Цилиндрический редуктор: виды, схемы, ГОСТ, проектирование

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.

Виды мотор-редукторов

Сегодня разработано большое число вариантов мотор-редукторов, различающихся типом двигателя, принципом построения механической части и общей геометрией. Практически все возможные комбинации присутствуют в каталогах производителей.

По виду механического зацепления подразделяют цилиндрические, конические, червячные и планетарные модели. По взаимному расположению входного и выходного валов рассматривают соосные, параллельные и угловые варианты. Исходя из передаваемых мощностей выделяют модули обычного размера и мини мотор-редукторы. По типу присоединения к процессу, встречаются варианты с одно- и двухсторонним валом, а также с полым выходным валом.

Цилиндрические мотор-редукторы

Агрегаты, использующие классические цилиндрические редукторы получили большое распространение, благодаря простоте, надежности и универсальности механической части устройства. Их использование возможно в широком спектре оборудования. В зависимости от общей конструкции, цилиндрические мотор-редукторы выполняются с соосными или параллельными валами. Количество ступеней может варьироваться от одной до шести.

По способу расположения шестерен и общей компоновке выделяют горизонтальные и вертикальные модели. Такие устройства характеризуются высоким КПД, долговечностью и относительно невысокой стоимостью. В отличие от многих других вариантов, цилиндрические редукторы обычно не допускают произвольного расположения в пространстве, что значительно ограничивает их область применения.

Конические мотор-редукторы

Устройства, собранные на основе конических шестерен, позволяют построить угловой конический мотор-редуктор. Его главной особенностью будет перпендикулярное расположение входного и выходного валов. Это ориентирует их на использование в устройствах, требующих смены направления осей. Также конические модели выгодно устанавливать в конструкциях, предъявляющих ограничение по одному из габаритных размеров устройства. Редукторы данного типа отличаются более высокой стоимостью, в виду значительной сложности изготовления отдельных деталей. Передаточное отношение конических моделей обычно невелико. Для его повышения, коническую и цилиндрическую передачи часто комбинируют, результатом чего становится коническо-цилиндрический мотор-редуктор.

Червячные модели

Сегодня, огромную популярность приобрели червячные одноступенчатые мотор-редукторы. В качестве механической передачи в них используется червячная пара. Она обеспечивает высокое передаточное отношение при сравнительно небольших габаритах. Благодаря этому стоимость червячных моделей ниже аналогов с иной конструкцией. Среди других особенностей следует выделить перпендикулярное расположение валов и самостоятельное затормаживание механизма при отсутствии внешнего поступления энергии.

В отличие от цилиндрических и конических моделей, приложение усилия к выходному валу не приведет к проворачиванию механизма. Благодаря этому такие редукторы часто используют в ответственных решениях и подъемно-транспортных устройствах. Червячные редукторы обычно не требовательны к положению установки. Благодаря герметичному корпусу их можно располагать произвольным образом, вследствие чего эти модели активно применяются для модернизации привода станков, промышленных линий и других механизмов. Среди недостатков червячных моделей обычно выделяют небольшой КПД и повышенное тепловыделение.

Планетарные и волновые мотор-редукторы

Благодаря компактности и высоким рабочим моментам, планетарные мотор-редукторы нашли широкое использование в небольших устройствах привода. Высокое передаточное отношение и способность работать с большими нагрузками, ориентирует их на использование совместно с серводвигателями промышленных роботов и других автоматических устройств. Встречаются планетарные модели и общепромышленного применения. Благодаря особенностям конструкции зубчатой передачи, данные модели мотор-редукторов выполняются с соосными валами. Это позволяет их использовать для привода практически любых механизмов.

Дальнейшим развитием планетарных передач стали волновые редукторы. Они обеспечивают большое передаточное отношение, плавность хода и высокую точность позиционирования выходного вала. Благодаря этому такие модели стали основой построения промышленных роботов. Наряду с высокими характеристиками, данные типы передач отличаются высокими требованиями к изготовлению, а, следовательно, и высокой стоимостью, что существенно сдерживает распространение данных моделей.

Корпуса редукторов

Цилиндрический редуктор при его серийном производстве снабжается, как правило, литым корпусом стандартизованного размера с использованием литейного чугуна или литейных сталей. Спецификация на эти материалы приведена в соответствующих регламентирующих отраслевых документах и ГОСТ. В тех случаях, когда требуется получить конструкцию небольшого веса, применяют корпуса из легких сплавов.

При штучном производстве чаще всего используют корпуса сварные, что позволяет реализовывать конструктивные решения, расчет и проектирование которых проводились по индивидуальному заказу.

Это интересно: Инструкция по тюнингу ГБЦ

На корпусах редукторов, как правило, имеются места для крепления в виде «ушей» и/или «лап», с помощью которых их можно передвигать и крепить по месту установки, используя сборочный чертеж на автомобиль. На выходной части валов устанавливают уплотнения для того, чтобы исключить вытекание масла. С внешней стороны корпуса редукторов могут иметь дополнительные конструкционные элементы, препятствующие увеличению внутреннего давления редуктора, которое может возникать при его нагреве в процессе работы.

Принцип работы одноступенчатого редуктора

Он достаточно прост для понимания. В таком механизме через расположенную на одном валу звездочку меньшего размера на установленную на другом валу, имеющую больший размер, через зубья передается вращательное движение. Эффект снижения количества оборотов в минуту достигается за счет разницы в диаметре звездочек. Длина круга, который очерчивает в процессе движения первая, существенно меньше того, который очерчивает вторая, поэтому большая звездочка вращается медленней.

Этот тип редуктора является самым простым. Отличается от прочих он тем, что передача движения производится через одно звено, а не через несколько, при этом входящее и исходное вращения имеют противоположные направления.

Читать также: Станок для производства арболита своими руками

Передача крутящего момента может производиться и с использованием червячного механизма, но при этом на передаточное число влияет диаметр «червяка».

Особенности конструкции

Основой любого редуктора считается зубчатое зацепление, передающее вращательный момент и изменяющее число оборотов вала. Для цилиндрических зацеплений специфична возможность вращаться туда и обратно. Если понадобится ведомый вал с колесом подсоединяется к двигателю и становится ведущим. Они в этой конструкции размещены параллельно, вертикально и горизонтально. Устройство цилиндрических редукторов может быть самое различное, но оно в первую очередь включает в собственную конструкцию:

ведущий;
ведомый вал;
шестерню;
колесо;
подшипники;
корпус;
крышки;
систему смазки.

В простейшем одноступенчатом редукторе одна пара находится в зацеплении – шестерня и колесо. Если ступенек 2 и больше, исходя из этого возрастает численность деталей. Появляются промежуточные оси. Для изменения направления вращения, в кинематическую схему включают паразитку, переходную шестерню с количеством зубьев как у ведущей.

Корпус и крышка отливаются из чугуна или выполняются сварными из низкоуглеродистого листа толщиной 4 – 10 мм в зависимости от габаритов и мощности узла. Сварными делают небольшие редуктора. Другие имеют крепкий литой корпус.

Характеристика цилиндрических редукторов

Кол-во зацеплений, вид зуба и обоюдное расположение валов для всех видов оборудования описывает ГОСТ Редукторы цилиндрические. В нем указаны типоразмеры всех деталей, которые используют в цилиндрических редукторах при самых разных количествах ступенек. Максимальное передаточное число одной пары 6,5. Общее многоступенчатого редуктора может быть до 70.

Более чем у цилиндрического редуктора может быть передаточное число у передачи червячным методом,оно достигает 80. При этом они небольшие, но применяются нечасто из-за невысокого КПД. У цилиндрических одноступенчатых редукторов КПД 99 – 98%, очень высокий из всех вариантов передач.Отличительны червячные и цилиндрические редукторы расположением валов. Если у цилиндрических они параллельные, то червяк размещается к колесу под угол. Стало быть валы ведущий и ведомый выходят из перпендикулярно размещенных стенок находящихся по бокам корпуса.

Для смазки достаточно залить масло в поддон, чтобы находящиеся снизу шестерни в него частично погрузились. Во время вращения зубья захватывают масло и разбрызгивают его на прочие детали.

Проектирование и порядок расчета

Расчет грядущего редуктора начинается с определения передаточного момента и подборки его из нормированных пар. После чего уточняются диаметры деталей и межосевое расстояние валов. Составляется кинематическая схема, устанавливается идеальная форма корпуса и крышки, номера подшипников. В сборочный чертеж входит кинематическая схема двухступенчатого редуктора, смазочная система и способы ее контроля, типы подшипников и места их установки.

ГОСТ 16531-83 описывает все допустимые виды и типоразмеры зубчатых колес, которые используют в цилиндрических редукторах с указыванием модуля, количества зубьев и диаметра. По размерам шестерни выбирается вал. Его крепость рассчитывается с учетом вращательного момента на скручивание и изгиб. Устанавливается самый маленький размер, умножается на прочностный коэффициент. После подбирается ближний больший нормализованный размер вала. Шпонка рассчитывается исключительно на срез и выбирается подобно.

По диаметру вала подбирается подшипник. Его вид устанавливается направлением зуба. При косозубой передаче ставят упорные, намного дорогие. Прямозубая передача не нагружает их в осевом направлении, и однорядные шарикоподшипники работают по паре тысяч часов.

Сборочная схема указывается на чертеже внизу и детально расписывается в технологичной документации, которая предоставляется в производство одновременно с чертежами. На главном чертеже с общим видом в таблице указываются технические свойства редуктора, которые после переносятся в паспорт:

кол-во ступенек;
передаточное число;
число оборотов ведущего вала;
мощность на выходе;
КПД;
размеры;
вес.

Дополнительно могут указываться вертикальное расположение зацепления, направление вращение вала и вариант установки: фланцевый или на лапах.

Разновидности корпусов

Наиболее распространены корпуса из высокопрочного чугуна, стали или сплавов металлов, имеющих сниженный вес. Они производятся серийно методом литья в стандартных типоразмерах. Стальные и чугунные корпуса отличаются повышенной прочностью. Но если требуется существенно облегчить вес механизма, то может использоваться авиационный алюминий.

При единичном производстве или необходимости выполнения устройства в нестандартных размерах корпуса изготавливаются методом сварки. Это позволяет воплотить требуемые инженерные задумки.

Корпуса оснащаются местами для надежной фиксации по типу «ла» или «уши». Они помогают закрепить устройство согласно с разработанной схемой. На выходе наружных валов должны быть обязательно предусмотрены уплотнители. Их задача заключается в предотвращении вытекания смазочного материала (масла). С наружной стороны при необходимости имеются инжекторы, они уменьшают давление, образующееся внутри защитного корпуса.

Классификация цилиндрических редукторов

Слово «редуктор» (от лат. reductor) переводится как «отводящий/приводящий назад». То есть уже исходя из названия можно определить задачу данного механизма.

Цилиндрический горизонтальный редуктор представляет собой устройство, которое изменяет крутящий момент, а также мощность мотора. Устанавливается он почти на все автомобили. Это составной элемент трансмиссии, который регулирует перемещение в высокоточных приборах. Как выглядит данный механизм? Он выполнен в виде одного либо нескольких зубчатых зацеплений, которые взаимодействуют друг с другом, чтобы понизить обороты мотора до нужной скорости вращения исполняющего узла.

Цилиндрические горизонтальные редукторы подразделяются на несколько видов в зависимости от количества ступеней, типа колес и резьбы. Далее разберем каждую из классификаций подробно.

По типу зубьев колес цилиндрические горизонтальные редукторы подразделяются на:

прямозубые;
косозубые;
криволинейные;
шевронные.

Проще всего изготовить прямозубые колеса, но их уровень шума окажется выше, чем у косозубых и шевронных. Более того, ресурс механизма данного типа будет небольшим по причине постоянных ударов во время соприкосновения пар зубьев: из-за сильной вибрации детали быстро изнашиваются.

Цилиндрический горизонтальный косозубый редуктор имеет более сложную конструкцию. Но и эксплуатационные характеристики у него лучше: уровень шума низкий, небольшой износ, плавный ход. Единственный минус — возникает осевая сила, пагубное воздействие которой приходится как-то нивелировать.

Следующий шаг, который сделали инженеры, – усовершенствовали косозубое колесо, создав криволинейный редуктор. Его эксплуатационные характеристики наиболее высоки, однако производство данного типа колес считается достаточно сложным, ведь необходимо использовать спецоборудование.

Чтобы устранить главный минус косозубых колес — осевую силу, приходится устанавливать на валу второе точно такое же колесо, зубья которого наклонены в другую сторону. В результате осевые силы компенсируются двумя половинами колеса, оно называется шевронное. Если на автомобиле используется такой механизм, ход будет максимально плавный. Главная особенность шевронных колес — больший угол зубьев по сравнению с косозубыми цилиндрическими горизонтальными редукторами.

Валы в редукторах могут располагаться относительно друг друга следующим образом:

оси валов параллельны;
оси валов перекрещиваются.

На большей части редукторов валы расположены параллельно.

В зависимости от количества ступеней редукторы подразделяются на следующие виды:

одноступенчатые цилиндрические горизонтальные редукторы;
двухступенчатые;
трехступенчатые;
многоступенчатые.

Как выбрать, сколько ступеней должно быть? Это определяется передаточным числом, которое должно обеспечиваться редуктором. В зависимости от компоновки ступеней положение входного и выходного валов относительно друг друга может быть различным. Для большей наглядности ниже приведено изображение трехступенчатого цилиндрического горизонтального редуктора.

Цилиндрическая передача, в свою очередь, может быть:

развернутая;
раздвоенная;
соосная.

Развернутая цилиндрическая передача встречается наиболее часто из-за универсальности деталей механизма. К примеру, шестерни и зубчатые колеса подойдут на несколько видов редукторов. А значит, компания-производитель сэкономит на их изготовлении.

Раздвоенная цилиндрическая передача подходит для тихоходной и быстроходной ступеней. Оптимальное решение – именно быстроходная ступень, ведь в этом случае получится сделать промежуточный вал в виде «вала-шестерни», а также плавающий быстроходный вал. В случае с раздвоенной схемой она «разносится» благодаря тому, что применяются косозубые передачи, в итоге получается шевронный механизм.

Если цилиндрическая передача соосная, значит, входной и выходной валы размещены на одной оси. Размер и вес таких механизмов примерно такой же, как у редукторов с развернутой схемой. В данном случае быстроходная ступень недонагружена, а тихоходная перегружена.

Использование цилиндрических редукторов

Назначение редуктора – понижение числа оборотов мотора и увеличение мощности на выходном валу. Сборка цилиндрического редуктора не представляет трудности. По самому центру отверстий проходит разъем корпуса и крышки. Подшипники насаживаются на валы, ставятся в приготовленные гнезда и подпираются с наружной стороны крышками.

Колеса и шестерни крепят на валы при помощи шпонок.

Для регулировки межосевого расстояния нужно с высокой точностью делать расточку корпуса.

Техническое обслуживание редукторов обычное. Нужно постоянно доливать масло, иногда менять его. Детали, размещенные в середине, рассчитаны на продолжительную эксплуатацию в течение как минимум 10 лет.

Прокатное и кузнечно-прессовое оборудование не сможет работать без редукторов. В данной сфере популярно много разновидностей редукторов. Прямозубые стоят на кранах. Мощные шевронные вращают кривошипные прессы, вальцы, манипуляторы, подающие металл.

Прокатные т-правильные станы работают исключительно благодаря клетям, передающим вращение мотора на валки и рабочие узлы.

Под каждым капотом скрывается коробка скоростей. На каждом станке есть редуктор или несколько. Небольшие передачи установлены в электрифицированном инструменте и регулируют частота вращения шпинделя дрели, угловые шлифовальные машины и фрезера.

Цилиндрический редуктор

Цилиндрический редуктор — это одна из самых популярных разновидностей редукторов. Он, как и все редукторы, служит для изменения скорости вращения при передачи вращательного движения от одного вала к другому.

Именно редукторный привод один из наиболее распространенных видов приводов современных механических систем общепромышленного применения. Более ста лет назад перед нашей промышленностью стояла задача обеспечить нужды страны в цилиндрических редукторах. С этим успешно справлялись открывающиеся заводы. В настоящее время выпуск качественной и надежной продукции обеспечивается мощной производственной базой. Сейчас производят различные типы продукцией: цилиндрический редуктор одно-, двух-, и трехступенчатый.

От работоспособности и ресурса цилиндрического редуктора во многом зависит обеспечение требуемых функциональных параметров и надежности машины в целом. Показатели долговечности и надежности элементов привода и, в частности, редукторов и мотор-редукторов, зависят от обоснованного выбора самого редуктора при проектировании машины, т.е. соответствия этого выбора действующей нормативной документации (НД). Неправильный выбор редуктора снижает его рыночную конкурентоспособность, нанося ущерб производителю, и может привести к значительным экономическим потерям потребителя машиностроительной продукции из-за внеплановых простоев, роста ремонтных затрат и пр. Одно из важнейших требований обеспечения конкурентоспособности цилиндрического редуктора — наилучшее соответствие его паспортных характеристик реальным эксплуатационным условиям нагружения и работы привода машины.

Редуктор (от лат. reductor — отводящий назад, приводящий обратно) — это механизм, входящий в приводы машин и служащий для снижения угловых скоростей ведомого вала с целью повышения крутящих моментов. В редукторах применяют зубчатые передачи, цепные передачи, червячные передачи, а также используют их в различных сочетаниях — червячные и зубчатые, цепные и зубчатые и т.п. Существуют комбинированные приводы, в которых редуктор компонуют с вариатором. Редуктор используют в транспортных, грузоподъёмных, обрабатывающих и др. машинах. Главными характеристиками редукторов служат коэффициент полезного действия (КПД), мощность, передаточное отношение, угловые скорости валов, количество ступеней и передач и др.

Ещё в глубокой древности применялся принцип редукторов — увеличение приложенной силы или тяги. Эта идея механической передачи приложенного усилия восходит от изобретения колеса. Каким образом функционирует простая передача? Два колеса соприкасаются с собой ободами. Большое колесо делает оборотов меньше, по сравнению с меньшим. Когда колесо поменьше — становится ведущим, то крутящийся момент передачи получается больше, потеряв в скорости угловой. Для подъемов огромных грузов подобная передача применяется часто. Установив зубчатые колёса вместо гладких, получим передачу тяги и усилия более производительной. Вот так в человеческой жизни начали появляться редукторы. С появлением паровой машины возникла необходимость в передаче еще больших мощностей. Соответственно, потребовалось конструировать металлические редукторы. К 1850 г. ткацкие станки с механическим приводом были уже втрое производительнее ручных станков. Более дешевая энергия дала возможность повысить быстродействие станков, и это укрепило их экономическое преимущество. Паровой двигатель был достаточно мощным, чтобы приводить в движение несколько текстильных станков, и соответствующие станки приходилось размещать вокруг двигателя. Паровой двигатель также сделал возможным размещение производств не только у воды, а там, где были уголь, рабочие руки, рынки сбыта и транспорт. Новое время проводило и селекцию самых оптимальных конструкций зубчатых передач — тиражироваться начинали именно те, что давали максимальный экономический эффект. К середине ХIX века, по-видимому, следует отнести появление первых серийных редукторов. Ну а при появлении во второй половине XIX века электрического привода, бензиновых и дизельных двигателей означало разработку редукторов с заданными параметрами. Зубчатые механизмы предназначались для передачи вращательного движения от высокооборотных двигателей и преобразования (снижения) его параметров. Даже самые первые электродвигатели и ДВС обладали скоростью и моментом, как правило, не подходящим для использования в технологическом процессе.

Существует много разновидностей редукторов и классифицируются они по типу механических передач: цилиндрический, червячный, конической — цилиндрический.

Принцип действия и область применения

Цилиндрический редуктор включает в себя одну или несколько последовательно соединенных механических передач, состоящих из шестерней и зубчатых колес, размещенных на валах. При приложении крутящего момента к входному валу он начинает вращаться, приводя в движение размещенную на нем шестерню. Благодаря сцеплению с зубчатым колесом, которое имеет больший диаметр, начинает вращаться вал, на котором оно размещено. При этом угловая скорость уменьшается, а крутящий момент пропорционально возрастает.

В случае многоступенчатой схемы редуктора крутящий момент передается на промежуточный, а затем на конечный вал. Все конструктивные элементы размещены в едином корпусе, заполненном смазочными материалами, снижающими силы трения между шестернями.

Основная область применения цилиндрических редукторов — приводы следующих промышленных механизмов:

Системы автоматизации и управления.

Подъемное и тяговое оборудование.

Приводы строительных машин и механизмов.

Конвейерный транспорт и насосные установки.

Благодаря высокому КПД, цилиндрические редукторы могут использоваться в приводах практически любого оборудования, но только в том случае, если не предъявляются жесткие требования по габаритам, так как установки этого класса имеют внушительные размеры.

Читать также: Подключение трансформаторов тока к трехфазному счетчику меркурий

Цилиндрический редуктор

Принцип работы редукторов