Вся информация о редукторах

Редуктором называют устройство, входящее в состав приводов машин. Его главная задача – увеличение крутящего момента, но одновременно снижение частоты вращения элементов конструкции. Разновидности устройства присутствуют практически в любой машине.

Типы редукторов

В зависимости от особенностей применения выделяют следующие типы устройств:

• Общего назначения. Универсальный автономный агрегат, конструкция которого позволяет использовать его для разного оборудования.
• Специального назначения – устройства, которые предназначены для использования в конкретных отраслях (например, авиационной или автомобильной). Конструкция таких редукторов соответствует специфике их применения.

Кроме того, агрегаты можно отнести к разным группам в зависимости от количества ступеней, расположение осей валов относительно друг друга и в пространстве, а также по методу крепления.

Число ступеней

Ступенью называют пару передач (зубчатых колес), благодаря которым происходит преобразование крутящего момента. Число ступеней рассчитывается просто: оно равно количеству валов минус один. Устройство может иметь как одну ступень, так и несколько. Значительно больше преимуществ перед устройствами других типов у моделей с двумя или тремя ступенями раздвоенных либо развернутых схем, поскольку они отличаются высоким КПД и способностью выдерживать значительные нагрузки.

Расположение валов

Валы могут располагаться вертикально или горизонтально. Благодаря вертикальному расположению экономится пространство для того, чтобы можно было горизонтально разместить ось двигателя – для многих агрегатов это критически важно. Например, подобная конструкция характерна для устройств с конической и червячной передачей.

Относительно осей детали могут быть расположены перекрестно, параллельно или под прямым углом. Подходящая схема определяется типом передачи:

• Редукторы с цилиндрической передачей, как правило, имеют параллельное расположение.
• В червячных или червячно-цилиндрических конструкциях оси валов сходятся под прямым углом. Это обеспечивает сниженный уровень шума, высокие передаточные числа, но по КПД такие устройства уступают аналогам.
• В конических редукторах, как и в коническо-цилиндрических, используется пересекающееся расположение.

Виды передач

Большинство механических редукторов имеют схожую конструкцию, однако различаются типов механической передачи.

Червячные

Особенно широкое распространение получили червячные редукторы, которые передают усилие от механизма между двумя валами, пересекающимися в одной плоскости. Основной элемент конструкции – червеобразный винт, помимо него агрегат включает следующие элементы:

• Шестерня в форме цилиндра, на поверхности которого расположены зубья, непосредственно соединенная с винтом.
• Вал под прямым углом к червяку.
• Корпус, который часто производится из чугуна.
• Уплотнительные элементы.
• Подшипники нескольких типов.

Причины широкой популярности агрегатов – в их достоинствах, по сравнению со многими другими типами редукторов:

• Крутящий момент может передаваться в соотношении 1000/1, это недостижимо для большинства других моделей.
• Высокий потенциал крутящего момента при сниженной частоте вращения вала.
• Достаточно одной ступени для получения того же передаточного числа, что у цилиндрического трехступенчатого устройства.
• Сниженный уровень шума.
• Простота управления.
• Плавность хода.
• Только в устройствах червячного типа есть функция самоторможения.

При этом не исключены потери энергии, которые происходят из-за трения червяка о колесо. Кроме того, для зубчатого колеса характерен сравнительно быстрый износ, а также низкий КПД: потери могут достигать 30%. При применении устройства важно помнить, что оно должно постоянно находиться в смазанном состоянии, поскольку при трении происходит существенный нагрев элементов.

Одна из разновидностей червячного редуктора – глобоидный. Его винт отличается выпуклой формой, тогда как у других устройств она цилиндрическая. За счет подобной особенности конструкции увеличивается мощность привода. Глобоидные редукторы используются там, где важна высокая надежность – например, в приводах, которыми оснащаются пассажирские лифты. Глобоидные механизмы хорошо выдерживают переменные нагрузки, которые возникают при подъеме лифтов и их торможении.

Цилиндрические

Еще один очень популярный тип редукторов, устанавливаемый в большинство устройств, - цилиндрический. Он позволяет передавать большие мощности при впечатляющем КПД, который достигает 95%. Вращение в этой конструкции передается между соосными либо параллельными валами, а мощность определяется типоразмером устройства. Передаточное отношение определяется количеством ступеней – от передаточного числа 1,5-10 у одноступенчатого редуктора до 60-400 у трехступенчатого.

Применяется несколько схем расположения цилиндрических пар, среди них самая распространенная – развернутая. Редукторы с такой схемой достаточно универсальны, их можно использовать с унифицированными валами и другими элементами. Благодаря этому снижается себестоимость продукции, поскольку универсальность применения позволяет обеспечить массовое серийное производство.

С целью удешевления производства и ради возможности осуществлять массовый выпуск реализуется особая конструкция редуктора, предполагающая правое направление колеса и левое – зубьев шестерни для каждой ступени. Если комплектация осуществляется индивидуально при сборке агрегата в единичном экземпляре, используется следующая схема:

• На первой ступени – левый вектор зуба шестеренки.
• На второй ступени – наоборот, правый вектор.

Такая комплектация продлит срок службы агрегата благодаря снижению нагрузки на опоры.

Редукторы, в конструкции которых использована развернутая схема, имеют удлиненную форму, а их вес несколько больше устройств, которые произведены на основе раздвоенной схемы (в среднем на 15-20%). Применение последней наиболее целесообразно для быстроходной ступени. В этом случае промежуточный вал производится как «вал-шестерня», а быстроходный перемещается в обоих направлениях благодаря плавающим опорам.

Еще одна схема – соосная. Для такой конструкции характерно совпадение осей двух валов – тихоходного и быстроходного. Редуктор, собранный на основе этой схемы, имеет практически те же габариты, что и устройства на основе развернутой схемы. Также совпадают вес агрегатов и их стоимость. При этом конструкция соосных редукторов отличается большей сложностью, поскольку снижена нагрузка на быстроходную ступень, за счет чего увеличивается ее мощность. Средний ресурс агрегата, произведенного на основе соосной схемы – от 25 тыс. часов.

Конические

Конструкция редуктора, называемого коническим, предусматривает наличие двух типов колес – оснащенных как прямыми зубьями, так и круговыми. При работе агрегата совпадают направления, в которых наклонены зубья и происходит вращение колеса. Это необходимо для того, чтобы на шестерню не воздействовало зацепление, которое образуется в результате осевой отрицательной силы. Если совпадение не обеспечено, шестерня может быть затянута в зацепление. Диапазон передаточных чисел редукторов этого типа - от 1 до 5.

Коническо-цилиндрические

Подобные механизмы представляют собой комбинацию конического устройства и цилиндрического с одной ступенью. Одна из главных особенностей устройств – значительные габариты, которые обусловлены ограниченной нагрузочной способностью. Чтобы уменьшить размеры редуктора, используется дополнительный элемент – коническая быстроходная ступень.

Что касается достоинств и недостатков этой группы устройств, то они, являясь гибридами, совмещают плюсы и минусы конических и цилиндрических агрегатов. Одна из главных особенностей устройств – большие габариты, которые обусловлены невысокой нагрузочной способностью. Чтобы уменьшить размеры конструкции, применяется дополнительный элемент – коническая быстроходная ступень.

Режим эксплуатации таких устройств рассчитывается в соответствии со следующими коэффициентами:

Насадные

В эту группу входят агрегаты, которые оснащаются полым выходным валом. Название они получили благодаря особенностям монтажа: устройства надеваются непосредственно на вал, какие-либо дополнительные соединения и передачи при этом отсутствуют. Конструкции отличаются небольшим весом, компактностью – в этом заключается их главное преимущество по сравнению с редукторами других групп.

Подобным способом могут монтироваться и другие устройства – например, червяные. Исключение – цилиндрические соосные агрегаты, конструкция которой делает подобную установку сложной для воплощения.

Еще одна особенность насадных конструкций – необходимость оборудования дополнительной защиты привода или других элементов, предотвращающих выход оборудования из строя. Он может произойти из-за резкого увеличения нагрузки, ложащейся на выходной вал. Обычно это может произойти, если возникает нештатная ситуация. Отсутствие муфты для соединения – одна и главных причин поломки оборудования.

Планетарные

Конструкции, которые называют также дифференциальными редукторами, включают следующие элементы:

• В центре редуктора располагается центральная шестерня (солнечная), которая всегда неподвижна – ведущий элемент.
• Вокруг солнечной шестерни устанавливаются вспомогательные, имеющие одинаковый размер – ведомые элементы.
• Солнечную и вспомогательные шестерни надежно удерживает фиксатор, обеспечивая их прочное сцепление.

Это общее описание конструкции, характерной для всех планетарных редукторов, однако некоторые детали могут различаться. Самые главные элементы, в зависимости от особенностей которых планетарные редукторы разделяются на несколько подгрупп:

• Количество ступеней – из число может быть от одного до трех.
• Вид используемых подшипников. Это могут быть, например, подшипники качения, которые используются, если устройство эксплуатируется на низкой скорости. Подшипники скольжения необходимы, если предполагается эксплуатация на высоких скоростях.
• Схема планетарной передачи.

Планетарные редукторы применяются в разных сферах, но чаще всего – в машиностроении. Например, без них не обходятся приводы, предназначенные для перемешивания компонентов в фармацевтической, химической отрасли, а также в микробиологии. Планетарные редукторы используются и в универсальных приводах, имеющих общепромышленное назначение. Достоинство таких устройств – возможность круглосуточной эксплуатации как при постоянной нагрузке, так и при переменной.

Чтобы выдержать интенсивную эксплуатацию, планетарные редукторы должны соответствовать определенным требованиям. В частности, очень важно, чтобы зубцы устройств легко приводились в движение, но при этом должно быть обеспечено их плотное соприкосновение. Производство планетарных редукторов требует очень высокой точности.

Технологии фиксации редукторов

Для крепления устройств используется три технологии:

• На лапах. Этим термином называют кронштейны с плоской поверхностью, которые оборудованы специальными отверстиями для осуществления крепежа. Лапы могут быть монолитными или съемными, во втором случае конструкция становится более универсальной. Крепление на лапах обычно используется, если корпус конструкции выполнен из легкосплавного материала, это позволяет значительно уменьшить вес конструкции. Чтобы была возможность быстро прикрепить редуктор, в корпусе оборудуются специальные зоны.
• Фланцем называется ровная поверхность, расположенная у выходного вала. По периметру фланца оборудуются монтажные отверстия. Еще одна особенность фланца – наличие центрирующего выступа, который позволяет осуществить точную установку и обеспечивает фиксацию агрегата в нужном положении.
• Крепление насадкой предусматривает наличие полого выходного вала, устройства надеваются сразу на вал.

Смазка

Чтобы исключить преждевременный износ элементов, входящих в конструкцию редуктора, и выход из строя всего агрегата, используется смазка машинным маслом, которым обрабатываются зацепления и подшипники. При несвоевременной смазке не обеспечивается стабильная работа устройства, снижается мощность редуктора.

Если устройство отличается небольшой скоростью зацепления, а также умеренной мощностью, для смазки используется масляная ванна. Она предполагает, что в масло, которое будет залито в корпус, погружаются колесо, червяк и разбрызгивающее кольцо. Для смазки подобного оборудования также можно применять метод разбрызгивания.

Если устройство быстроходное и характеризуется высокой мощностью, необходимо использование насоса, который буде подавать масло из масляной ванны. Отдельно обрабатываются подшипники, для этого необходима смазка, имеющая густую либо жидкую консистенцию.

Виды зацеплений

В конструкции зубчатых колес используются следующие типы зацеплений:

• Эвольвентное. Такой профиль имеет большинство зубчатых колес, поскольку благодаря ему обеспечивается постоянство передаточного отношения. Кроме того, эвольвентное зацепление точно стандартизируется, поэтому вероятность ошибок в расчетах при производстве подобного оборудования крайне мала. Эвольвентное зацепление предполагает, что профиль зуба выполняется в виде эвольвенты. Это обеспечивает стабильность сцепления, облегчает установку, исключает неточности межосевых расстояний.
• Зацепление Новикова, называемое также круговинтовым. Предполагается, что в торцевом сечении зубцы колес очерчиваются окружностями, которые имеют близкие радиусы. Такое зацепление отличается высокой нагрузочной способностью, сниженным уровнем шума. Контакт зубьев осуществляется точечно, поэтому передача не слишком чувствительна к возможным перекосам колес.

Корпус

На корпус редуктора в процессе эксплуатации ложится значительная нагрузка, поэтому одно из главных требований к нему – высокая прочность. Кроме того, он должен быть жестким, поскольку это качество, в сочетании с прочностью, позволит исключить возможный перекос валов. Конструкция корпуса может быть двух типов:

• Разъемные. Такие корпуса состоят из двух частей – прочного основания и съемной крышки. Некоторые модели могут иметь больше разъемов – по двум или даже по трем плоскостям. В любом случае, разъемы обязательно обрабатываются герметиком. Это необходимо для того, чтобы исключить протекание масла. Установка прокладок между основанием и крышкой может привести к их деформации, которая нередко происходит при закручивании крепежа. Это приводит к тому, что нарушается посадка подшипников, и устройство перестает эффективно справляться со своими задачами.
• Неразъемный корпус оснащается съемной крышкой. Чаще всего подобная конструкция применяется для устройств, отличающихся небольшим весом – например, для червячных редукторов.

Чаще всего корпуса агрегатов производятся из чугуна марок СЧ 10-15. Иногда вместо него используется листовая сталь, однако применение этого материала целесообразно только в отдельных случаях – например, когда привод имеет большие габариты и изготавливается для выполнения специальных задач, по индивидуальному проекту.

Низкое распространение стальных корпусов обусловлено небольшой толщиной металла. Так, толщина стенок у редуктора в корпусе из стали примерно на треть меньше, чем у чугунной конструкции. Еще один материал, который также может применяться для производства редукторов и в последнее время приобретает популярность – сплавы на основе алюминия.

Усовершенствование редукторов

Производители, сохраняя габариты и размеры присоединений, стремятся к усовершенствованию конструкций для облегчения их использования, повышения прочности и эффективности. Вместе со стандартными широко распространенными решениями на рынке появляются и усовершенствованные модели. Основные направления модернизации:

• Стандарты ISO – соответствие устройств международным требованиям к качеству.
• Редукторы на основе блочно-модульной конструкции, которые позволяют предлагать потребителям большое разнообразие конструкций редуктора и выбирать наиболее подходящую схему.
• Современные механизмы защиты.
• Усовершенствование зубчатых зацеплений для обеспечения их максимальной сопряженности, в том числе под нагрузкой, без деформаций и вибраций.
• Модернизация корпуса. Главное направление работы конструкторов и инженеров – создание монолитных корпусов, которые имеют небольшой вес, но при этом отличатся прочностью и высокой теплоотдачей.
• Расширение возможностей производства корпусов из алюминиевых сплавов, в том числе за счет использования метода литься под давлением.
• Подбор и применение синтетических масел на протяжении всего периода работы агрегатов.
• Минимизация необходимости в дополнительном обслуживании, обеспечение бесперебойной работы редукторов в период всего срока их службы.

Процесс модернизации устройств происходит непрерывно. Благодаря этому расширяются их функциональные возможности, совершенствуются технические и эксплуатационные характеристики, появляются более удобные и эргономичные варианты исполнения. На рынке широко присутствует зарубежная продукция, но оборудование от ведущих российских производителей не уступает ей по качеству. Все усовершенствованные системы предполагают, что потребитель может без дополнительных затрат и сложностей перейти к их использованию вместо типовых конструкций.

Большое разнообразие как стандартных, так и усовершенствованных редукторов предлагает компания «Мир привода». Наша миссия – обеспечивать потребителей надежными, современными, удобными агрегатами, а также комплектующими к ним.