Что такое редуктор для чего он применяется (2 видео)

Недавно европеец Оскар Ван Девентер напечатал на 3D-принтере редуктор с экстремально высоким передаточным числом — 11373076. В этом механизме изобретатель соединил два планетарных редуктора. При увеличении количества зубцов шестеренок, использованных в механизме, передаточное число можно увеличить и до 1141624705. Чем такой редуктор может быть полезен, Ван Девентер не объяснил, рассказав только, что при его помощи обычной стоматологической бормашиной можно сдвинуть локомотив. Правда, с очень небольшой скоростью. Вдохновившись разработкой европейца мы решили разобраться в основных типах механических редукторов.

Редуктор представляет собой механизм, позволяющий передавать и преобразовывать крутящий момент с одного вала на другой. Если такой механизм преобразует высокую угловую скорость ведущего вала в более низкую ведомого, его называют демультипликатором, а если наоборот — мультипликатором. Впрочем, так сложилось, что термин демультипликатор используется крайне редко, а устройство, понижающее угловую скорость, называют просто редуктором. В зависимости от типа такой механизм может состоять из нескольких типов шестерен, червяков и валов.

Основными характеристиками редукторов являются передаваемая мощность, угловые скорости и количество валов, а также передаточное число. Любые редукторы уменьшают передаваемую мощность за счет потерь на механическую передачу крутящего момента — из-за трения, массивности конструкции, нагрузок на валах. Угловые скорости на ведущем валу и ведомом могут различаться в десятки, сотни и тысяч раз благодаря передаточному числу редуктора.

Передаточным числом называется соотношение количества зубьев шестеренки на ведущем валу к их числу у шестеренки на ведомом. Оно записывается целым или дробным числом и фактически обозначает, сколько именно раз должен провернуться ведущий вал, чтобы ведомый совершил один полный оборот. В случае с редуктором Ван Девентера, ведущий вал необходимо повернуть 11 миллионов 373 тысячи 76 раз. Только тогда ведомый вал совершит один полный оборот.

В целом редукторы позволяют увеличить усилие на ведомом валу, при этом потратив часть мощности на ведущем и уменьшив скорость вращения. Эту особенность используют тогда, когда необходимо работать с большими нагрузками, например, при помощи относительно маломощного мотора приводить в движение большой по массе транспорт. Например, двигатель седельного тягача КамАЗ-65225 мощностью 400 лошадиных сил может через коробку передач (многоступенчатая разновидность редуктора) сдвигать автопоезд полной массой до 75 тонн.

Сегодня редукторы используются во многих отраслях: на автомобилях, в самолетах и вертолетах, в поездах, станках, велосипедах, то есть везде, где нужно передавать вращательный момент с одного агрегата на другой. Механизмы, позволяющие передавать крутящий момент с одного вала на другой, принято делить на пять наиболее распространенных основных классов: цилиндрические, конические, червячные, планетарные и комбинированные. В последних могут сочетаться несколько типов редукторов.

Иллюстрация: Чабанный Александр / edu.ascon.ru

Цилиндрический редуктор представляет собой механизм, в котором ведущий вал и ведомый находятся в параллельных плоскостях. Передача в них осуществляется с большей шестеренки с прямыми или косыми зубцами на меньшую, по своей форме напоминающую цилиндр. Такие редукторы делятся на несколько подтипов: вертикальные (валы находятся друг над другом) и горизонтальные. Цилиндрические редукторы бывают одно-, двух-, трех- и четырехступенчатыми в зависимости от количества шестерен, установленных между ведущим и ведомым валами.

Видео:Червячные редукторы. Применения червячных редукторов и как правильно их подобратьСкачать

Цилиндрические редукторы имеют очень высокий коэффициент полезного действия, который может достигать 98 процентов, то есть потеря мощности при передаче вращательного момента с одного вала на другой будет относительно небольшой. Благодаря высокому коэффициенту полезного действия в цилиндрических редукторах практически отсутствует эффект рассеивания передаваемой энергии, а значит рабочие элементы редуктора практически не нагреваются.

Такие механизмы используются преимущественно в различных металлорежущих станках, станках для обработки древесины, измельчителях и бетономешалках, на мельницах. Цилиндрические редукторы малочувствительны к рывковым нагрузкам, выдерживают большое количество пусков и остановок. При этом они лишены самоторможения, то есть, приложив определенное усилие на ведомый вал, можно провернуть ведущий. При этом конструкция таких редукторов достаточно шумная, а сами они обладают низким передаточным числом.

Иллюстрация: Manuel Neuer / grabcad.com

Конический редуктор используется для передачи вращательного момента с ведущего вала на ведомый в случае, если плоскости их осей пересекаются. В них используются конические шестеренки. Такие механизмы имеют меньшую надежность по сравнению с цилиндрическими, но обладают довольно высоким коэффициентом полезного действия, который может достигать 95 процентов. Благодаря конической конструкции шестерен таких редукторов, они могут иметь несколько выходных валов, оси вращения которых, например, можно расположить в виде креста.

Читайте также: Установка редуктора гбо в газель

В современных конических редукторах как правило используется колесное соединение — внутри них на концах валов установлены конические шестеренки, которые своими конусами опираются на другую шестеренку. Плоскость последней находится в одной плоскости с плоскостями осей валов. В этом случае, если колесное соединение одно, ведомый и ведущий валы будут вращаться в одном направлении. Конические редукторы нередко используются для изменения направления передачи.

Как правило диапазон передаточных чисел в конических редукторах составляет от одного до пяти, но углы наклона оси ведомого вала к ведущему могут быть самыми разнообразными. Такие механизмы, как и цилиндрические, чаще всего используются в различных станках, например, сверлильных. Как и цилиндрические, конические редукторы обратимы, то есть вращая их ведомый вал, можно провернуть ведущий. Однако, из-за особенностей своей конструкции, конические редукторы могут иногда заедать.

Иллюстрация: Исаков Сергей / edu.ascon.ru

Червячные редукторы получили название от типа используемой в них передачи. В самом простом исполнении эти механизмы состоят из червячного колеса (шестеренки с косыми зубцами) и самого червяка. Последний представляет собой цилиндр с нанесенной на него резбой, которая при вращении напоминает червяка. В таком редукторе ведущий вал приводит в движение червяка, резьба которого сдвигает косые зубья червячного колеса, заставляя его вращаться.

Видео:Принцип работы редуктора. Виды редукторов. Курсовая.Скачать

Редукторы с червячной передачей придумали как альтернативу механизмам с обыкновенной зубчатой передачей, например, цилиндрическим. Они обладают гораздо меньшими размерами, но имеют большее передаточное число. Например, при двухзаходном червяке (имеет две параллельных резьбы) и червячном колесе с сотней зубьев передаточное число составит 50. Это означает, что ведущий вал должен будет совершить 50 полных оборотов, чтобы ведомый вал повернулся один раз.

Червячные редукторы имеют очень высокий коэффициент самоторможения. Это означает, что приложив усилие к ведомому валу провернуть ведущий скорее всего не удастся. Кроме того, червячные редукторы имеют относительно невысокий коэффициент полезного действия (от 70 до 92 процентов) и крайне чувствительны к смазке. Их используют для передачи малой мощности в условиях, когда нет достаточного места для размещения цилиндрического или конического редукторов. Чаще всего червячные редукторы используют для привода конвейеров или ворот.

Иллюстрация: Филимонов Илья / edu.ascon.ru

Планетарный редуктор — это уже более сложное механическое устройство, получившее свое название из-за способа размещения ведущей, передаточных и ведомой шестерен. Механизм состоит из солнечной шестерни, расположенной в центре конструкции, сателлитов (меньших шестеренок) и эпицикла (коронной шестерни), расположенной на периферии. Вращение коронной шестерни осуществляется солнечной через сателлиты. Последние механически соединяются водилом, кольцом со штырями, на которые и крепятся сателлиты.

Особенностью планетарного редуктора является то, что вращение можно подводить к любому из его элементов и снимать с любого другого. При этом третий элемент необходимо остановить. Например, вращение можно подвести к одному из сателлитов, а снимать его с коронной шестерни. В этом случае солнечная шестерня должна быть неподвижной. При подведении вращения к солнечной шестерне и снятия его с коронной в редукторе неподвижным остается водило. В некоторых редукторах водила нет.

Благодаря изменению схемы подвода и снятия вращения можно не меняя сам редуктор изменять его передаточные числа в очень широком диапазоне. Именно по этой причине, планетарные редукторы, пожалуй, могут иметь наибольшие передаточные числа среди таких механизмов других классов. Коэффициент самоторможения у планетарных редукторов зависит от их передаточного числа, но при вращении ведомого вала все же можно добиться и вращения ведущего.

Планетарные редукторы коробки переключения передач во втулке заднего колеса велосипеда.

Содержание

Справочная информация. Что такое редукторы и где они применяются
Основные сферы применения редукторов:
Шестерни
Достоинства, недостатки зубчатых пар
Преимущества
Недостатки
В зубчатых колесах необходимо различать следующие части, которые определяют саму шестерню и зуб:
Типы шестерен
Вход / выход или 1500 / 500 = 3,00: 1
Цилиндрические шестерни
Прямозубые шестерни
Как же редуктор понижает частоту вращения?
Срок службы редукторов общепромышленного исполнения:
📸 Видео

Справочная информация. Что такое редукторы и где они применяются

Редукторы — это механизмы, которые регулируют скорость электродвигателей, позволяя им работать с определенной частотой вращения. Они состоят из ряда шестерен, составляющих кинематическую цепь. При этом выходной крутящий момент и скорость определяются передаточным числом редуктора. Ориентации зубчатых зубов также оказывают значительное влияние на эффективность, крутящий момент и скорость устройства.

Видео:Редуктор. Устройство. Конструкция. Виды и типы редукторовСкачать

Промышленный редуктор — это устройство, состоящее из зубчатых колёс, которое преобразует и передает механическую энергию от двигателя к нагрузке. Предназначен он для изменения соотношения скорости вращения и крутящего момента между источником энергии вращения и исполнительным устройством. Промышленные редукторы должны быть надежными и в то же время компактными. Надежность и безопасность – их основной критерий. Редукторы имеют широкий спектр применения в различных сферах промышленности и сельского хозяйства. Для этого они адаптируют скорость двигателя к необходимым значениям. Адаптация скорости — это то, что обеспечивает правильное функционирование машин.

Читайте также: Ремонт редуктора бмв bmw zone

Мотор-редуктор состоит из редуктора и электродвигателя которые соединены с помощью фланцев в единую конструкцию. Электродвигатель закрыт и охлаждается одним или несколькими вентиляторами. Это гарантирует, что все компоненты работают с максимальной эффективностью без перегрева.

Основные сферы применения редукторов:

металлообработка и машиностроение;
электроэнергетика;
лесная, деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность;
цветная и чёрная металлургия;
химическая и нефтехимическая промышленность;
производство строительных материалов;
топливная промышленность.

В редукторах используется широкий спектр шестерен, включая червячные, конические и спирально-конические, косозубые и прямозубые. Каждый из этих механизмов разработан для выполнения определенной задачи в редукторах, от снижения скорости до изменения направления выходного вала. Однако каждая дополнительная передача приводит к потере мощности из-за трения, а эффективность является ключом к правильной конструкции системы. Выбор правильной конструкции редуктора для конкретного применения может стать решающим решением, которое повлияет на производительность, эффективность, надежность и стоимость. Поэтому очень важно хорошо понимать устройство редуктора и его основные принципы работы.

Шестерни

Шестерни используются со времен Архимеда и Аристотеля, и они продолжают играть важную роль в механических системах по всему миру. Несмотря на то, что основные принципы остаются неизменными, технология значительно продвинулась вперед.

Шестерни представляют собой наборы колес, которые имеют выступающие элементы, называемые «зубьями», которые подходят друг к другу, так что одни колеса (ведущие колеса) тянут за собой другие (ведомые или ведомые).
Условием для «сцепления» колес, то есть возможности правильного соединения и передачи движения, является то, что они имеют одинаковые параметры или размеры зубьев.
Зубчатое колесо передает движение следующему колесу, которое движется в направлении, противоположном исходному.
Это очень прочные системы, которые позволяют передавать большие мощности между проксимальными, параллельными, перпендикулярными или наклонными осями, в зависимости от их конструкции.

Одноступенчатый зубчатый механизм

Двухступенчатый зубчатый механизм

Зубчатая передача — это механические элементы для передачи вращения, состоящие из двух зубчатых колес, одно ведущее, а другое ведомое.

Достоинства, недостатки зубчатых пар

Видео:Варианты применения мотор-редукторов.Скачать

Эти механизмы имеют множество преимуществ перед ремённой и цепной передачей, однако есть и некоторые недостатки.

Преимущества

Занимают мало места
Не имеют скольжения
Могут передавать большую мощность
Не требуют особого обслуживания

Недостатки

В зубчатых колесах необходимо различать следующие части, которые определяют саму шестерню и зуб:

Зубья шестерни. Именно они создают толкающее усилие и передают мощность от ведущей оси на ведомую. У них есть характерный профиль, который учитывается при их проектировании и изготовлении.
Внешняя окружность. Этот параметр ограничивает внешнюю часть шестерни.
Внутренняя окружность. Этот параметр ограничивает внутреннею часть шестерни.
Рабочая окружность. Это окружность, по которой сцепляются зубы.

Изображение смещения точки зацепления прямозубой шестерни

Радиусы рабочей (Rp), внешней (Re) и внутренней (Ri) окружностей.

Типы шестерен

Прямозубые шестерни	Прямозубые шестерни используются в передачах с параллельными валами. Они являются одним из наиболее часто используемых механизмов и встречаются в любом типе машин: часах, игрушках, станках и т.д.
Косозубые шестерни	Его зубья расположены по параллельной спирали вокруг цилиндра. Косозубые шестерни могут передавать движение (мощность) между параллельными осями или между осями, пересекающимися в любом направлении (даже перпендикулярном). Эта система зацепления зубьев обеспечивает более плавную передачу, чем у цилиндрических зубчатых колес, поскольку в один и тот же момент находится в контакте несколько пар зубьев, что делает систему более тихой, с передачей усилия и более равномерным и безопасным движением.
Конические шестерни	Конические шестерни используются для передачи движения между перпендикулярными осями или для осей с углами, отличными от 90 градусов. Это зубчатые колеса в форме усеченного конуса, которые могут быть прямыми или изогнутыми (гипоидными), причем последние широко используются в системах трансмиссии автомобилей.

Внешние шестерни	Зубья обоих колес находятся на внешней поверхности.
Внутренние шестерни	Зубья одного из колес находятся с внутренней стороны.

Редуктор снижает скорость электродвигателя пропорционально передаточному отношению. Передаточное число — это соотношение между входной и выходной скоростью, при этом выход всегда определяется как единица.

Например, для первичного электродвигателя со скоростью 1500 об/мин и ведомой машины со скоростью 500 об/мин соотношение будет следующим:

Вход / выход или 1500 / 500 = 3,00: 1

Проще говоря, три оборота входного вала производят один оборот выходного вала. Для достижения желаемой выходной мощности и скорости в редукторах могут использоваться различные механизмы передачи, крутящего момента. Зубчатые передачи различаются по эффективности, размерам, уровню шума, срокам службы и требований к техническому обслуживанию. Тип зубчатой передачи определяется конструкцией зубьев шестерни и тем, как они входят в зацепление.

Читайте также: Редуктор газового баллона большого

Цилиндрические шестерни

Цилиндрические зубчатые колеса используются в механических редукторах для увеличения или уменьшения скорости устройства или увеличения крутящего момента путем передачи вращения и мощности от одного вала к другому через ряд сопряженных шестерен. Цилиндрические зубчатые колеса широко используются в редукторах и составляют львиную долю всего рынка зубчатых колес. Зубчатые колёса – это шестерни с зубьями, равномерно расположенными на цилиндрической поверхности. Существует два основных семейства цилиндрических зубчатых колес:

Прямозубые шестерни
Косозубые шестерни

Эти два семейства основаны на форме профиля зубьев, которая может быть прямой или параллельной оси. Косозубые шестерни работают с меньшим шумом поскольку зацепление зубьев в них происходит постепенно — в отличие от прямозубых шестерен, в которых зацепляется сразу вся поверхность зуба.

Прямозубые шестерни

Прямозубая шестерня имеет зубья параллельные оси вращения. Эта конструкция обеспечивает экономичные характеристики и одинаково хороша для редукторов с высоким и низким коэффициентом полезного действия. Для достижения высоких передаточных чисел редуктор может иметь комбинацию из нескольких ступеней с прямозубыми шестрнями.

Однако прямолинейная конструкция зубчатого колеса означает, что точка зацепления шестерен происходит вдоль только одного зуба, что может вызвать повышенный износ и шум, особенно на более высоких скоростях. Шум вызван единственной точкой контакта между ведущей и ведомой шестернями в начале зацепления.

Видео:Устройство редуктора моста автомобиляСкачать

Косозубая шестерня позволяет использовать большую площадь контакта с зубьями, что увеличивает передаваемый крутящий момент на 10-15%, сохраняя при этом очень хорошую эффективность.

Как же редуктор понижает частоту вращения?

Цилиндрические редукторы имеют преимущества в отношении крутящего момента по сравнению с другими типами редукторов. Однако у них есть и недостатки. Цилиндрические модели имеют более низкую перегрузочную способность по сравнению планетарными, связано это с тем, что нагрузка передается на меньшее количество зубьев, что снижает эффективность и увеличивает их износ. Применение косозубых зубчатых колес в цилиндрических редукторах позволило существенно увеличить рабочий ресурс и максимальный крутящий момент. Для получения высокоэффективного зацепления между зубьями в косозубых зубчатых колесах используются закаленные зубья с изогнутым профилем. Косозубые шестерни настолько эффективны, что зубья практически не изнашиваются.

Планетарные редукторы считаются самыми надежными относительно других приводов. По этой причине они используются во многих промышленных установках. Кроме того, планетарный редуктор универсальный и поэтому подходит для многих сфер индустрии, от промышленной автоматизации до робототехники.
В планетарных приводах солнечная шестерня расположена в центре редуктора потому что насаживается непосредственно на вал двигателя и передает движение другим зубчатым колесам, «сателлитам». Они прикреплены штифтами к «водилу» планетарной передачи и вращаются внутри зубчатой коронной шестерни, расположенной на внешней поверхности редуктора. Количество несущих сателлитов представляет собой ступени редуктора. Последний держатель сателлитов соединен с выходным валом. Такая конструкция позволяет планетарному редуктору передавать максимальный крутящий момент при тех же габаритных размерах, что и у других типов редукторов.

Червячный редуктор. Механизм привода червячной передачи представляет собой комбинацию червяка (винта) и червячной передачи (колеса), которая используется для уменьшения скорости вращения и увеличения крутящего момента. Червяк всегда является ведущим, а колесо — ведомой шестерней. Обратное вращение невозможно и может привести к поломке редуктора. Червячный редуктор обычно используется для передачи крутящего момента в перпендикулярном направлении. Например, в трехмерном пространстве (плоскость X и Y и Z), если червяк вращается вдоль оси X, шестерня будет вращаться вдоль оси Z.

Червячные редукторы обычно используются, когда требуется большое снижение скорости в компактном пространстве. Однако в червячных редукторах движение между червяком и зубчатым колесом является скользящим, следовательно, мощность теряется в виде тепла на трение. КПД червячных передач относительно низок по сравнению с цилиндрическими и косозубыми передачами.

Срок службы редукторов общепромышленного исполнения:

Расчет редуктора (или мотор-редуктора) для промышленного применения обычно начинается с определения соответствующего эксплуатационного коэффициента. Проще говоря, коэффициент полезного действия — это отношение номинальной мощности (или крутящего момента) редуктора к фактической мощности с учетом потерь на трения и нагрев. Коэффициенты обслуживания определяются ассоциацией производителей редукторов в зависимости от типа зубчатых передач и ожидаемых рабочих нагрузок.

Наименование показателя

Модель редуктора

Значение показателя, ч

90% ресурс передач и валов

Конический, цилиндрический, коническо-цилиндрический, планетарный

источники:

Видео:Что такое, редуктор?Скачать