазоне 100 – 2800Нм. Конструкция представляет собой жесткую скрутку двух редукторов. Между собой редукторы соединены с помощью фланца. Цилиндрический вал первой ступени установлен в полый вал второй ступени.
Вариант расположения червячных пар представлен на рисунке ниже:

Расположение входного и выходного вала зависит от варианта сборки. Существуют следующие сборки: 11, 12, 13, 16, 21, 22, 23, 26.

РЕДУКТОРЫ ПЕРЕДАЧ ПРИ РАМНО-ОСЕВОЙ ПОДВЕСКЕ ТЯГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

При рамно-осевой подвеске тягового двигателя на рельсовом подвижном составе применяются одноступенчатые цилиндрические редукторы. При этом способе подвешивания тягового электродвигателя реактивные нагрузки от вращающего момента воспринимаются моторно-осевыми подшипниками и упругой подвеской двигателя. Корпус редуктора не воспринимает реактивных моментов. Он служит только картером для масла и защищает передачу от влаги и пыли. Цилиндрические зубчатые колеса этих редукторов выполняют с прямым, косым или спиральным зубом. Косозубые и спиральные цилиндрические пары уменьшают шум и увеличивают срок службы редуктора. В редукторах передач при рамно-осевой подвеске двигателей в основном применяется эвольвентное зацепление. Угол зацепления принимается равным 20—22°. Для снижения удельных давлений в зацеплении, равномерного распределения скольжения по высоте зуба и усиления основания зуба применяется высотно-угловая коррекция.

Рис. 1-4.3. Составное (а) и цельные (б и в) зубчатые колеса редукторов передач при рамно-осевой подвеске тягового двигателя

Зубчатые колеса рассматриваемых редукторов могут быть разъемными или цельными. В настоящее время применяют только цельные зубчатые колеса, разъемные применялись на рельсовом подвижном составе старых типов.
Разъемное колесо (рис. 14.3, а) состоит из двух одинаковых половин 1 и 2, скрепленных болтами или шпильками 3 со шпоночной посадкой на оси колесной пары.

Смена такого колеса не требует распрессовки и обратной запрессовки одного из движущих колес, что является его преимуществом. Вместе с тем из-за неточности сборки и деформаций шпилек или болтов в процессе работы в месте разъема впадина зуба приобретает искаженную форму, что приводит к неправильному зацеплению зубьев и ускоренному их износу. Недостатком разъемной конструкции колес является также применение шпоночного соединения, ослабляющего ось колесной пары.
Цельные зубчатые колеса (рис. 14.3,6) отковываются и прокатываются из углеродистой стали марки 50 (ГОСТ 1051—59) и после нарезки зубьев подвергаются поверхностной закалке. Цельное зубчатое колесо может иметь отдельно выполненный центр 1 и венец 2, которые соединяют горячей посадкой. Посадка зубчатого колеса на ось может быть шпоночной и бесшпоночной. Зубчатые шестерни 1 рассматриваемых редукторов (рис. 14.3,в) изготавливают цельными с отверстием для горячей посадки на конический конец вала 2 двигателя со шпонкой 3 или без нее. Дополнительно их крепят на валу гайкой 4.
Шестерни изготавливают из проката или ковкой из стали марки 50 (ГОСТ 1050—60) или хромоникелевой стали марок 37XH3A, 12ХН3А и 40ХА.

1.2.7 Планетарные редукторы

Планетарные (дифференциальные) редукторы состоят из центральной шестерни (солнечной), расположенной в центре редуктора, вспомогательных шестерней одинакового размера (сателлитов), установленных вокруг центральной шестерни, и фиксатора (водила), обеспечивающего их надежное крепление. Конструкцией планетарного редуктора также предусмотрена кольцевая шестерня, внешне напоминающая зубчатое колесо. Ее предназначение – обеспечение сцепления с сателлитами. Центральная шестерня является ведущим элементов, сателлиты – ведомыми. Кольцевая шестерня всегда неподвижна.

Конструктивно исполнения планетарных редукторов могут отличаться. Модели классифицируются по количеству ступеней (одно-, двух- и трехступенчатые), кинематической схеме планетарной передачи. Тип подшипников также отличается. Подшипники качения предназначены для режимов эксплуатации на низкой скорости. В свою очередь, подшипники скольжения рассчитаны на режим высоких скоростей. Основная сфера использования планетарных редукторов – машиностроение.

Планетарные агрегаты МПО классифицируются как универсальное приводное оборудование. Они широко используются в приводах перемешивающих механизмов медицинской, химической, микробиологической промышленностях, а также в приводах общепромышленного назначения. Редукторы серии МПО могут эксплуатироваться в режиме 24 часа в сутки при постоянной и переменной нагрузках.

К планетарным редукторам предъявляются жесткие требования. Производство такого оборудования требует высокой точности, чтобы зубцы плотно соприкасались между собой, но при этом легко приводились в движение.

Таблица 6. Технические параметры планетарных редукторов Пз (зубчатые одноступенчатые)

Типоразмер	Радиус водила, мм	Передаточные числа	Вращающий момент на выходном валу, Н·м	Консольная сила, Н	КПД	Частота вращения входного вала
входной вал	выходной вал	максимум	минимум
Пз-31,5	32,35	8, 10	125	80	140	0,96	3000	500
Пз-40	40	6,3	250	120	200	0,98	3000	500
8, 10, 12,5	0,97
Пз-50	50	6,3	500	170	280	0,98	3000	500
8, 10, 12,5	0,97
Пз-63	63	6,3	1000	240	400	0,98	3000	500
8, 10, 12,5	0,97
Пз-80	80	6,3, 8, 10, 12,5	2000	340	560	0,97	1500	500
Пз-100	100	6,3, 8, 10, 12,5	4000	480	800	0,97	1500	500
Пз-125	125	6,3, 8, 10, 12,5	8000	680	1130	0,97	1500	500
Пз-160	160	6,3	16000	960	1600	0,97	1000	500
8, 10, 12,5	1500
Пз-200	200	6,3, 8, 10, 12,5	31500	1340	2240	0,97	1000	500

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.

Цилиндрическая передача – 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

Червячная 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

Волновая передача – 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.