Что такое редуктор

Классификация, основные параметры редукторов

В зависимости от типа зубчатой передачи редукторы бывают цилиндрические, конические, волновые, планетарные, глобоидные и червячные. Широко применяются комбинированные редукторы, состоящие из нескольких совмещенных в одном корпусе типов передач (цилиндро-конические, цилиндро-червячные и т.д.).

Конструктивно редукторы могут передавать вращение между перекрещивающимися, пересекающимися и параллельными валами. Так, например цилиндрические редукторы позволяют передать вращение между параллельными валами, конические — между пересекающимися, а червячные — между пересекающимися валами.

Общее передаточное число может достигать до нескольких десятков тысяч, и зависит от количества ступеней в редукторе. Широкое применение нашли редукторы, состоящие из одной, двух или трех ступеней, при чем они могут, как описывалось выше, совмещать разные типы зубчатых передач.

Ниже представлены наиболее популярные виды редукторов, серийно выпускаемые промышленностью.

avtoexperts.ru

Многие автомобилисты знают, что в конструкции трансмиссии их машины есть редуктор. Но о том, что это за механизм, как он устроен, какие функции выполняет в зависимости от размещения, какие для него характерны неисправности и как их исправлять, осведомлены немногие. Сегодня мы расскажем обо всех особенностях автомобильного редуктора.

Назначение и устройство редуктора

Свое название этот узел трансмиссии автомобиля получил от английского глагола to reduce (уменьшать). Назначение редуктора – принимать на себя крутящий момент от коленвала двигатели и, уменьшив его, передавать далее узлам трансмиссии (межосевому дифференциалу, который распределяет момент на ведущие колеса в определенной пропорции). В зависимости от того, где он установлен, различают редуктор переднего и заднего мостов. В переднеприводных автомобилях применяется редуктор переднего моста, который интегрирован в коробку передач, а в заднеприводных машинах этот узел установлен на задней оси. В полноприводных автомобилях применяют два редуктора – передний расположен в КПП, а задний – на оси, оба редуктора соединены между собой при помощи карданного вала.

Механизм редуктора выглядит следующим образом:

Если главная передача отвечает за получение крутящего момента, уменьшение или увеличение его, то межколесный дифференциал, помимо распределения полученного от редукторной передачи крутящего момента между колесами, регулирует скорости вращения колес при поворотах автомобиля. Когда автомобиль поворачивает, то внешнее колесо получает больше крутящего момента, а внутреннее – меньше. Без дифференциала такая операция была бы невозможна.

В зависимости от того, каким образом соединены зубцы ведущей и ведомой шестерен, выделяют четыре типа редукторных передач:

Главная характеристика редуктора – передаточное число, отражающее отношение угловой скорости ведущего вала к угловой скорости ведомого вала. Редукторы с высоким передаточным числом устанавливаются на трансмиссии автомобилей, обладающих большой снаряженной массой. Такие машины передвигаются с небольшой скоростью, но обладают большей грузоподъемностью. Редукторы с низким передаточным числом устанавливают на трансмиссии машин с небольшой снаряженной массой, что обеспечивает их высокую скорость движения. Передаточное число редуктора определяется по количеству зацеплений ведущей шестерни с ведомой. Например, если передаточное число равно 5.1, то за один оборот ведущей шестерни ведомая войдет с ней в зацепление и выйдет из него 5 целых и 1 десятую раза.

Назначение и конструкция редуктора

Зубчатый редуктор – это механизм, состоящий из одной или нескольких зубчатых передач, смонтированных в едином жестком закрытом герметично корпусе, и предназначенный для понижения угловых скоростей и увеличения вращающих моментов в направлении потока мощностей.

На рис. 1 в качестве примера приведена конструкция одноступенчатого редуктора. Внутри корпуса 1 и крышки редуктора 2, имеющих горизонтальную плоскость разъема, размещена цилиндрическая косозубая зубчатая передача. Корпус и крышка редуктора воспринимают усилия, возникающие при работе зубчатой

Рис. 1.

Общий вид редуктора

передачи, поэтому их конструкция должна быть достаточно прочной и жесткой. Взаимное положение корпуса и крышки фиксируется штифтами 3. Для восприятия нагрузок и предотвращения раскрытия стыка (фланцевого соединения) корпуса и крышки редуктора они соединяются винтами 4. Наиболее ответственными являются винты, расположенные около расточек под подшипники. Для повышения жесткости корпус редуктора выполняют с ребрами жесткости, расположение которых согласовывается с направлением усилий, деформирующих корпус. Ребра увеличивают также поверхность охлаждения редуктора. Конфигурация редуктора должна удовлетворять требованиям простоты геометрических форм и технологичности .

Во время работы редуктора масло внутри корпуса нагревается, что может привести к повышению давления и утечке его через разъем корпуса редуктора и уплотнения валов 5, 6. Для предотвращения этого можно применить оддушину с фильтром 7, объединенных с крышкой 8 смотрового отверстия.Слив масла из корпуса редуктора производится через сливное отверстие, закрытое стандартной пробкой 9. Под пробку с цилиндрической резьбой устанавливается уплотняющая прокладка 10.

В корпусе редуктора установлен жезловой маслоуказатель 11, позволяющий контролировать уровень заливки масла.

Назначение смазки узлов редуктора состоит в снижении потерь на трение, уменьшении износа контактирующих поверхностей, удаление продуктов износа из зоны контакта, охлаждении деталей и предохранении их от коррозии. Кроме того, слой смазки между поверхностями контакта зубьев уменьшает динамические нагрузки, что способствует снижению уровня шума и вибрации.

Система смазки зубчатой передачи и подшипников в редукторе общего назначения может быть общей или раздельной.

Раздельная смазка применяется при окружных скоростях зубчатых колес передачи меньше 1 м/с. В этом случае подшипники 12, 13 смазываются консистентной смазкой, а зубчатые колеса – окунанием в масло. Полость подшипников должна быть отделена от внутренней части редуктора защитной мазеудерживающей шайбой. Смазка закладывается в подшипниковый узел при сборке так, чтобы она заполнила не более 2/3 свободного объема подшипникового узла.

Общая система смазки применяется при окружных скоростях зубчатых колес от 1 до 12 м/с. В этом случае зубчатые колеса смазываются также окунанием (картерная смазка). Смазка подшипников качения осуществляется разбрызгиванием масла зубчатыми колесами. В некоторых случаях подшипники качения приходится защищать от избытка масла и продуктов износа, вытесняемых из зоны зацепления передачи. Для этого на валу перед подшипником у зоны зацепления устанавливают маслоотражательное кольцо 14. Зазор между кольцом и расточкой в корпусе должен быть достаточным для доступа брызг масла и масляного тумана к подшипнику.

Уплотнения 5 и 6 входного и выходного валов редуктора предназначены для предотвращения вытекания масла из корпуса, а также для защиты от попадания грязи внутрь корпуса. Выбор типа уплотнения определяется в основном видом смазки и окружной скоростью вала.

Входной вал редуктора 15 по конструктивным соображениям выполнен как одно целое с шестерней (вал – шестерня), зубчатое колесо 16 на выходном валу 17 устанавливают с применением призматической шпонки 18. Опорами валов служат радиальные шарикоподшипники 12, 13. Так как расстояние между опорами невелико, в редукторе применена установка подшипников «враспор». Снаружи подшипники закрыты крышками 19, 20, 21, 22 которые фиксируют осевое положение вала относительно корпуса.

Подъем и транспортировка редуктора, а также крышки 2 и корпуса 1 осуществляется с помощью проушин.

Достоинства и недостатки передач в зависимости от типа зубьев

А. Колеса прямозубые

Это наиболее распространенная разновидность зубчатых колес. Их зубья располагаются в плоскостях перпендикулярных по отношению оси вращения, а линия соприкосновения зубьев у шестерни проходит, наоборот, параллельно этой оси. Колеса с прямыми зубьями обладают наименьшей стоимостью, но они обеспечивают крутящий момент, максимальное значение которого немного меньше, чем могут создавать косозубые или шевронные. Кроме того, шестерни с такими зубьями больше шумят, чем шестерни с более сложными по форме зубьями.

Б. Косозубые и кривозубые колеса

Они представляют собой усовершенствованный вариант прямозубой шестерни. У них зубья расположены, если сравнивать с прямыми зубьями, под наклоном (или по кривой линии, в случае кривозубых колес), образуя подобие винтовой линии.

Преимущества

Зацепление колес происходит менее шумно, более эффективно и плавно, если сравнивать со случаем, когда используется прямозубый вариант шестерни. Площадь соприкосновения также больше, чем у прямозубой передачи, поэтому и значение максимального передаваемого момента также повышено.

Недостатки

Во время работы косозубого/кривозубого колеса появляется механическое усилие, сдвигающее его по оси, поэтому вал должен устанавливаться только с применением упорных подшипников, для предотвращения его горизонтального смещения. Увеличение площади соприкосновения зубьев ведет также к возрастанию силы трения между зубьями, что в свою очередь является причиной появления дополнительных потерь мощности и нагрева цилиндрического редуктора, а также снижения его кпд. Для уменьшения указанных негативных явлений и их компенсации требуется применение специальных смазочных материалов. Косозубые/кривозубые колеса применяют в основном там, где требуется передача значительных крутящих моментов особенно, если вал вращается с очень большой скоростью, и есть ограничения по степени шумности, которую создает соосный цилиндрический редуктор.

В. Шевронные колеса

Изобретение этих колес нередко приписывают французскому предпринимателю Ситроену, хотя он просто смог во время оценить и выкупить права на соответствующий патент у польского малоизвестного сегодня механика-самоучки. Зубья шевронных колес, если смотреть на них сверху, похожи по форме на английскую букву «V». Они могут выполняться либо как цельные детали, либо получаться за счет стыковки пары колес косозубого типа.

Применение шевронных колес позволяет решить проблему возникновения на валу осевой силы, так как направленные в разные стороны усилия, действующие на обе части таких колес компенсируют взаимно друг друга. В результате отпадает необходимость в упорных подшипниках, так как передача с использованием шевронных колес является самоустанавливающейся и не имеющей тенденции к появлению осевых сдвигов. Поэтому сборка цилиндрического редуктора, оснащенного шевронными колесами, выполняется с креплением одного из валов с помощью плавающих опор (например, с использованием подшипников с цилиндрическими роликами).

Что дает наличие у редуктора нескольких ступеней передачи?

В зависимости от количества ступеней цилиндрический зубчатый редуктор называется:

• одноступенчатым;
• двухступенчатым;
• трёхступенчатым;
• многоступенчатым.

Как рассчитать передаточное число

Шестерня и колесо имеют разное количество зубов с одинаковым модулем и пропорциональный размер диаметров. Передаточное число показывает, сколько оборотов совершит ведущая деталь, чтобы провернуть ведомую на полный круг. Зубчатые передачи имеют жесткое соединение. Передающееся количество оборотов в них не меняется. Это негативно сказывается на работе узла в условиях перегрузок и запыленности. Зубец не может проскользнуть, как ремень по шкиву и ломается.

Расчет без учета сопротивления

В расчете передаточного числа шестерен используют количество зубьев на каждой детали или их радиусы.

Где u12 – передаточное число шестерни и колеса;

Z2 и Z1 – соответственно количество зубьев ведомого колеса и ведущей шестерни.

Знак «+» ставится, если направление вращения не меняется. Это относится к планетарным редукторам и зубчатым передачам с нарезкой зубцов по внутреннему диаметру колеса. При наличии паразиток – промежуточных деталей, располагающихся между ведущей шестерней и зубчатым венцом, направление вращения изменяется, как и при наружном соединении. В этих случаях в формуле ставится «–».

При наружном соединении двух деталей посредством расположенной между ними паразитки, передаточное число вычисляется как соотношение количества зубьев колеса и шестерни со знаком «+». Паразитка в расчетах не участвует, только меняет направление, и соответственно знак перед формулой.

Обычно положительным считается направление движения по часовой стрелке. Знак играет большую роль при расчетах многоступенчатых редукторов. Определяется передаточное число каждой передачи отдельно по порядку расположения их в кинематической цепи. Знак сразу показывает направление вращения выходного вала и рабочего узла, без дополнительного составления схем.

Вычисление передаточного числа редуктора с несколькими зацеплениями – многоступенчатого, определяется как произведение передаточных чисел и вычисляется по формуле:

Способ расчета передаточного числа позволяет спроектировать редуктор с заранее заданными выходными значениями количества оборотов и теоретически найти передаточное отношение.

Зубчатое зацепление жесткое. Детали не могут проскальзывать относительно друг друга, как в ременной передаче и менять соотношение количества вращений. Поэтому на выходе обороты не изменяются, не зависят от перегруза. Верным получается расчет скорости угловой и количества оборотов.

КПД зубчатой передачи

Для реального расчета передаточного отношения, следует учитывать дополнительные факторы. Формула действительна для угловой скорости, что касается момента силы и мощности, то они в реальном редукторе значительно меньше. Их величину уменьшает сопротивление передаточных моментов:

• трение соприкасаемых поверхностей;
• изгиб и скручивание деталей под воздействием силы и сопротивление деформации;
• потери на шпонках и шлицах;
• трение в подшипниках.

Для каждого вида соединения, подшипника и узла имеются свои корректирующие коэффициенты. Они включаются в формулу. Конструктора не делают расчеты по изгибу каждой шпонки и подшипника. В справочнике имеются все необходимые коэффициенты. При необходимости их можно рассчитать. Формулы простотой не отличаются. В них используются элементы высшей математики. В основе расчетов способность и свойства хромоникелевых сталей, их пластичность, сопротивление на растяжение, изгиб, излом и другие параметры, включая размеры детали.

Что касается подшипников, то в техническом справочнике, по которому их выбирают, указаны все данные для расчета их рабочего состояния.

При расчете мощности, основным из показателей зубчатых зацепления является пятно контакта, оно указывается в процентах и его размер имеет большое значение. Идеальную форму и касание по всей эвольвенте могут иметь только нарисованные зубья. На практике они изготавливаются с погрешностью в несколько сотых долей мм. Во время работы узла под нагрузкой на эвольвенте появляются пятна в местах воздействия деталей друг на друга. Чем больше площадь на поверхности зуба они занимают, тем лучше передается усилие при вращении.

Все коэффициенты объединяются вместе, и в результате получается значение КПД редуктора. Коэффициент полезного действия выражается в процентах. Он определяется соотношением мощности на входном и выходном валах. Чем больше зацеплений, соединений и подшипников, тем меньше КПД.

Межосевой дифференциал

Например, автомобиль повернул – внешнее колесо получило больший крутящий момент, внутреннее – меньший. При этом ведущая ось работает вся — оба колеса на оси работают вместе, с чем долго не могли справиться автопроизводителя порядка 80-ти лет назад.
Вот для чего принято использовать дифференциал в автомобилях:

• 1) Корпус и сальники – применяется с целью обеспечения устойчивости шестерней к повреждениям.
• 2) Шестерни – сателлиты – чаще всего в структуре их три и две из них располагаются они параллельно по отношению друг к другу, а третья – перпендикулярно. Перпендикулярную шестерню сообщается с ведомой. Сателлиты необходимы для передачи крутящего момента с ведомой шестерни на шестерни полуосей.
• 3) Шестерни полуосей (колесные) – передача крутящего момента на валы колесных осей.
• 4) Подшипники – отвечают за вращение валов колес и уменьшение трения между составными элементами.

фото редуктор Цилиндрическая косозубая передача.

Цилиндрические редукторы

Цилиндрические редукторы являются самыми популярными в машиностроении. Они позволяют передавать достаточно большие мощности, при этом КПД достигает 95%. Вращение передается между параллельными или соосными валами. Передаваемая мощность зависит от типоразмера редуктора. В цилиндрических редукторах применяются передачи, состоящие из прямозубых, косозубых или шевронных зубчатых колес. Количество цилиндрических передач напрямую влияет на передаточное отношение. Например, одноступенчатый редуктор может иметь передаточное число 1,5 до 10, две ступени — от 10 до 60, а три ступени — от 60 до 400.

Кинематические схемы наиболее распространенных видов цилиндрических редукторов представлены на рисунке ниже:

А) — Простой одноступенчатый цилиндрический редуктор
Б) – Двухступенчатый редуктор цилиндрический с несимметричным расположением зубчатых колес
В) – Трехступенчатый цилиндрический редуктор, входной вал быстроходной передачи изготовлен с двумя шестернями
Г) – Соосный цилиндрический редуктор
Д) — Соосный цилиндрический редуктор с симметричным расположением опор относительно тихоходной передачи
Е) — Соосный цилиндрический редуктор с шевронной быстроходной передачей
Ж) — Соосный цилиндрический редуктор с раздвоенной передачей
З) — Соосный цилиндрический редуктор с посаженными на быстроходный вал двумя косозубыми шестернями с противоположенным наклоном зубьев
И) – Трехступенчатый цилиндрический редуктор с раздвоенной быстроходной и тихоходной передачей

Бизнес-портал Кузбасса

Назначение бортового редуктора экскаватора

Предназначение карьерных гусеничных экскаваторов — это погрузка, выгрузка в транспортные средства пород и полезных ископаемых в местах, где проводятся открытые горные работы, а также в схемах циклично-поточной технологии. Работы могут производиться на такой технике, как без предварительного рыхления, так и с предварительным рыхлением при помощи взрыва. Карьерные гусеничные экскаваторы выпускаются специально для различных климатических условий. Их механизмы являются законченными технологическими узлами, за счет чего достигается ремонт таких экскаваторов агрегатным методом.

К базовой модели карьерного гусеничного экскаватора стоит отнести экскаватор ЭКГ-5а, у которого имеется электрическая карьерная лопата полноприводная на гусеничном ходу. У этой гусеничной техники имеется ходовая двухгусеничная тележка, одну из основных частей которой представляет бортовой редуктор экскаватора. Гусеничные ход у него относится к открытому малоопорному типу, имеющему отдельные приводы к каждой из гусениц, что обеспечивает отличную доступность для осмотра и ремонта. Так, в частности, регулярно гусеничные тракторы требуют замены пальцев 1080.02.114, которые соединяют звенья гусениц.

Палец 1080.02.114 и другие запчасти экскаватора

К основным частям экскаватора относятся ковш и рукоять, стрела и вал, а также кузов и электрооборудование, которое включает в себя двигатель, шкаф, командоконтроллер, генератор, токосъемник, блок сопротивления и другое.

Палец 1080.02.114 и бортовой редуктор экскаватора — необходимые запасные части. ЭКГ-5а можно с уверенностью отнести к очень надежной технике. Правильный, своевременный ремонт и регламентные работы этой техники позволяют достичь большого срока ее эксплуатации. Таким образом, ресурс экскаваторов ЭКГ-5а может измеряться десятками лет. Так, при своевременной замене пальцев 1080.02.114, шестерен, подшипников и бортового редуктора экскаватора достигается его бесперебойная работа. Ему по силам разрабатывать породы предварительно разрыхленные с объемной массой больше двух тонн на кубометр. ЭКГ-5а работает при температурах окружающей среды от -40 до +40 градусов по Цельсию.

Выбор запчастей для экскаватора из каталога

Любая техника, включая гусеничный транспорт, требует бережного и своевременного ухода, а также технического обслуживания с одновременной заменой вышедших из строя деталей, агрегатов. Большинство фирм и компаний, занимающихся изготовлением, реализацией запасных частей, пользуются каталогами запчастей экскаватора и другой техники.

Так, в частности, каталог запчастей экскаватора будет включать в себя запасные части для кузова, ходовой части, трансмиссии, для механизмов управления и для рабочего оборудования. Если, к примеру, взять механизмы управления, то к ним относится гидравлическая система, золотник и клапан, пневмосистема, включающая компрессоры, воздухосборник, распределитель и пневносистема кабины.

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.