Свою назву редуктор отримав від латинського слова reductor. що означає «повертаю назад». Це і є основний принцип дії редуктора, який являє собою складний механічний пристрій, що складається з однієї або декількох передач зубчастого або черв'ячного типу. Призначення редуктора полягає в тому, що за допомогою цих передач будь-обертання перетвориться і змінює кутові швидкості.
Редуктори входять в системи приводних механізмів. Область застосування у редукторів обширна: жоден механізм, який має вузли обертання, не обходиться без них. Всі двигуни, будь то електродвигуни або двигуни внутрішнього згоряння, обов'язково мають редуктори різних типів. У редукторі є одна або декілька систем передач з зачепленням і постійним передавальним числом. Саме від типу цих передач залежить тип редуктора.
Класифікація редукторів
Редуктори бувають конічні, циліндричні, хвильові, планетарні - це зубчасті типи передач, а також черв'ячного типу. Крім того вони можуть бути одноступінчастими, двоступінчастими і триступінчастими системами. При цьому в двоступеневих і триступеневий редукторах можуть застосовуватися різні типи передач. Крім підрозділу за типами передач, редуктори діляться і за своїм конструктивним виконанням.
Типи редукторів за таким принципом діляться на механічні і мотор-редуктори.
Механічні редуктори представляють собою просто механічні передачі, а мотор-редуктори - це сполучені в одному корпусі редуктор і електродвигун. За типом розташування в просторі редуктори діляться на горизонтальні і вертикальні.
черв'ячні редуктори
Ці редуктори мають одну або дві передачі черв'ячного типу. Гвинт, який лежить в основі такої передачі, своїм виглядом схожий на черв'яка. Черв'ячний редуктор найчастіше застосовується для повідомлення енергії обертання між осями, що схрещуються в просторі, найчастіше перпендикулярно.
В черв'ячних редукторах зменшення кутової швидкості вихідного вала і збільшення крутного моменту відбувається за рахунок перетворення енергії, укладеної в високою кутової швидкості і низькому моменті на вхідному валу. Такі редуктори мають високу універсальність і велику область застосування.
Найбільшого поширення мають одноступінчасті черв'ячні редуктори проте зустрічаються і двоступеневі. У них два одноступінчатих черв'ячних редуктора скомпоновані в єдиний механізм. Вихідний вал, як правило, полого типу, одного редуктора має жорстке з'єднання з вхідним валом другого редуктора. Двоступенева компоновка дозволяє добитися високого передавального відношення всього редуктора, що дає можливість отримання більшого крутного моменту при малій вхідній потужності. Зустрічаються редуктори, в яких черв'ячна передача поєднана з циліндричної або передачею іншого типу.
циліндричні редуктори
Такі редуктори зобов'язані назвою не циліндричної формою, а типом передачі, яка в них використовується. Зубчастий циліндр є основним валом такого редуктора. Завдяки своїм устроєм, редуктор цього типу використовується найчастіше в горизонтальному положенні, в якому продуктивність передачі найбільш висока. ККД редуктора такого типу досягає 98%, що залежить від його передавального числа. Завдяки високому ККД немає ефекту розсіювання переданої редуктором енергії, і це дозволяє уникнути нагрівання всіх елементів механізму. Циліндричний редуктор буває одно-, двох-, трьох- і чотириступінчастою модифікації. Але частіше використовуються редуктори з декількома ступенями, або редуктори, в яких поєднані циліндрична і конічна передача. Застосовується циліндричний редуктор в першу чергу в машинобудуванні і важкої промисловості.
Крім черв'ячних і циліндричних редукторів, є типи зубчастої передачі, конічні, планетарні і хвильові. Такі типи редукторів теж бувають одноступінчастими і двоступінчастими і використовуються як з моно-передачею, так і з суміщенням передач кількох типів.
Класифікація редукторів в залежності від виду передач і числа ступенів
Пристрій і призначення редуктора
Редуктор - це механізм, який складається з зубчастих і черв'ячних передач, і виконаний у вигляді окремого пристрою. Він служить для передачі обертання від валу двигуна до валу робочого механізму. Основне призначення редуктора це зниження кутової швидкості і, внаслідок цього збільшення крутного моменту веденого вала по відношенню до ведучого. Є кілька типів редукторів, можна купити редуктор черв'ячний, циліндричний редуктор, хвильової редуктор, конічний кутовий редуктор. Всі ці види обумовлені типом передач, на яких побудована робота редуктора, або по типу зубчастих коліс, це відноситься до циліндричних і конічних редукторів. Крім того редуктори підрозділяються по числу ступенів передачі, існує одноступінчатий редуктор, двоступеневий редуктор і редуктори з великим ступінчастим числом.
Редуктор представляє собою корпус, в який поміщені всі елементи передачі - вали, зубчасті колеса, підшипники і інше. Іноді в корпусі редуктора розташовані пристрої, які служать для змащення зачеплення і підшипників (наприклад, в корпус редуктора може бути розміщений шестерінчастий масляний насос) або охолоджуючі пристрої (наприклад, змійовик з водою в корпусі черв'ячного двоступеневого редуктора).
Редуктори проектуються або для приводу конкретного механізму, або можна купити редуктор, орієнтуючись за заданим навантаженням і його передавальному числу без зазначення конкретного призначення. Так само редуктори поділяються на горизонтальні і вертикальні, відповідно до положення вала в просторі.
Принцип роботи редукторів
Так як в основі роботи редуктора лежить передача і перетворення крутного моменту, основною характеристикою механічних редукторів є тип механічної передачі, яка в них використовується.
- Циліндрична зубчаста передача - один з найнадійніших і довговічних типів передач, що забезпечує високий ресурс використання. Як правило, застосовується в редукторах з особливо складним режимом роботи. Цей тип передач підрозділяється на прямозубние передачі, косозубчатие і шевронні передачі;
- Конічна зубчаста передача - на відміну від попередньої має осі вхідних і вихідних валів, які перетинаються один з одним. Ротори з такою передачею використовуються коли необхідно змінити напрямок переданої кінетичної енергії;
- Черв'ячна передача - це механічна передача від гвинта ( «черв'яка») до зубчастому колесу. Мають досить високу передавальне відношення і відносно низьке ККД. Бувають однозахідні і багатозахідні;
- Гіпоїдна передача (спіроїдні) - використовує для передачі конічні колеса з перехресними осями (колеса можуть мати косі або криволінійні зуби). Такий тип передачі відрізняється низьким рівнем шуму роботи, плавністю ходу і високою здатністю навантаження;
- Ланцюгова передача - як зрозуміло з назви, використовує гнучку ланцюг для передачі механічної енергії. Складається з двох зірочок (провідною і відомою) і ланцюга, що складається, в свою чергу, з рухомих ланок. Це один з найбільш універсальних, простих і економічних типів передач;
- Пасова передача - передача енергії за допомогою гнучкого ременя за рахунок сили тертя або сил зачеплення (у випадку з зубчастими ременями). Складається з ведучого і веденого шківів, а також приводного ременя. До переваг можна віднести недорогу вартість, безшумність і плавність роботи, а також легкий монтаж і компенсацію перевантажень за рахунок прослизання;
- Гвинтові передача - перетворює поступальний рух в обертальний, і навпаки. Як правило, являє собою конструкцію, що складається з гвинта і гайки. Буває передача кочення і ковзання. Ця передача частіше використовується не для переміщення, а для закріплення. Застосовується в регулювальних гвинтах, приводах виконавчих органів механізмів, різних інструментах;
- Хвильова передача - відносно новий тип передач, що характеризується дуже високим передавальним відношенням. Працює за рахунок генерування хвиль на гнучкому колесі, оснащеним меншою кількістю зубів ніж жорстке колесо, і зміщення колесо відносно один одного на різницю зубів за один оборот. Серед достоїнств - мала вага, висока кінематична точність, здатність передачі моменту через герметичні стінки.
Число ступенів редуктора
Як правило, редуктори, що складаються тільки з однієї передачі, зустрічаються вкрай рідко. Такий тип редукторів називається одноступінчастим. Куди більше поширення набули двох-трьох і багатоступінчасті редуктори, причому в таких редукторах можуть зустрічатися як передачі одного типу, так і кілька різних передач, комбінованих між собою. Загальне передавальне відношення редуктора безпосередньо залежить від типу використовуваної передачі і кількості ступенів. У деяких механізмах кількість ступенів може до десятків і сотень тисяч.
Розміщення різних передач в одному корпусі редуктора дозволяє розмістити опори валів з дуже точно дотриманий співвісністю і строго витриманими міжосьовими відстанями. Передача крутного моменту може здійснюватися між паралельними, пересічними і навіть перехресними валами. Взаємне розташування валів визначає, який саме тип передачі буде використовуватися в даному редукторі. Так, наприклад, для передачі обертання між валами, розташованими паралельно використовуються циліндричні зубчасті передачі. Якщо вали перетинаються - застосовують конічні зубчасті передачі, а у випадку з перехресними валами оптимальним буде застосування черв'ячних, зубчато-гвинтових і гіпоїдних передач. За кількістю можливих швидкостей вихідного вала редуктори можна розділити на механізми з постійним показником передавального відносини (одношвидкісні редуктори), а також на двох - і багатошвидкісні редуктори, з можливістю зміни передавального відношення.
Ресурс передач, валів і підшипників редукторів
Конструктивні особливості редуктора
Конструктивне виконання - це корпус, всередині якого знаходяться всі елементи передачі - вали, шестерні і підшипники, зубчасті колеса та інші. За рахунок різниці передавальних чисел пов'язаних шестерень, редуктор може знижувати швидкість обертання вихідного валу, щодо швидкості вхідного. Завдяки цій властивості, редуктор активно використовується як привід для різних двигунів і механізмів. Універсальність застосування, якою володіє редуктор, зумовлює його широке застосування в промисловості.
Для роботи, наприклад, конвеєра, потрібні підшипники і приводні ланцюги, здатні забезпечити рух різних транспортерів і вантажних майданчиків. Всі конвеєрні механізми призводить в рух мотор-редуктор, що представляє собою електродвигун, конструктивно поєднаний з центральною шестірнею редуктора будь-якого типу передачі.
Завдяки тому, що мотор-редуктор має просту конструкцію, він не вимагає постійного технічного обслуговування, а його компактні розміри дозволяють закріпити на раму підйомного механізму, не займаючи зайвого простору. У редукторах високоточного позиціонування, використовуються радіально-осьові підшипники, встановлені в композитні положення, що забезпечують плавне і безшумне обертання валу. Редуктори різного типу влаштовані за своїм, їх вали можуть перебувати як в одній площині, так і під кутом один до одного. Від цього залежить продуктивність редуктора і його передавальне число.
Конструктивні виконання за способом монтажу
Приклади умовних позначень та зображень:
121 - співвісний редуктор, конструктивне виконання корпусу на лапах, кріплення до стелі, вали горизонтальні, вихідний вал зліва (рис. 1, а);
2231 - редуктор з паралельними осями, виконання корпусу з фланцем, поверхня кріплення перпендикулярна осям валів, креп-ня до лівої стіни, вали горизонтальні у вертикальній площині (рис. 1, б);
3120 - редуктор з пересічними ося-ми, виконання корпусу навісне, поверхня кріплення паралельна осях валів, кріплення до стелі, вали горизонтальні (рис. 1, в);
4323 - редуктор з перехресними осями, виконання корпусу насадними, поверх-ність кріплення перпендикулярна осі колеса, вихідний вал вертикальний, черв'як зліва від колеса (рис. 1, г).
Символом ///// позначена точка фіксації вироби від проворота реактивним моментом і кріплення полого вихідного вала на валу рабо-чей машини.
Як вибрати редуктор?
Від вибору редуктора залежить не тільки його надійність і продуктивність, а й довговічність. Помилки при розрахунку в виборі редуктора можуть привести до передчасного виходу його з ладу. Тому роботу з розрахунку і вибору редуктора потрібно по можливості довірити досвідченим фахівцям-конструкторам, які врахують всі фактори, такі як: розташування редуктора в просторі, умови його роботи, робочої температури і граничного в процесі експлуатації.
Підтвердивши все це розрахунками, фахівець зможе підібрати оптимальний редуктор під конкретний привід. Як показує практика, правильно підібраний тип редуктора і його передавальне число забезпечує термін служби механізму не менше 7 років для черв'ячних редукторів і не менше 15 років для циліндричних редукторів. Іноді немає можливості проконсультуватися у фахівця. Як порахувати передавальне число редуктора самому? Будь-розрахунок редуктора необхідно почати зі складання кінематичної схеми всього приводу - це дозволить визначити тип редуктора, який необхідний для даної системи.
Як визначити передавальне число редуктора?
Передавальне число редуктора визначається за загальною формулою:
де nвх - це кількість оборотів вхідного вала редуктора, тобто обороти електродвигуна, по числу оборотів в хвилину, а nвих - це необхідна кількість обертів вихідного вала редуктора, оборотів в хвилину.
Отримане передавальне число округляється до передавального числа з типового ряду для даних типів редукторів. Необхідно пам'ятати, що розрахунок передавального числа редуктора, таким чином, є досить приблизними. А при виборі електродвигуна частота обертання валу всього двигуна, а, значить, і вхідного вала редуктора не може перевищувати 1500 оборотів в хвилину для редукторів будь-якого типу. Обороти електродвигуна необхідно вибирати виходячи з технічних характеристик самих електродвигунів і механізмів, для яких вони призначені.