Редуктор

Зубчатые редукторы: виды, параметры, особенности

От рабочих органов машин обычно требуются невысокие скорости, но большие усилия. Двигатели, наоборот, развивают высокие обороты при относительно небольших крутящих моментах. Зубчатый редуктор устанавливается между двигателем и исполнительной машиной для снижения скорости вращения и повышения крутящего момента. То есть по своей сути они являются трансмиссией (силовой передачей). Основные виды редукторов – цилиндрические, червячные, конические и планетарные – перекрывают большую часть потребностей промышленности, но кроме них есть и другие – волновые, планетарно-цевочные, комбинированные.

Редуктор

Устройство и принцип действия редукторов

Редуктор представляет собой одну или несколько ступеней зубчатых передач, собранных в одном корпусе вместе со вспомогательными узлами. Два зубчатых колеса, находящихся в зацеплении, образуют одну ступень передачи. Колесо, которое передает вращающий момент, называется ведущим или шестерней. Колесо, принимающее его, называется ведомым или просто колесом.

Передача вращающего момента с одного вала на другой (с шестерни на колесо) происходит за счет контакта зубьев. Их профили имеют криволинейную поверхность, чаще всего эвольвентную. При вращении колес происходит обкатывание и скольжение зубьев шестерен и колес друг относительно друга.

Передаточное число (передаточное отношение)

Каждая зубчатая передача характеризуется передаточным отношением, которое равно zк/zш, где zк и zш – количество зубьев колеса и шестерни. Эта величина (передаточное число) показывает, во сколько раз выходной вал вращается медленнее входного или во сколько раз вращающий момент на выходе из редуктора больше входящего в него.

КПД редуктора

В идеальных зубчатых передачах трение зубьев друг относительно друга должно быть сведено до нуля, от него зависит КПД передачи и интенсивность износа шестерен. На практике такое невозможно, поэтому каждая зубчатая передача имеет КПД меньше 100%.

Самый высокий КПД у цилиндрических передач – до 98% в одной ступени. Самый малый – у червячных пар, у которых иногда до 8% передаваемой мощности уходит на трение и нагрев. Общий КПД редуктора зависит от типа передач и количества ступеней.

Контактные напряжения в зубьях

При передаче усилия в зубьях возникают большие контактные напряжения, значение которых зависит от величины передаваемого момента и площади пятна контакта. Чтобы снизить контактные напряжения, стараются обеспечить как можно большую площадь контакта.

Нормальным считается, когда пятно контакта располагается симметрично относительно делительной окружности колес и составляет не менее 30% по длине и высоте зуба. Средние значения колеблются в районе 50%. Пятно контакта уменьшается и смещается от правильного положения при непараллельности валов, увеличенном или уменьшенном в сравнении с нормой расстоянием между ними.

Проще всего увеличить пятно контакта, сделав большей ширину колеса b – расстояние между его торцами в районе зубьев. Чем тяжелее режим работы редуктора, тем большую ширину должны иметь колеса и шестерни.

Соединение редуктора с двигателем и исполнительной машиной

Каждый редуктор имеет хотя бы по одному входному и выходному валу, иногда тех и других бывает несколько. Входной вал соединен с валом двигателя, выходной – с  рабочими органами исполнительной машины. Соединение может быть муфтовым или одной из гибких передач – цепной, ременной.

Виды редукторов

Редукторы отличаются друг от друга типом зубчатых передач, числом ступеней, расположением осей валов относительно горизонтали и друг друга, способом соединения с двигателем и основанием, компоновкой и некоторыми другими особенностями.

Тип передачи определяет основные характеристики редуктора и зависит от вида и формы зубьев колес и расположения валов.

Цилиндрические редукторы

Редукторы с параллельными или соосными валами называются цилиндрическими. Они имеют высокий КПД, долговечны, но склоны к повышенной вибрации и обладают относительно невысоким передаточным отношением. Чтобы повысить плавность хода, используют косозубые или шевронные колеса. Передаточное отношение увеличивают добавлением ступеней и/или применяя в одном корпусе комбинацию цилиндрических передач с другими типами, в частности, с червячными. Цилиндрические редукторы эксплуатируется в основном там, где не требуется особых условий в виде повышенной степени редуцирования, компактности, плавности хода, бесшумности и т. п.

Конические редукторы

Шестерни и колеса конических редукторов имеют форму конуса. Их оси пересекаются под углом, чаще всего под прямым, но возможны и другие варианты. Входной и выходной валы редуктора могут располагаться практически под любым углом друг к другу, это создает повышенные возможности для компоновки машин.

Одно из зубчатых колес располагается консольно, что приводит к повышенной нагрузке на ее подшипниковый узел. Даже небольшое осевое смещение колеса или шестерни приводит к изменению зазора между зубьями и площади пятна контакта. Поэтому конические передачи требуют очень тщательной регулировки положения осей, которая выполняется с помощью прокладок, устанавливаемых между крышкой подшипникового узла и корпусом.

Червячные редукторы

У червячных редукторов оси перекрещиваются под прямым углом. Отличительные особенности червячных передач:

  • высокое передаточное отношение – одно из главных преимуществ;
  • точность и плавность хода – большой плюс для различных управляющих механизмов;
  • самоторможение – ценное свойство для грузоподъемных машин;
  • значительное трение в передаче и нагревание редуктора – основной недостаток;
  • наличие бронзового колеса – минус, приводящий к повышенной стоимости редуктора.

Планетарные редукторы

Планетарным называется зубчатый механизм, состоящий из неподвижных и подвижных (вращающихся) осей колес. Планетарный редуктор имеет высокое передаточное отношение, обладает самоторможением (в отличие от червячных передач – контролируемым), позволяет получать различное направление вращения и разные передаточные числа в зависимости от того, какие шестерни исполняют роль ведомых и ведущих, какие заторможены, а какие нет. Позволяют передавать большую мощность при меньших габаритах и весе.

Мотор-редуктор

Мотор-редуктор – это механизм, состоящий из двигателя и редуктора, корпусы которых жестко соединены между собой. Достоинствами мотор-редукторов являются компактность, универсальность, быстрота и удобство монтажа, полное соответствие параметров двигателя и редуктора друг другу.