Виды редукторов: назначение, устройство, типы

 Редуктор – инженерно-техническое устройство, предназначенное для преобразования крутящего момента с двигателя на другие механизмы. В большинстве механизмов он предназначен для изменения направления усилия, вращательного момента и давления, для чего используются различные типы.

На сегодняшний день существуют разные виды редукторов, среди которых выделяются:

• механические;
• турбинные;
• газовые;
• редукторы давления.

Наиболее распространёнными являются механические, которые используются в большинстве современных механизмов, в том числе автомобилях.

Конструкция редуктора

Конструктивные особенности редукторов зависят от их вида, устройства и предназначения. Они проектируются по принципу оптимального преобразования силового усилия. Большинство механических видов имеют схожие особенности конструкции и состоят из следующих элементов:

1. Колеса производятся из стали высокой твердости, червячные валы – из стали с дополнительной цементацией.
2. Для изготовления гибкого колеса применяется кованая сталь.
3. К подшипникам обычно никаких особых требований не представляется, при изготовлении часто применяют обычные конические роликовые подшипники.
4. Входящие и выходные валы.
5. Корпус изготавливается методом литья из чугуна или сплавов алюминия. Большинство моделей оснащены ребрами, необходимыми для дополнительного отведения тепла.

Все составные механизмы расположены в корпусе в виде коробочки (состоит из основания и крышки). Элементы механизма работают в смазанном состоянии. Смазка наноситься способом разбрызгивания, а в некоторых моделях предусмотрен принудительные насос, расположенный внутри корпуса.

Исходя из применения, выделяются различные модели, отличающиеся конструкцией. Среди них выделяются цилиндрические, червячные, конические и планетарные. Каждый из них имеет ряд преимуществ и недостатков, опираясь на которые, происходит подбор модели для определенных целей. Также каждый тип механизма разрабатывается на основе таких параметров:

• мощность;
• момент нагрузки;
• передаточное отношение;
• конструкционное расположение механизма;
• пространственное отношение редуктора и приводного вала.

В основе каждой модели стоит определенный тип механической редукторной передачи. На сегодняшний день можно выделить следующие типы передач:

Цилиндрические

Наиболее распространенный тип, который отличается высоким уровнем надежности и долговечности. Часто используется в моделях, применение которых сопровождается повышенными нагрузками и необходимостью сохранения высокого КПД передачи энергии.

Благодаря своей универсальности и надежности, цилиндрическая передача получила развитие и делится на несколько подвидов:

• прямозубая (зубья механической передачи выглядят как прямая резьба располагаются параллельно друг к другу);
• косозубая (зубья располагаются под определенным углом);
• шевронная (имеет особый тип строения зубьев, расположенных клинообразным типом);
• передача с внутренним зацеплением (отличается наличием зубьев на внутренней стороне приводного колеса).

Конические

Разработаны на основе цилиндрических передач, отличаются сферой применение. Их использование необходимо в тех случаях, когда передача вращения выполняется чрез перекрестные валы.

Червячные

Предназначена для передачи усилия от движущего механизма между пересекающимися в одной плоскости валами. Обычно состоит из зубчатого колеса и червяка.  Основным его преимуществом является высокий уровень передаточного отношения, небольшие размеры механизма и самоторможение. К недостаткам можно отнести скорый износ зубчатого колеса, низкие рабочие мощности и низкий КПД.

Среди червячных передач выделяются передачи с червяком:

• цилиндрическим;
• глобоидным;
• спироидным;

А также тороидно-дисковой передачи и тороидной передачи внутреннего зацепления.

Гипоидная передача

Имеет схожий тип конструкции с червячной. Колесо имеет нарезанные спиральные зубья. Преимуществом этой передачи является число зубьев, одновременно входящих в зацепление. Это достигается благодаря смещению червяка относительно оси колеса. Коэффициент полезного действия такой передачи значительно выше, так благодаря масленому клину, увеличена скорость скольжения с одновременным уменьшением трения.

Волновая

Применяется, когда есть необходимость работы при высоких нагрузках. Состоит из гибкого и жесткого колеса и волнового генератора. Воздействие генератора влияет на гибкое колесо, деформируя его, из-за чего происходит зацепление зубьев гибкого и жесткого колеса. Позволяет минимизировать вибрацию и добиться максимальной плавности движения. Из-за чего этот тип передачи предпочитается для использования в точном машиностроении.

Каждый механизм отличается количеством ступеней редуктора. Некоторые имеют одноступенчатые пары, некоторые двухступенчатые и трехступенчатые. В машиностроении часто применяются комбинированные передачи, благодаря чему используются преимущества обеих передач.

Валы играют важную роль в передачи силового усилия. Выходной вал редуктора называют приводным. Вал должен соответствовать расчетной нагрузке и крутящему моменту.

Большинство моделей работает только в смазанном состоянии. Некоторые модели работают в масляной ванне, и для их смазывания предусмотрено специальное отверстие, через которое вводится смазка шприцом или специальным насосом. Простейшие типы механизмов требуют разбора корпуса и ручной смазки. При этом использовать можно как жидкую, так и консистентную смазку, качество которой должно соответствовать обслуживаемой модели.

Своевременная смазка поможет механизму работать более плавно и бесперебойно. Следует отметить, что качество смазки не менее важно, чем качество самого редуктора.

Классификация редукторов

На сегодняшний день типы редукторов классифицируются на основе:

• типа механической передачи;
• расположения элементов в пространстве;
• конструктивных особенностей.

В зависимости от расположения элементов они бывают вертикального и горизонтального исполнения. Среди различных типов можно выделить традиционные механические и мотор-редукторы (с дополнительно установленной двигательной установкой).

Основная, общепринятая классификация редукторов разработана в зависимости от типа передачи и по форме шестерен:

Цилиндрический и конический редуктор

В основе таких моделей используются конические и цилиндрические передачи. Данный тип прямого редуктора характеризируется высоким уровнем КПД (более 80%, в зависимости от количества зубьев). Еще одним преимуществом является практически полное отсутствие нагрева из-за отсутствия нагревающихся элементов. Это позволяет добиться простоты механизма, отсутствия необходимости в дополнительных мерах охлаждения. Данный тип получил высокую популярность благодаря надежности и долговечности.

Планетарный

Отличается от большинства других видов схемой расположения элементов. В его основе лежит планетарная передача. Основной ее функцией можно назвать преобразование поступающего момента. Подобные модели отличаются компактностью благодаря тому, что рабочие элементы находятся в одной геометрической оси, чего нельзя встретить в стандартных механизмах. Широко распространены в сфере приборостроения и машиностроения. Они позволяют комбинировать преимущества цилиндрических и червячных.

Позволяют также добиться оптимального соотношения производительности, компактности, надежности и долговечности.

Червячный

В основе этого вида лежит червячная передача, которая позволяет использовать его для различных целей. Использование этой модели помогает преобразовывать как прямой, так и угловой крутящий момент. В основе конструкции лежит спиралевидный винт, который формой напоминает червяка, из-за чего он получил свое название. Используется довольно редко, так как не отличается надежностью и высокой производительностью. В некоторых случаях при повышении нагрузки может выйти из строя. Несмотря на свои недостатки, он прочно занял свое место в машиностроении, так как является незаменимым при передаче усилия между перпендикулярно расположенными валами.

Волновой

Имеет особенный характеристический размер и тип конструкции, в основе которой лежит неподвижный корпус с нарезанными зубьями. Внутри корпуса расположен гибкий элемент, усилие на которые передается ведущим валом, соединенным с ним. Гибкий элемент изготовлен в виде овала, благодаря чему при движении внутри корпуса создает волнообразные движения.

Данный тип отличается высокой производительностью, имея высокое передаточное отношение, достичь которое невозможно с помощью других моделей. Отличается компактными размерами, что особо важно для использования в точном машиностроении.

Следует отметить, что современные тенденции машиностроения требуют особых характеристик от редукторов. Из-за этого все большего распространения получают комбинированные модели. Цилиндрические модели дополняют коническими горизонтальными передачами. Червячные дополняются дополнительными валами, а также некоторые модели оснащаются дополнительными моторами.

Различные виды мотор-редукторов получили широкое распространение благодаря тому, что в одном механизме объединяют еще и электродвигатель и все необходимые дополнительные элементы.

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.