Виды редукторов

Точное техническое определение редуктора - устройство для преобразования механической энергии в разрезе параметров. Он имеет характеристику входных и выходных показателей. На практике редуктор может не только менять параметры кинетики и уровни передачи энергии, но и изменять направление вращения и следования валов.

Сегодня редуктор рассматривается в разрезе приспособления, которое используется для изменения частоты вращения вала относительно показателей приводного механизма. При этом параллельно может рассматриваться возможность увеличения крутящего момента или же - обеспечения крайне малого числа оборотов при очень серьезных усилиях. По конструкции редукторы делятся на:

• цилиндрические;
• конические и коническо-цилиндрические;
• червячные;
• планетарные и соосные;
• комбинированные, в которых применено одновременно несколько схем преобразования.

Чтобы понять, насколько тот или иной тип редуктора подойдет для решения поставленных перед ним задач, стоит подробно остановиться на особенностях их работы и условий использования.

Цилиндрический редуктор: общие сведения

Цилиндрический редуктор относится к самому распространенному типу преобразовательных механизмов. Он обладает главной характеристикой: входной и выходной валы строго параллельны, но не обязательно соосны.

К достоинствам цилиндрического редуктора относятся:

• высокий КПД, потери энергии минимальны;
• не обладает самоторможением, всегда есть возможность прокрутить выходной вал даже при приложении малого усилия;
• может транспортировать высокую мощность;
• обладает кинематической точностью;
• практически не нагреваются, не требуя особых условий охлаждения;
• выпускаются изделия с разным передаточным числом и ступенями преобразования.

Благодаря присутствию на рынке большого ассортимента изделий, нетрудно подобрать цилиндрический редуктор с нужным передаточным числом для применения в том или ином механизме.

Как работает и где применяется цилиндрический редуктор

Основа конструкции цилиндрического редуктора - зубчатые колеса в форме цилиндров. Соосность (Расположение осей деталей машины (узлов, агрегатов и т. п.) на одной линии)входного и выходного валов зависят от числа ступеней передачи. В самом простом варианте внутри корпуса находятся всего два цилиндрических зубчатых колеса. В этом случае смещение выходного вала от оси входного определяется как сумма радиусов колес по внешнему контуру за вычетом глубины зубьев.

Соосность входного и выходного валов достигается применением нескольких ступеней преобразования. В этом случае внутри корпуса расположено нечетное количество цилиндрических зубчатых колес, некоторые из которых являются вспомогательными. Они могут выполнять роль как простого передаточного механизма без преобразования, так и иметь передаточный коэффициент для снижения нагрузки на зубья и повышения срока службы механизма.

Цилиндрические редукторы выпускаются в закрытых корпусах, большинство из них не требует специального обслуживания. Область применения этих устройств чрезвычайно широка. Они гарантируют плавную передачу хода, но не позволяют изменить направление вала.

Цилиндрические редукторы могут располагаться вертикально или горизонтально, расчет нагрузки и оборотов прост: высокий КПД позволяет применять указанное производителем передаточное число в арифметических операциях. Главное достоинство редуктора - преобразование энергии привода практически без искажений и потерь.

Особенности конических и коническо-цилиндрических редукторов

Работа конических и коническо-цилиндрических редукторов имеет те же особенности и основные характеристики, что и у цилиндрических устройств. Главное отличие - в форме зубчатых колес внутри корпуса.

Как следует из названия, у конического редуктора все шестерни конической формы, у коническо-цилиндрического в конструкции присутствуют элементы обоих типов.

Редукторы этих классов имеют свои особенности:

• способны изменять направление валов, конический редуктор с одной ступенью преобразования обеспечивает поворот на 90 градусов;
• усилие при работе шестерней направлено под углом к оси вала. Поэтому редукторы конического и коническо-цилиндрического класса должны отдельно закрепляться для избежания бокового давления на ось привода. Это может несколько осложнить конструирование механизмов с их участием.

Рассматриваемые типы редукторов применяются только в случаях, когда без изменения направления вала нельзя обойтись. Данные устройства дороги, что легко объясняется повышенной сложностью изготовления зубчатых колес и необходимостью гарантировать точность сборки редуктора в целом.

Но в остальном - устройства работают практически бесшумно, предлагаются продукты с разным передаточным числом, им не требуется специального обслуживания, а срок эксплуатации очень велик. Правила расчета выходной частоты вращения вала и крутящего момента - такие же, как для цилиндрических редукторов.

Червячные редукторы: общие сведения

В основе механики работы червячного редуктора лежит идея передачи крутящего момента с винта особой резьбы на зубчатое колесо.

При этом в ходе работы механизма образуются значительные показатели силы трения между поверхностями червяка и зуба приводного механизма вала.

В результате устройство выделяет большое количества тепла, требует особых условий охлаждения, имеет низкую наработку на отказ.

С течением времени из-за разрушения элементов привода возможно возникновения люфтов и увеличение выделения тепла.

К достоинствам червячного редуктора относятся:

• плавность хода выходного вала;
• большие передаточные коэффициенты;
• для выполнения поставленных перед некоторыми механизмами задач полезно свойство самоторможения редуктора: вал невозможно прокрутить при отключенном приводе.

Есть у червячного редуктора весомый список недостатков. Кроме уже упомянутых (значительное выделение тепла, низкий срок службы), к ним относятся:

• сниженный коэффициент полезного действия, который падает в ходе эксплуатации из-за износа механики;
• необходима точная регулировка и настройка.

Червячный редуктор требует отдельного крепления при установке для гарантии отсутствия паразитных разнонаправленных сил, действующих на выходной и входной валы. Если это условие не соблюдено - срок службы устройства может быть снижен по сравнению с задекларированным производителем.

Где применяют червячные редукторы

Червячные редукторы чаще всего используются в механизмах, где требуется передача незначительной мощности при большом коэффициенте преобразования. Например, устройства со слабыми высокооборотистыми двигателями, обеспечивающие малое количество ходов или оборотов исполнительного органа.

Множество механизмов могут требовать низкой угловой скорости поворота выходного вала. В этом случае червячный редуктор будет идеален. Он гарантирует значительный крутящий момент на выходе, а благодаря огромному передаточному числу - количество оборотов на выходе весьма мало. Это могут быть приводы ворот, различные подъемники рычажной конструкции.

Для решения некоторых задач может быть полезным особенность червячных редукторов, которая состоит в изменении направления выходного вала относительно входного на 90 градусов. Этот показатель никогда не изменяется.

Отдельно стоит отметить комбинированные зубчатые редукторы. В них осуществляется двойное преобразование: предварительное с помощью цилиндрической схемы и окончательное - червячной передачей. Этим достигается еще больший коэффициент преобразования для самых низких показателей угловой скорости выходного вала.

Планетарный редуктор: общие сведения

Конструкция планетарного редуктора позволяет ему работать в двух режимах: в роли жесткого преобразователя механической энергии и в модели суммирующего механизма, который отбирает крутящий момент от двух приводов. К достоинствам планетарного редуктора относятся:

• компактность;
• универсальность применения выходного крутящего момента, как для привода валов, так и для передачи вращения шестерням;
• малый вес;
• высокий коэффициент полезного действия.

К недостатку планетарного редуктора относится его высокая стоимость. Это обусловлено как большим количеством деталей в составе механизма преобразования, так и требованиями высокой точности их изготовления.

Как работает планетарный редуктор

Передача вращения в планетарном редукторе производится от центральной "солнечной" шестерни, которую вращает привод, к внешнему круговому элементу - эпициклу. Коэффициент преобразования зависит от соотношения числа зубьев на солнечной шестерне и планетарных зубчатых колесах.

Схема редуктора представлена на рисунке:

Когда водило, обозначенное зеленым, жестко зафиксировано - планетарный редуктор работает как простой преобразователь механической энергии одного привода. Второй вариант использования заключается во вращении солнечной шестерни и водила от разных источников. При этом энергия суммируется, а расчет итоговой мощности на эпицикле достаточно сложен.

Где применяется планетарный редуктор

Благодаря малым размерам и плавности хода, планетарный редуктор рекомендован для точных механизмов. На массовом рынке предлагается широкий спектр изделий. Доступны редукторы с разным коэффициентом преобразования, которые могут передавать большую мощность, снижая угловую скорость выходного устройства. Это может быть крайне полезным в металлообрабатывающих станках.

Хорошие результаты показывают планетарные редукторы в различных подъемниках и транспортерах. Они способны обеспечить плавное изменение мощности при незначительных бросках нагрузки на приводе. Для обеспечения высокой мощности транспортеров можно применять дополнительные приводы с планетарными редукторами в режиме суммирования, которые смогут обеспечить создание длинных высоконагруженных транспортеров или подъемников.

Заключение

Полезность того или иного редуктора для создания конкретного устройства всегда оценивается индивидуально. Цилиндрические - способны удовлетворить большинство потребностей. Однако отраслей, где крайне полезными будут червячные или планетарные редукторы - также достаточно много.