Редукторы

Редуктор — это агрегат, предназначенный для понижения числа оборотов, исходящих от двигателя. Передача крутящего момента обеспечивается зубчатым зацеплением насаженных на валах шестерен с колесами. В основу работы механизма положен принцип разных диаметров контактирующих элементов, что позволяет уменьшать угловую скорости до нужной величины на тихоходном валу.

Устройство и принцип действия

В состав любого редуктора входят следующие основные детали:

1. Корпус. Изготавливается в основном из чугуна марок СЧ10-15, но также существуют сварные изделия из стали. Конструкция состоит из основания, куда помещаются все детали и крышки. 
2. Валы. Это элементы, изготавливаемые из стали 45, прошедшей термическую обработку до 40-45 единиц твердости по Роквеллу.
3. Подшипники. Устанавливаются в корпус редуктора и обеспечивают вращение валов.
4. Шестерни. Это зубчатые элементы, совершающие передачу крутящего момента. Изготавливаются из инструментальной и легированной стали высокой степени закалки.
5. Колеса. Зубчатые детали, воспринимающие на себя крутящий момент. В качестве материала используются те же виды сталей, что и для шестерен.
6. Сальники. Их задача состоит в предотвращении вытекания из корпуса масла.

В процессе работы двигателя крутящий момент воспринимается быстроходном валом редуктора. Жестко закрепленная на нем шестерня, передает его через зубчатое колесо на тихоходный вал агрегата. В качестве воспринимающего элемента может использоваться червяк, который представляет собой вал с изготовленной на нем винтовой поверхностью.

При необходимости понижения числа оборотов на большую величину, используются двух или трех ступенчатые редукторы, в которых присутствуют несколько валов с закрепленными на них шестернями и колесами. Для устранения перегрева деталей редуктора в корпус заливается масло, что обеспечивает стабильную работу агрегата. Установленные сальники создают надежную преграду смазочному материалу и предотвращают возможность его вытекания.

Технические характеристики

Каждый редуктор характеризуется своими техническими параметрами:

1. Передаточное отношение. Определяется как соотношение между диаметром или числом зубьев колеса и шестерни. В результате узнается, насколько понижается угловая скорость на тихоходном валу. Такой расчет применим для редукторов одноступенчатых. Если агрегат имеет несколько ступеней, то берется произведение всех передаточных чисел. Данный параметр является ключевым для любого устройства.
2. Крутящий момент. Это величина, которая выражается в ньютонометрах, указывает, какие максимальные усилия можно прикладывать к редуктору, чтобы он выполнял свои функции.
3. Радиальная нагрузка. Под этим параметром понимается максимальные усилие, которое допускается в месте контакта элементов, для исключения риска их поломки. Если не превышать эту нагрузку, то редуктор отработает свой положенный срок.
4. Частота вращения. Это максимально допустимое вращение быстроходного и тихоходного вала, которое измеряется оборотами в минуту. Даная информация указана в паспорте агрегата, и превышать ее не рекомендуется.
5. КПД редуктора. Эта величина обычно составляет пределы от 0,4 до 0,99.
6. Ресурс. Означает, сколько часов может работать агрегат до полного износа.
7. Шумовые параметры. Предельная величина шума, издаваемого агрегатом.
8. Исполнение устройства. Означает конструктивные особенности агрегата. Для этого на корпусе рисуется схема, где фиксируется порядок расположения валов.

Кроме того, для каждого редуктора указывается такая информация как возможность его использования в допустимых климатических условиях. Сюда относится температура и влажность.

Разновидности редукторов

Выпускаемые редукторы бывают нескольких разновидностей. Это зависит от следующих их параметров:

• типов нарезанных зубьев;
• числу передач;
• пространственному положению элементов.

Также существуют агрегаты, у которых зубчатое колесо отсутствует, а вместо него установлен червяк.

Цилиндрические

Данный механизм состоит из нескольких последовательно соединенных шестерен и колес. Все они начинают вращаться после подачи нагрузки на быстроходный вал. Постепенно исходная угловая скорость понижается, что приводит пропорционально к возрастанию крутящего момента. Существуют несколько типов цилиндрических агрегатов:

1. Редукторы одноступенчатые. Это простые механизмы с невысоким передаточным отношением. В результате использование такого оборудования ограничено. Основное применение ведется в тех местах, где не требуется большого понижения скорости тихоходного вала. При этом расположение валов может быть различным, но только не соосным. Преимущество таких агрегатов состоит в несложности конструкции, что существенно повышает их срок эксплуатации.
2. Редукторы цилиндрические двухступенчатые. Такой тип цилиндрических механизмов получил более широкое распространение. Причина состоит в том, что здесь есть возможность без увеличения габаритов повысить передаточное число устройства. В состав редуктора входит 3 вала. Для надежности работы агрегата на первой ступени устанавливаются косозубые шестерни, что повышает площадь сцепляемой поверхности.
3. Редукторы трехступенчатые. Наличие трех ступеней позволяют еще больше увеличить передаточное число, поэтому такие конструкции нашли применение в машиностроительном оборудовании.

В зависимости от нарезанного зуба цилиндрические редукторы бывают следующих типов:

1. Прямозубые. Такие шестерни и колеса отличаются простотой изготовления. Редукторы обладают быстроходностью и высоким КПД.
2. Косозубые. За счет наклонной поверхности зуба увеличивается длина линии контакта. Это обеспечивает плавность и тишину работы редуктора. В таких агрегатах устанавливаются упорные подшипники, поскольку из-за наклона зубов возникает осевая нагрузка. 
3. Шевронные. Это косые зубья, нарезанные в разных направлениях, а их вершины располагаются по центру колеса. Такие элементы отличаются сложностью исполнения, поскольку очень тяжело ввести в сочленение эвольвенты зубьев. При этом агрегаты способны передавать мощный крутящий момент, поэтому редукторы используется в местах, где присутствуют высокие нагрузки.

Цилиндрические редукторы широко применяются в различных отраслях промышленности, а также при производстве бытовой техники.

Конические

Существуют станки, где требуется использование редукторов, в которых входной и выходной валы должны располагаться под прямым или другого размера углом. Для решения этой проблемы изготавливаются шестерни и колеса, по своей конфигурации имеющие форму усеченного конуса с нарезанными на боковой стороне зубьями. В зависимости от профиля зуба зацепление конической пары может быть гипоидным, эвольвентным или по типу Новикова.

Конические редукторы выполняются в виде одноступенчатых механизмов. Их передаточное число не может превышать значения 6,3. В результате на выходном валу формируется низкий крутящий момент. Валы и зубчатые колеса размещаются в корпусе, который может быть изготовлен из чугуна или алюминия. По сравнению с цилиндрической передачей коническое сцепление обладает невысоким коэффициентом полезного действия. При этом важным достоинством конических редукторов является стойкость по отношению к кратковременным и переменным нагрузкам. Это обеспечивает их возможность запуска с большой частотой.

Червячные

Принципиальное отличие редукторов червячных от других типов передач заключается в наличии вала, который выглядит в виде цельного круга с нарезанной на его поверхности крупного шага резьбой. По своей форме она имеет чаще всего трапециевидное сечение, хотя существуют другие виды профиля.

В процессе работы редуктора совершается зацепление червяка с зубчатой шестерней, расположенной под прямым углом. При вращении червячного вала происходит смещение витков резьбы, что вызывает передачу крутящего момента на колесо. За счет того, что ось червяка и вал шестерни находятся под прямым углом, в редукторах создается возможность увеличивать передаточное число агрегата. При этом они имеют небольшие размеры, что является важным преимуществом.

Существуют следующие типы червячных редукторов:

1. Одноступенчатый. Имеет простую конструкцию и отличается высокой надежностью работы, что позволяет вести его использование в системах с изменяющейся нагрузкой. Преимуществом одноступенчатого варианта является высокий КПД, составляющий до 80%.
2. Двухступенчатый. Конструкция такого агрегата состоит из встроенных в корпус двух одноступенчатых редукторов. При этом входной и выходной валы располагаются параллельно. Это позволяет существенно повысить передаточное число механизма. При этом наличие двух червячных пар понижает КПД устройства. Здесь эта величина не превышает 50%. Недостатком таких механизмов является возможный перегрев деталей в условиях повышенных нагрузок, что сопровождается усложненным техническим обслуживанием агрегатов.

Преимущества червячных редукторов состоят в следующем:

1. Повышенное передаточное число.
2. Отсутствие рывков при запуске и плавность хода.
3. Низкий шум во время работы.
4. Наличие эффекта самоторможения, позволяющее останавливать работу механизма в нужном положении.

С учетом большой площади соприкосновения контактных поверхностей особое внимание уделяется смазке. Кроме обязательной заливки высокого качества смазочных материалов жесткие требования предъявляются к соблюдению периодичности их замены.

Червячные редукторы используются в следующих механизмах:

• конвейерном оборудовании;
• лифтовом хозяйстве;
• для работы раздвижных ворот;
• в подъемных устройствах;
• компрессорных установках.

Червячные редукторы устанавливаются в местах, где отсутствует большое количество свободного пространства. Это обеспечивается их компактностью и наличием нужных характеристик.

Планетарные

Особенностью такого редуктора является целый комплект зубчатых колес, находящихся в зацеплении. В состав агрегата входят следующие элементы:

1. Солнечная шестерня. Это колесо небольшого диаметра, располагающееся в центре редуктора, по бокам которого нарезаны зубья. 
2. Эпицикл. Большое колесо с нарезанными на внутренней поверхности зубьями.
3. Сателлиты. Колеса с наружной резьбой, передающие вращения от солнечной шестерни на эпицикл.
4. Водило. Обеспечивает жесткость фиксации всех элементов редуктора.

В зависимости от сложности устройства планетарные передачи бывают простыми и дифференциальными. При выборе редуктора следует ориентироваться на следующие показатели:

1. Нагрузку, которая будет распространяться на оси передач.
2. Размер редуктора. Габариты агрегата подбираются с учетом величины свободной площади в помещении.
3. Температурный диапазон работы.

Все эти параметры указываются в техническом паспорте механизма.

Преимущества таких редукторов состоят в следующем:

1. Компактность. Обычно устройства имеют небольшие размеры, что значительно упрощает процедуру их установки.
2. Низкий уровень шума при работе. Это достигается наличием значительного количества зубьев, поэтому даже при большой скорости вращения сильный гул не ощущается.
3. Низкая нагрузка на зубья. Обеспечивается это их большим количеством и равномерным распределением усилий.
4. Длительный срок эксплуатации. Достигается это наличием большого числа сателлитов.
5. Высокое передаточное отношение.

Наличие таких существенных достоинств обеспечило механизму высокий уровень применяемости.

Комбинированные

Под комбинированными редукторами понимается сочетание в корпусе передач: цилиндрических и конических, цилиндрических и червячных. За счет использования разного вида зацеплений агрегатам обеспечивается плавный ход во время повышенных нагрузок.

Коническо-цилиндрические редукторы имеют маркировку КЦ. Они бывают нескольких типов:

1. Коническо-цилиндрические двухступенчатые. Передаточное число у таких моделей составляет от 6,3 до 28, а мощность крутящего момента на выходе достигает 520-9000 Нм.
2. Коническо-цилиндрические трехступенчатые. Отличаются более высоким передаточным числом, которое может составлять от 28 до 180. При этом номинальный крутящий момент достигает 8750-200000 Нм.

Червячно-цилиндрические редукторы относятся к типу двухступенчатых агрегатов. В них первая передача, которая считается быстроходной, является цилиндрической, а вторая, тихоходная, червячной. При этом оси быстроходного и выходного валов расположены под прямым углом. Венец червячной передачи изготавливается методом центробежного литья из высокопрочной бронзы, а для цилиндрического колеса используется высоколегированная сталь, подвергающаяся дальнейшей закалке.

Преимущества червячно-цилиндрических редукторов состоят в следующем:

• возможность обеспечения широкого диапазона передаточных чисел;
• высокий КПД;
• наличие значительного крутящего момента на выходе;
• компактности устройств;
• длительный срок эксплуатации;
• способность выдерживать большие нагрузки на старте.

Достоинства комбинированных агрегатов позволяют существенно расширить применение редукторов в промышленных механизмах.

Крановые редукторы

Крановый редуктор представляет собой механизм, в задачу которого входит перемещение тележки по рельсам, а также совершения манипуляций с грузом. При этом допустимое количество оборотов входного вала не должно превышать значение 1700 об/мин. Выпускаемые редукторы бывают следующих основных видов:

1. Горизонтальные.
2. Вертикальные.

Кроме того, агрегаты разделяются на типы:

• коническо-цилилиндрические;
• цилиндрические;
• червячные.

В зависимости от поставленных задач выбирается нужный тип устройства.

Крановые редукторы предназначены для выполнения следующих видов работ:

1. Для передвижения крана. При использовании малых размеров мостовых кранов в таких конструкциях приводной двигатель закрепляется непосредственно на корпусе агрегата. Для механизмов большой грузоподъемности устанавливается редуктор с повышенным крутящим моментом, в который встроена тормозная система. Он работает от центрального мощного электродвигателя. При этом в агрегатах на первой ступени устанавливаются зубья шевронного типа, а для второй используется косозубое зацепление.
2. Для подъема и поворота груза. Здесь используются двух и трех ступенчатые цилиндрические редукторы, в задачу которых входит вращение тросоприемного барабана. Из большого типа размерного ряда с учетом грузоподъемности подбирается нужная модель. С целью перемещения грузов в горизонтальном направлении применяется поворотный редуктор, обеспечивающий разворот стрелы с весящим грузом и доставке его на место назначения.

При выборе нужного типа редуктора для крана ориентир делается на следующие модели:

1. РМ. Двухступенчатый агрегат с передаточным числом до 50. Используется в колесных парах и крановых тележках.
2. РК. Имеет аналогичные характеристики, как и РМ.
3. РЦД. Используется для перемещения крана.

При выборе агрегата в первую очередь обращается на такие характеристики как мощность, КПД, передаточное число и крутящий момент.

Особенности мотор редукторов

Под мотор редуктором понимается устройство, в котором электрический двигатель соединен с механическим агрегатом, понижающим числу оборотов и увеличивающим крутящий момент.

Отличительной особенностью такого устройства является соединение двух механизмов в единый блок. Это существенно упрощает всю конструкцию. Такая схема обладает следующими преимуществами:

1. В заводских условиях обеспечивается соосность между двигателем и быстроходным валом редуктора, что исключает необходимость установки муфты для передачи вращения.
2. При монтаже устройства закладывается только одно место установки.

Вся конструкция закладывается в единый корпус, который обладает увеличенным запасом прочности. По сравнению с раздельными вариантами механизм имеет более надежное функционирование.

Работа мотор редуктора осуществляется по стандартной схеме. При включении двигателя крутящий момент передается на шестерню, которая фактически установлена непосредственно на валу мотора. Через зубчатое зацепление во вращение приводятся все остальные элементы системы.

Производителями выпускается большое количество редукторов, предназначенных для работы в разных условиях. При выборе нужного варианта следует ориентироваться на параметры, которые обеспечиваются на тихоходном валу, и способности агрегата воспринимать исходящую из двигателя нагрузку.