Редуктор: определение, назначение, устройство, виды

Применение механизма

Назначение редуктора неограниченное, большинство сложных машин и агрегатов имеют его в структуре механизма. В тяжелой промышленности чаще всего применяются червячные и цилиндрические механизмы, предназначенные для передачи усилия на инструмент.

Также он является основной составной частью механизма любого автомобиля, где применяются несколько подобных элементов. Он встречается в коробке передач, карданном вале, бензиновом насосе, тормозной системе и других узлах.

Некоторые автовладельцы думают, что редуктор и дифференциал имеют идентичную конструкцию и выполняют схожие функции. Но в отличие от редуктора, который изменяет крутящий момент, дифференциал распределяет крутящий момент между осями в определенной пропорции, без его повышения или понижения.

Редукторы давления можно встретить при добывании газа. Их применение позволяет контролировать давление и изменять его направление, будь то давление газа или воды. В нефтеперерабатывающей области подобный механизм используется в генераторных установка, различных мешалках, системах отопления и вентиляции. На цементных заводах применяются планетарные модели, которые являются составными частями транспортных лент, передающих огромное количество материалов. Назначение колесных редукторов состоит в работе ленточных транспортёров.

Практически на каждом производство используются устройства типа лебедок и подъемников, каждый из которых имеет в конструкции редуктор. Подобные механизмы встречаются в землеройной технике, которая применяется в строительстве и промышленных карьерах.

Встретить такие модели можно в различных бытовых приборах. Но чаще всего встречаются мотор-редукторы (в кухонных комбайнах, стиральных машинах, перфораторах и дрелях). В перфораторах применяют комбинацию планетарного и мотор-редуктора, что позволяет добиться оптимальной работы поступательно-вращающихся элементов.

Следует отметить, что практически каждый современный сложный механизм не может обойтись без использования редуктора. Данный элемент позволяет значительно повысить производительность двигателей, передачу силового усилия между конструкционными элементами и минимизировать износ механизмов. Выбор подходящей модели, своевременное обслуживание и соблюдение нормативной нагрузки, позволит полноценно использовать редуктор весь гарантийный срок, не зависимо от сферы его использования.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Для изменения характеристик крутящего момента используется специальный механизм, который получил название «редуктор». Данное слово образовано от латинского reductor — отводящий назад или возвращающий, что очень точно отображает принцип работы этого механизма. На данный момент существует несколько видов редукторов, которые применяются в различных агрегатах для трансформации и передачи крутящего момента от двигателя устройства, к потребителям мощности.

Читать также: Самодельная приспособа для заточки сверл

Конструкция редукторов

[]

• Мотор-колеса на транспортных машинах
• Основные группы мотор-колес
• Виды мотор-колес
• Схема расчета мотор-колеса
• Перегрузочная способность по моменту электродвигателей
• Параметры электродвигателей
• Параметры асинхронных двигателей
• Показатели транспортной машины
• Конструирование мотор-колес
• Виды компоновки мотор-колес
• Компоновки III и IV видов
• Компоновки V и VI видов
• Выбор вида компоновки мотор-колес
• Факторы при выборе компоновки мотор-колес
• Тяговые электродвигатели в мотор-колесах
• Крепление электродвигателя
• Сборка мотор-колеса
• Рациональность конструкции мотор-колеса
• Элементы мотор-колес
• Конструкция редукторов
• Функции редукторов
• Двухступенчатые редукторы
• Особенности редукторов
• Двухскоростные мотор-колеса
• Редуктор из планетарных передач
• Мотор-колесо с переключаемым редуктором
• Механизмы сцепления мотор-колес
• Мотор-колесо с изменяемым передаточным числом
• Механизм переключения передач мотор-колеса
• Мотор-колесо с многодисковым механизмом сцепления
• Уплотнения мотор-колес
• Сальниковые уплотнения
• Количество уплотнений
• Конструкция механических тормозов мотор-колес
• Пневматический привод с питанием от бортового компрессора
• Тормоза планетарного ряда
• Многодисковые тормоза
• Охлаждение тяговых электродвигателей
• Тепловой режим редукторов мотор-колес
• Схема вентиляции мотор-колес с использованием патрубка
• Благоприятные условия охлаждения
• Вентиляция мотор-колес
• Шины мотор-колес
• Широкопрофильные крупногабаритные шины
• Ободья мотор-колес
• Подвески для мотор-колес
• Применение электрического торможения
• Электрическое торможение на электродвигателях
• Реостатное торможение
• Передаточные числа мотор-колес
• Варианты кинематических схем
• Свойства простых передач у редукторов мотор-колес
• Проверка планетарной передачи по условиям сборки
• Планетарный ряд
• Нагрузочные режимы механической передачи
• Расчет валов, шестерен и подшипников
• Расчет механической передачи на выносливость
• Выносливость деталей передачи
• Расчет автомобильных валов
• Зазор передачи
• Тормозное звено
• Вынужденные крутильные колебания
• Резонансные зоны
• Автоколебательные процессы
• Динамические нагрузки в механической передаче
• Эквивалентная схема мотор-колеса
• Эквивалентные схемы мотор-колес

Редукторы мотор-колес транспортных машин в соответствии с назначением и необходимостью размещения полностью или частично внутри обода колеса должны обеспечивать:

• необходимое передаточное число в соответствии с заданными тягово-скоростными показателями транспортной машины;
• достаточно высокий к. п. д., позволяющий не только уменьшить расход топлива, но и упростить охлаждение редуктора;
• минимальный осевой размер и вес, обусловленный размещением редуктора и электродвигателя в ограниченном монтажном объеме внутри обода колеса;
• рациональную компоновку с другими элементами мотор-колеса;
• простоту в изготовлении и ремонте, надежность в эксплуатации.

Влияние передаточного числа на конструкцию редуктора сказывается в том, что оно наряду с передаваемой мощностью определяет его размеры, и следовательно, возможность размещения внутри обода колеса. Передаточным числом определяется тип передачи редуктора или целесообразная комбинация типов передачи. От этого зависит возможность выполнения всех рядов редуктора с приблизительно одинаковым диаметральным размером, что позволяет наилучшим образом использовать монтажный объем внутри обода колеса, или возникает необходимость увеличения диаметрального размера одного ряда и размещения его вне обода.

По типу используемых передач редукторы мотор-колес могут быть с неподвижными осями валов, планетарными или комбинированными, т. е. состоящими как из планетарных передач, так и из передач с неподвижными осями валов. У подавляющего числа мотор-колес редукторы являются соосными, когда оси входного и выходного звена редуктора совпадают.

Редукторы с неподвижными осями делят на одно-, двух- и трехступенчатые в зависимости от числа ступеней зацепления. Планетарные редукторы в зависимости от числа планетарных рядов могут быть одно-, двух- и трехрядными.

Планетарные редукторы мотор-колес можно выполнять с одной или двумя параллельными кинематическими цепями. Выполнение редуктора с параллельными кинематическими цепями (при условии отсутствия циркулирующей мощности) способствует уменьшению веса и размеров редуктора.

С повышением числа ступеней или рядов редуктора увеличивается его передаточное число и осевой размер, но становится возможным использование быстроходных электродвигателей, обладающих меньшими габаритными размерами и удельным весом.

Достоинства и недостатки

Червячная передача в силу своих конструктивных особенностей имеет как достоинства, так и недостатки.

Из достоинств стоит отметить плавность хода, эффект самоторможения, низкий уровень шума, большое передаточное отношение с использованием всего двух деталей.

Из недостатков следует обратить внимание на сравнительно низкий КПД, повышенный износ, заедание, большое тепловыделение вследствие сил трения. Низкий КПД обуславливает применение подобных механизмов при передаче относительно небольших мощностей до 100 кВт. Для предотвращения скорого износа и заедания необходимо соблюдать требования к точности сборки и регулировать механизмы

Высокое тепловыделение требует специальных установок для отвода лишнего тепла

Для предотвращения скорого износа и заедания необходимо соблюдать требования к точности сборки и регулировать механизмы. Высокое тепловыделение требует специальных установок для отвода лишнего тепла.

Различие редукторов в основном сводится к различиям червяков и зубчатых колес, из которых собран данный червячный редуктор.

Червяки разделяются на типы по следующим признакам:

• по количеству заходов резьбы: однозаходные, многозаходные
• по направлению нарезки резьбы: правые, левые
• по форме винта, на котором нарезана резьба: цилиндрические, глобоидные
• по форме профиля резьбы: с конволютным профилем, с архимедовым профилем, с эвольвентным профилем
• Зубчатые колёса разделяются на типы по следующим признакам:
• по типу колеса: собственно колесо, зубчатый сектор, вырожденный сектор
• по профилю зубьев: прямой, вогнутый, роликовый (вместо зубьев используется вращающийся ролик)  

Червячные редукторы со встроенным двигателем называются червячными мотор-редукторами. В редукторах чаще всего двигательный вал располагается под прямым углом к движимому. Компоновка червячного редуктора выбирается исходя из конкретных требований к устройствам. Двигатель может располагаться как сверху приводимого в движение колеса, так и снизу и сбоку. При боковом расположении двигатель устанавливается вертикально. Вследствие вертикального расположения усложняется процесс смазки подшипников вала, а также чистки внешних элементов.

Для увеличения передаточного числа используются разные технологии, но наиболее эффективной является применение большего числа ступеней.

Для смягчения сил трения и повышения сопротивления заеданию применяются специальные вязкие смазочные составы или масла. При низких скоростях вращения смазка осуществляется при помощи специальных ванночек с маслом либо использованием специальных устройств, разбрызгивающих смазку в места повышенного трения. Для червячных редукторов, скорость вращения которых высока применение ванночек нецелесообразно, и применяется принудительная смазка охлаждёнными смазочными материалами.

Основные преимущества редуктора червячного перед зубчатыми передачами заключаются в том, что начальный контакт звеньев происходит не в точке, а по линии. Также входной и выходной валы могут скрещиваться под разными углами, но чаще всего этот угол составляет 90 градусов. Также червячная передача занимает гораздо меньше места, чем зубчатая при одинаковом большом передаточном отношении.

Помимо червячного редуктора червячная передача также применяется в системах регулирования и управления различными устройствами. Благодаря самоторможению обеспечивается точная фиксация положения, а большое передаточное отношение (до 1000) позволяет наиболее точно отрегулировать положение, либо использовать маломощные двигатели. Также червячные передачи и червячные редукторы отлично подходят для установки в качестве механизма передачи в подъёмные и лебёдочные механизмы благодаря своим конструктивным особенностям.

Некоторые технические характеристики промышленно производимых и широко распространённых червячных редукторов.

Самыми распространёнными являются одноступенчатые мотор-редукторы.

Техническое обслуживание редуктора

Редуктор заднего моста работает в повышенных нагрузках. Срок эксплуатации заднего редуктора зависит от периодического прохождения ТО, режима эксплуатации.

Признаком неисправности редуктора заднего моста, при которым следует провести диагностику и, в случае необходимости, сделать ремонт, является появление шума. Шум редуктора — это гул, который легко ощущается во время езды и который закладывает уши движении на дальнее расстояние.

Обычно, при появлении шума редуктора, всегда приходится делать капитальный ремонт или менять полностью. В зависимости на какой передаче едет автомобиль и на какой скорость, шум может быть разным.

Порядок ремонта или замены узла полностью:

1. 1. Приготовить стандартный набор ключей.
   2. Слить масло из редуктора, открутив сливную пробку.
   3. Снять колеса.
   4. Снять тормозные барабаны.
   5. Снять колодки.
   6. Открутить крепления полуосей торцевым ключом.
   7. Демонтировать полуоси.
   8. Разобрать и снять карданный вал. Это делаем в таком порядке:
      • Поставить метки на фланце кардана и фланце редуктора для избежания дисбаланса после сборки.
      • Открутить болты, которые крепят вал.
      • Во время сборке использовать новые гайки для избежания возможной поломки в дороге (обрыв карданного вала).
   9. Открутить крепления редуктора к заднему мосту торцевым ключом.
   10. Устанавливаем новый редуктор или ремонтируем.
   11. После сборки заливаем новое масло для редуктора.

Если во время движения появился гул около задних колес, то надо проводить регулировку. Гул появляется от постоянных нагрузок.

Диагностику делаем в таком порядке:

1. Демонтировать подшипники.
2. Снять сальники.
3. Снять сателлиты.
4. Снять фланцы.
5. Снять оси.
6. Все снятые детали надо промыть в бензине или керосине.
7. Осмотреть визуально и, если обнаружено повреждение хотя бы одного зуба, то деталь подлежит замене.

Сборку редуктора делаем в такой последовательности:

1. Установить ведущую шестерню с регулировочной шайбой, распорной втулкой, подшипниками и фланцем.
2. Гайку следует затягивать ключом с динамометрическим измерением. Силу затяжки гайки делаем 1 Н (Ньютон).
3. В корпус дифференциала установить ведомую шестерню и затянуть болты.
4. Выставить путем регулировки допустимый люфт.
5. После установки всех деталей, гайки затягиваем до минимума.
6. Теперь проворачиваем ведомую шестерню и проверяем ее на люфт. Люфт должен быть, но небольшим. Люфт — это запас расстояния, так как все детали при нагрузках немного расширяются.
7. Проверяем расстояние между болтами, удерживающие гайки. Штангенциркулем проверяем расстояния, а с другой затягиваем гайки с одинаковым моментом затяжки. Расстояния между болтами не должны изменять от предела 1,5-2 мм. Если расстояния в норме, то опять проверяем люфт шестеренки.
8. Регулировка на этом этапе заканчивается.

Принцип работы редукторов

Так как в основе работы редуктора лежит передача и преобразование крутящего момента, основной характеристикой механических редукторов является тип механической передачи, которая в них используется.

Типы передач:

• Цилиндрическая зубчатая передача – один из самых надежных и долговечных типов передач, обеспечивающий высокий ресурс использования. Как правило, применяется в редукторах с особо сложным режимом работы. Этот тип передач подразделяется на прямозубные передачи, косозубчатые и шевронные передачи;
• Коническая зубчатая передача – в отличие от предыдущей имеет оси входных и выходных валов, которые пересекаются друг с другом. Роторы с такой передачей используются когда необходимо изменить направление передаваемой кинетической энергии;
• Червячная передача – это механическая передача от винта («червяка») к зубчатому колесу. Имеют достаточно высокое передаточное отношение и относительно низкое КПД. Бывают однозаходные и многозаходные;
• Гипоидная передача (спироидная) – использует для передачи конические колёса со скрещивающимися осями (колеса могут иметь косые или криволинейные зубья). Такой тип передачи отличается низким шумом работы, плавностью хода и высокой нагрузочной способностью;
• Цепная передача – как понятно из названия, использует гибкую цепь для передачи механической энергии. Состоит из двух звёздочек (ведущей и ведомой) и цепи, состоящей, в свою очередь, из подвижных звеньев. Это один из самых универсальных, простых и экономичных типов передач;
• Ремённая передача – передача энергии при помощи гибкого ремня за счет силы трения или сил зацепления (в случае с зубчатыми ремнями). Состоит из ведущего и ведомого шкивов, а также приводного ремня. К преимуществам можно отнести недорогую стоимость, бесшумность и плавность работы, а также легкий монтаж и компенсацию перегрузок за счет проскальзывания;
• Винтовая передача – преобразует поступательное движение во вращательное, и наоборот. Как правило, представляет собой конструкцию, состоящую из винта и гайки. Бывает передача качения и скольжения. Эта передача чаще используется не для перемещения, а для закрепления. Применяется в регулировочных винтах, приводах исполнительных органов механизмов, различных инструментах;
• Волновая передача – относительно новый тип передач, характеризующийся очень высоким передаточным отношением. Работает за счёт генерирования волн на гибком колесе, оснащенным меньшим количеством зубьев чем жесткое колесо, и смещения колесо относительно друг друга на разницу зубьев за один оборот. Среди достоинств – малый вес, высокая кинематическая точность, способность передачи момента через герметичные стенки.

Число ступеней редуктора

Как правило, редукторы, состоящие только из одной передачи, встречаются крайне редко. Такой тип редукторов называется одноступенчатым. Куда больше распространение получили двух-трех и многоступенчатые редукторы, причем в таких редукторах могут встречаться как передачи одного типа, так и несколько различных передач, комбинированных между собой. Общее передаточное отношение редуктора напрямую зависит от типа используемой передачи и количества ступеней. В некоторых механизмах количество ступеней может до десятков и сотен тысяч.

Валы редуктора

Размещение различных передач в одном корпусе редуктора позволяет разместить опоры валов с очень точно соблюдённой соосностью и строго выдержанными межосевыми расстояниями. Передача крутящего момента может осуществляться между параллельными, пересекающимися и даже перекрещивающимися валами. Взаимное расположение валов определяет, какой именно тип передачи будет использоваться в данном редукторе. Так, например, для передачи вращения между валами, расположенными параллельно используются цилиндрические зубчатые передачи. Если валы пересекаются – применяют конические зубчатые передачи, а в случае с перекрещивающимися валами оптимальным будет применение червячных, зубчато-винтовых и гипоидных передач. По количеству возможных скоростей выходного вала редукторы можно разделить на механизмы с постоянным показателем передаточного отношения (односкоростные редукторы), а также на двух – и многоскоростные редукторы, с возможностью изменения передаточного отношения.