Зубчатые редукторы.
Редуктором называется передача, установленная в закрытом корпусе и служащая для снижения угловой скорости и повышения вращающегося момента на ведомом валу. Передача, помещенная в отдельном корпусе и предназначенная для повышения угловой скорости ведомого вала, называется ускорителем или мультипликатором. Установка передачи в отдельном корпусе гарантирует точность сборки, лучшую смазку, более высокий к. п. д., меньший износ, а также защиту от попадания в нее пыли и грязи. Поэтому вместо открытых передач во всех ответственных установках применяют редукторы. Открытые передачи используют при ручном и механическом тихоходном приводе. Зубчатые редукторы благодаря указанным выше достоинствам зубчатых передач нашли широкое применение.
Рис. 1
На (рис. 1) показаны схемы распространенных зубчатых редукторов. На схемах Входной (быстроходный) вал обозначен Б, выходной (тихоходный) — Т и промежуточные валы — П. Тип и конструкция зубчатого редуктора определяются видом, расположением и количеством отдельных его передач (ступеней). На (рис. 1, а. г) представлены схемы цилиндрических зубчатых редукторов — одноступенчатого (рис. 1, а) и двухступенчатых (рис. 1, б. г). Самый простой зубчатый редуктор — одноступенчатый цилиндрический — применяют при передаточном числе и u≤12,5. Двухступенчатые цилиндрические зубчатые редукторы применяют при u=12,5. 63, а чаще при u=16. 40. При u>60 применяют трехступенчатые цилиндрические зубчатые редукторы. Из двухступенчатых цилиндрических зубчатых редукторов наиболее распространены простые по конструкции трехосные редукторы (рис. 1, б; 2). Двухступенчатые соосные (двухосные) зубчатые редукторы (рис. 1, в) компактнее трехосных, но сложнее по конструкции. Для улучшения условий работы тихоходной передачи двухступенчатого цилиндрического трехосного редуктора быстроходную ступень его иногда делают разветвленной или раздвоенной (рис. 1, г). Если входной и выходной валы должны быть взаимно перпендикулярны, то при u≤6,3 применяют конические зубчатые редукторы (рис. 1, д; 3), а при u>12,5 — коническо-цилиндрические зубчатые редукторы (рис. 1, е). При больших передаточных числах применяют планетарные зубчатые передачи. Планетарный одноступенчатый редуктор, выполненный по схеме показан на (рис. 4). При больших передаточных числах применяют также комбинированные редукторы — зубчато-червячные и червячно-зубчатые. Помимо указанных редукторов применяют также мотор-редукторы — отдельные агрегаты, в которых редуктор и электродвигатель монтируют в одном корпусе. В большинстве случаев мотор-редукторы имеют зубчатые передачи. Мотор-редукторы — компактные агрегаты, но из-за сложности конструкции их применяют ограниченно.
Рис. 2
Для удобства сборки корпуса редукторов выполняют составными (см. рис. 2, 3, 4). Отдельные детали корпуса скрепляют между собой болтами (винтами, шпильками). В обыкновенных зубчатых редукторах (см. рис. 2 и 3) корпус состоит из двух основных деталей — основания 1, закрепляемого на фундаменте или на установочной раме, и крышки 2. Для осмотра передач и заливки масла в крышке корпуса предусматривают смотровое отверстие, закрываемое крышкой 3 (см. рис. 2), в которой для редукторов с большим тепловыделением закрепляется отдушина 4; по концам крышки корпуса имеются два грузовых винта 5, петли (рис. 4) или крюки для захвата крошки при подъеме грузоподъемной машиной; в основании корпуса находится маслоспускное отверстие, закрываемое пробкой 6; в нем же расположен маслоуказатель 7; в тяжелых редукторах предусмотрены крюки 8 для захвата редуктора при подъеме грузоподъемной машиной. Для точной установки крышки на основание корпуса редуктора (см. рис. 2) используют конические штифты 9. Для облегчения снятия крышки с основания корпуса применяют отжимные винты.
Рис. 3
Корпус редуктора должен быть прочным и жестким, так как его деформации могут вызвать перекос валов и, следовательно, неравномерное распределение нагрузки по длине зубьев. Жесткость корпуса усиливают наружными (см. рис. 3) или внутренними (см. рис. 2) ребрами, расположенными у приливов под подшипниками. Форма крышек для подшипников редукторов определяется типом подшипников и способом их установки.
Корпуса редукторов изготовляют обычно из чугунного литья СЧ15, СЧ18 и СЧ20. Корпуса редукторов, передающих большие мощности при ударных нагрузках, отливают из высокопрочного чугуна и из стали. Иногда при единичном или мелкосерийном производстве корпуса редукторов изготовляют сварными из листовой стали. Основные габаритные размеры корпуса редуктора зависят от размеров зубчатых колес, остальные размеры определяют по эмпирическим формулам в соответствующих справочниках. Валы передач редукторов обычно устанавливают на подшипниках качения. Подшипники скольжения применяют только для очень быстроходных передач (в мультипликаторах) и редукторов большой мощности.
Рис. 4
Смазка зубчатых колес редукторов при окружных скоростях до v=12. 15 м/с осуществляется окунанием колес в масляную ванну. Такой способ смазки зубьев называется смазкой окунанием или картерной смазкой. Вместимость масляной ванны принимается из расчета 0,35. 0,7 л на 1 кВт передаваемой мощности (меньшее значение – при меньшей вязкости масла, и наоборот). Масло должно покрывать рабочие поверхности зубьев, а потери передаваемой мощности на сопротивление масла вращению зубчатых колес и соответственно на нагрев масла должны быть минимальными. Так как во время работы редуктора происходят колебания уровня масла, то рекомендуется зубчатые колеса погружать в масляную ванну для цилиндрических передач на глубину не менее 0,75 высоты зубьев, а для конических передач вся длина нижнего зуба должна находиться в масле. Тихоходные зубчатые колеса второй и третьей ступеней редуктора при необходимости допускается погружать в масло на глубину до ⅓ радиуса делительной окружности. Чтобы избежать глубокого окунания колес в ванну, колеса первой ступени смазывают с помощью смазочной текстолитовой шестерни (рис. 5, а) или другого подобного устройства. Иногда для колес разных ступеней предусматривают раздельные ванны. В редукторах с быстроходными передачами применяют струйную или циркуляционную смазку под, давлением. Масло, прокачиваемое насосом через фильтр, а при необходимости и охладитель, поступает к зубьям через трубопровод и сопла. При окружной скорости до v=20 м/с для прямозубых передач и до v=50 м/с для косозубых масло подается непосредственно в зону зацепления (рис. 5, б), а при более высоких скоростях во избежание гидравлических ударов масло подается на зубья шестерни и колеса отдельно на некотором расстоянии от зоны зацепления. Смазку подшипников редукторов при окружной скорости зубчатых передач v>4 м/с часто осуществляют тем же маслом, что и зубчатых колес, путем разбрызгивания. При окружной скорости передач v 
Рис. 5
Расчет зубчатого редуктора состоит из расчета его элементов — передач, валов, шпонок и подшипников, а для редуктора большой мощности также из теплового расчета. Тепловой расчет зубчатых редукторов производят так же, как и червячных редукторов.
Основные параметры aw, и ψba цилиндрических зубчатых передач внешнего зацепления для редукторов, выполненных в виде самостоятельных агрегатов, нормализованы ГОСТ 2185—66 (СТ СЭВ 229-75).
| 1-й ряд | 40 | 50 | 63 | 80 | 100 | 125 | 160 | 200 | 250 | 315 | 400 | 500 | 630 | 800 | 1000 | 1250 | 1600 | 2000 | 2500 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2-й ряд | — | — | 71 | 90 | 112 | 140 | 180 | 225 | 280 | 355 | 450 | 560 | 710 | 900 | 1120 | 1400 | 1800 | 2240 | — |
Примечание. 1-й ряд следует предпочитать 2-му.
Коэффициент ширины венца зубчатых колес ψba: 0,100; 0,125; 0,160; 0,200; 0,250; 0,315; 0,400; 0,500; 0,630; 0,800; 1,000; 1,250. При различной ширине сопряженных зубчатых колес значение ^ относится к более узкому из них.
Номинальные значения передаточных чисел u зубчатых редукторов общего назначения, выполненных в виде самостоятельных агрегатов, по СТ СЭВ 221-75 следующие:
| 1-й ряд | 1,00 | 1,25 | 1,60 | 2,00 | 2,50 | 3,15 | 4,0 | 5,0 | 6,3 | 8,0 | 10,0 | 12,5 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2-й ряд | 1,12 | 1,40 | 1,80 | 2,24 | 2,80 | 3,55 | 4,5 | 5,6 | 7,1 | 9,0 | 11,2 | — |
Примечание. 1-й ряд следует предпочитать 2-му.
Основные параметры de2, u и b конических зубчатых передач с углом пересечения осей, равным 90°, для редукторов, в том числе комбинированных, выполняемых в виде самостоятельных агрегатов, нормализованы ГОСТ 12289-76.
Номинальные диаметры внешнего основания делительного конуса колеса de2, мм: 50; (56); 63; (71); 80; (90); 100; (112); 125; (140); 160; (180); 200; (225); 250; 280; 315; 355; 400; 450; 500; 560; 630; 710; 800; 900; 1000; 1120; 1250; 1400; 1600. Номинальные диаметры de2 заключенные в скобки» по возможности не применять. Фактические диаметры делительного конуса большего колеса не должны отличаться от номинальных более чем на 3%.
| 1-й ряд | 1,00 | 1,25 | 1,60 | 2,00 | 2,50 | 3,15 | 4,00 | 5,00 | 6,30 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2-й ряд | 1,12 | 1,40 | 1,80 | 2,24 | 2,80 | 3,55 | 4,50 | 5,60 | — |
Примечания:
- Передаточные числа 2-го ряда по возможности не применять.
- Фактические значения передаточных чисел uф, не должны отличаться от номинальных более чем на 3%.
Ширина венца зубчатых колес
где Re — внешнее делительное конусное расстояние.
Значения ширины венца b конического зубчатого колеса по ГОСТ 12289—76 в зависимости от номинального диаметра de2 колеса и передаточного числа u приведены в табл.
Редуктор от «А» до «Я»
Редуктор представляет собой составной механизм приводов машин. Его основное назначение — уменьшение частоты вращения ведомого вала при одновременном увеличении крутящего момента. Конструкцией редуктора могут быть предусмотрены одна или несколько передач зацеплением.
1. Классификация редукторов
Редуктор общемашиностроительного назначения. Этот тип оборудования представляет собой самостоятельный агрегат, используемый в приводах машин. Его технические характеристики отвечают общим для разных применений требованиям. Конструктивно общемашиностроительные редукторы могут отличаться.
Специальные редукторы разработаны для автомобильной, авиационной и других узкоспециализированных отраслей. Из названия понятно, что агрегаты этой группы должны соответствовать специфике и параметрам конкретного применения.
Редукторы можно классифицировать по следующим признакам:
1.1 Количество ступеней и расположение валов
У двух- и трехступенчатых редукторов развернутых и раздвоенных схем (в случае с двухступенчатыми моделями еще и соосных схем) есть ряд преимуществ перед агрегатами других типов — прежде всего это высокий КПД и устойчивость к нагрузкам. Соосные цилиндрические редукторы могут комплектоваться тихоходной ступенью с внутренним зацеплением. Планетарные и волновые агрегаты с соосным расположением осей валов также обеспечивают высокую производительность и широкий диапазон передаточных чисел.
При комплектации машин и механизмов, требующих пересекающегося расположения валов, будут эффективны двух- и трехступенчатые конические (коническо-цилиндрические) редукторы.
Агрегаты с червячными (червячно-цилиндрическими, цилиндрическо-червячными) передачами характеризуются высоким передаточным числом и низким уровнем шума. Однако КПД у таких моделей ниже, чем у цилиндрических аналогов.
Вертикальное расположение выходных валов требует меньшего пространства. В механизмах, где необходима подобная компоновка, чаще используются червячные или конические редукторы. Удобство заключается в том, что ось двигателя находится в горизонтальном положении.
Таблица 1. Классификация редукторов по расположению осей валов
Параллельные оси входного/выходного валов
Совпадающие оси входного/и выходного валов (соосный)
1. Горизонтальное
2. Вертикальное
Пересекающиеся оси входного/выходного валов
1. Горизонтальное
2. Горизонтальная ось входного вала и вертикальная ось выходного вала
3. Вертикальная ось входного вала и горизонтальная ось выходного вала
Скрещивающиеся оси входного/выходного валов
1. Горизонтальное (входной вал — над или под выходным валом)
2. Горизонтальная ось входного вала и вертикальная ось выходного вала
3. Вертикальная ось входного вала и горизонтальная ось выходного вала
1.2 Типы используемых передач
1.2.1 Червячные редукторы
Червячный редуктор — наиболее распространенный тип редукторов. Привод имеет компактные размеры (в сравнении с цилиндрическими агрегатами). Передаточное отношение червячной пары может достигать 1-100 (иногда и выше).
Потенциал увеличения крутящего момента при снижении частоты вращения вала у червячных редукторов выше, чем у оборудования с другими типами передач. Передаточное число того же порядка можно получить при эксплуатации трехступенчатого цилиндрического редуктора. В червячных агрегатах для решения этой задачи достаточно одной ступени. Еще одно преимущество — простота и низкая стоимость червячных редукторов. Использование червячного зацепления позволяет снизить уровень шума передачи, обеспечить высокую плавность хода.
Функция самоторможения присутствует только в червячных редукторах. Ее принцип основан на торможении ведомого вала при отсутствии движения на ведущем валу (червяке). Самоторможение в передаче осуществляется в тот момент, когда угол подъема ведущего вала меньше или равен 3,5 градусам.
При выборе червячного редуктора следует учитывать тот факт, что при увеличении передаточного числа снижается КПД червячной передачи. Отсюда — потери энергии вследствие трения червяка об зубья колеса.
Ресурс червячных приводов составляет, в среднем, 10 тысяч часов.
1.2.2 Червячный глобоидный редуктор
Винт глобоидного червячного редуктора имеет выпуклую форму (в других червячных передачах он цилиндрический). Эта конструктивная особенность увеличивает передачу крутящего момента и мощность привода.
Глобоидные редукторы предназначены для использования в условиях, предполагающих высокую надежность, отсутствие обратного проскальзывания и динамических толчков на выходном валу. Чаще всего редукторы этого типа применяются в барабанных приводах лифтов: глобоидная пара адаптирована к переменным нагрузкам, возникающим при подъеме и торможении кабины, в состоянии поддерживать нормальную реверсивность при эксплуатации.
Таблица 2. Допустимые нагрузки для червячных глобоидных редукторов типа ЧГ
Номинальное передаточное число
Частота вращения червяка, об/мин
1.2.3 Цилиндрические редукторы
В цилиндрических редукторах устанавливаются цилиндрические зубчатые передачи. Комплектация таких приводов может отличаться положением входного/выходного валов и количеством ступеней. Одноступенчатые цилиндрические агрегаты классифицируются только по расположению валов. Передаточные числа варьируются в диапазоне 1,6-6,3.
Схемы исполнения цилиндрических пар:
Наиболее распространена развернутая схема. Она позволяет выпускать унифицированные колеса, валы и шестерни, которые подходят для производства редукторов разных типоразмеров. Этот фактор является определяющим для серийного производства, т.к. способствует снижению себестоимости выпускаемой продукции.
С той же целью выбирается левое направление зуба шестерни и правое направление колеса для всех ступеней редуктора. При индивидуальной комплектации единичного редуктора целесообразнее использовать следующую схему: левое направление зуба шестерни на первой ступени, правое — на второй ступени. Такая комплектация снизит осевую нагрузку на опоры.
Форма редукторов, проектируемых по развернутой схеме, удлиненная. Вес такого агрегата будет на 15-20% больше приводов, сконструированных по раздвоенной схеме.
Раздвоенная схема применима для тихоходной и быстроходной ступеней. Во втором варианте она наиболее рациональна, так как промежуточный вал может быть изготовлен по принципу вала-шестерни, а быстроходный вал становится «плавающим».
При соосной схеме оси быстроходного и тихоходного валов совпадают. Вес и габариты редуктора, собранного по соосной схеме, аналогичны моделям с развернутой схемой. Стоимость обоих типов агрегатов практически одинакова.
Одна из основных технических характеристик соосного редуктора — увеличенная мощность быстроходной ступени, что достигается за счет снижения нагрузки на нее. Однако конструктивно такие агрегаты более сложные.
Ресурс цилиндрического редуктора — 25 тысяч часов и более.
Таблица 3. Допустимые нагрузки для цилиндрических редукторов ЦУ (одноступенчатых горизонтальных)
Номинальный вращающий момент на выходном валу, Нм
Номинальная радиальная сила, Н
выходной вал
Таблица 4. Технические параметры цилиндрических редукторов Ц2С (двухступенчатых соосных)
Номинальные передаточные отношения
Номинальный вращающий момент на выходном валу, Нм
Номинальная радиальная сила, Н
1.2.4 Конические редукторы
Конструкцией конического редуктора предусмотрены колеса с прямыми и круговыми зубьями. Направления наклона линии зуба и вращения колеса должны совпадать. Соблюдение этого условия позволяет предотвратить затягивание шестерни в зацепление, возникающее под действием отрицательной осевой силы на шестерне.
Передаточное отношение конического редуктора — 1-5.
Зубчатое колесо устанавливается между опорами редуктора. Шестерни монтируются консольно.
1.2.5 Коническо-цилиндрические редукторы
Данный тип механизмов представляет собой гибрид цилиндрического одноступенчатого и конического редукторов. Соответственно, этой группе оборудования присущи все достоинства и недостатки агрегатов обоих типов.
Все коническо-цилиндрические редукторы имеют быстроходную коническую ступень. Такая конструктивная особенность объясняется невысокой нагрузочной способностью и, соответственно, большими габаритами агрегата. С целью уменьшения размеров привода и используется быстроходная коническая ступень.
Коническая передача может использоваться в тихоходных и промежуточных ступенях, что оправдано необходимостью снижения ее чувствительности к погрешностям при производстве и установке, минимизацией их влияния на механизм в целом.
Направление зуба в косозубой цилиндрической паре должно быть выбрано с учетом возможности вычитания осевых сил на промежуточных валах.
Таблица 5. Коэффициент режима эксплуатации коническо-цилиндрических редукторов (двухступенчатых и трехступенчатых)
Характер режима нагрузки
Суточная продолжительность эксплуатации
1.2.6 Насадные редукторы
Насадными редукторами называются агрегаты с полым выходным валом. Они монтируются непосредственно на вал — без дополнительных соединений и передач. Преимущество насадных редукторов заключается в более компактных габаритах и сравнительно невысоком весе.
Насадный способ монтажа, как правило, применим к червячным и некоторым другим типам редукторов. Исключение составляет цилиндрическая соосная группа оборудования, конструктивные особенности которой затрудняют такую установку.
При резкой динамике нагрузки на выходной вал (чаще всего при нештатных ситуациях) отсутствие соединительной муфты может стать причиной преждевременного выхода из строя приводного оборудования. Поэтому эксплуатация редуктора требует создания условий эксплуатации при равномерной нагрузке. Как вариант – дополнительная защита привода.
1.2.7 Планетарные редукторы
Планетарные (дифференциальные) редукторы состоят из центральной шестерни (солнечной), расположенной в центре редуктора, вспомогательных шестерней одинакового размера (сателлитов), установленных вокруг центральной шестерни, и фиксатора (водила), обеспечивающего их надежное крепление. Конструкцией планетарного редуктора также предусмотрена кольцевая шестерня, внешне напоминающая зубчатое колесо. Ее предназначение – обеспечение сцепления с сателлитами. Центральная шестерня является ведущим элементов, сателлиты — ведомыми. Кольцевая шестерня всегда неподвижна.
Конструктивно исполнения планетарных редукторов могут отличаться. Модели классифицируются по количеству ступеней (одно-, двух- и трехступенчатые), кинематической схеме планетарной передачи. Тип подшипников также отличается. Подшипники качения предназначены для режимов эксплуатации на низкой скорости. В свою очередь, подшипники скольжения рассчитаны на режим высоких скоростей. Основная сфера использования планетарных редукторов — машиностроение.
Планетарные агрегаты МПО классифицируются как универсальное приводное оборудование. Они широко используются в приводах перемешивающих механизмов медицинской, химической, микробиологической промышленностях, а также в приводах общепромышленного назначения. Редукторы серии МПО могут эксплуатироваться в режиме 24 часа в сутки при постоянной и переменной нагрузках.
К планетарным редукторам предъявляются жесткие требования. Производство такого оборудования требует высокой точности, чтобы зубцы плотно соприкасались между собой, но при этом легко приводились в движение.
Таблица 6. Технические параметры планетарных редукторов Пз (зубчатые одноступенчатые)
Кто в масле катается
Обзор основных классов механических редукторов
Иллюстрация: Яковлев Артем / edu.ascon.ru
Недавно европеец Оскар Ван Девентер напечатал на 3D-принтере редуктор с экстремально высоким передаточным числом — 11373076. В этом механизме изобретатель соединил два планетарных редуктора. При увеличении количества зубцов шестеренок, использованных в механизме, передаточное число можно увеличить и до 1141624705. Чем такой редуктор может быть полезен, Ван Девентер не объяснил, рассказав только, что при его помощи обычной стоматологической бормашиной можно сдвинуть локомотив. Правда, с очень небольшой скоростью. Вдохновившись разработкой европейца мы решили разобраться в основных типах механических редукторов.
Редуктор представляет собой механизм, позволяющий передавать и преобразовывать крутящий момент с одного вала на другой. Если такой механизм преобразует высокую угловую скорость ведущего вала в более низкую ведомого, его называют демультипликатором, а если наоборот — мультипликатором. Впрочем, так сложилось, что термин демультипликатор используется крайне редко, а устройство, понижающее угловую скорость, называют просто редуктором. В зависимости от типа такой механизм может состоять из нескольких типов шестерен, червяков и валов.
Основными характеристиками редукторов являются передаваемая мощность, угловые скорости и количество валов, а также передаточное число. Любые редукторы уменьшают передаваемую мощность за счет потерь на механическую передачу крутящего момента — из-за трения, массивности конструкции, нагрузок на валах. Угловые скорости на ведущем валу и ведомом могут различаться в десятки, сотни и тысяч раз благодаря передаточному числу редуктора.
Передаточным числом называется соотношение количества зубьев шестеренки на ведущем валу к их числу у шестеренки на ведомом. Оно записывается целым или дробным числом и фактически обозначает, сколько именно раз должен провернуться ведущий вал, чтобы ведомый совершил один полный оборот. В случае с редуктором Ван Девентера, ведущий вал необходимо повернуть 11 миллионов 373 тысячи 76 раз. Только тогда ведомый вал совершит один полный оборот.
В целом редукторы позволяют увеличить усилие на ведомом валу, при этом потратив часть мощности на ведущем и уменьшив скорость вращения. Эту особенность используют тогда, когда необходимо работать с большими нагрузками, например, при помощи относительно маломощного мотора приводить в движение большой по массе транспорт. Например, двигатель седельного тягача КамАЗ-65225 мощностью 400 лошадиных сил может через коробку передач (многоступенчатая разновидность редуктора) сдвигать автопоезд полной массой до 75 тонн.
Сегодня редукторы используются во многих отраслях: на автомобилях, в самолетах и вертолетах, в поездах, станках, велосипедах, то есть везде, где нужно передавать вращательный момент с одного агрегата на другой. Механизмы, позволяющие передавать крутящий момент с одного вала на другой, принято делить на пять наиболее распространенных основных классов: цилиндрические, конические, червячные, планетарные и комбинированные. В последних могут сочетаться несколько типов редукторов.
Иллюстрация: Чабанный Александр / edu.ascon.ru
Цилиндрический редуктор представляет собой механизм, в котором ведущий вал и ведомый находятся в параллельных плоскостях. Передача в них осуществляется с большей шестеренки с прямыми или косыми зубцами на меньшую, по своей форме напоминающую цилиндр. Такие редукторы делятся на несколько подтипов: вертикальные (валы находятся друг над другом) и горизонтальные. Цилиндрические редукторы бывают одно-, двух-, трех- и четырехступенчатыми в зависимости от количества шестерен, установленных между ведущим и ведомым валами.
Цилиндрические редукторы имеют очень высокий коэффициент полезного действия, который может достигать 98 процентов, то есть потеря мощности при передаче вращательного момента с одного вала на другой будет относительно небольшой. Благодаря высокому коэффициенту полезного действия в цилиндрических редукторах практически отсутствует эффект рассеивания передаваемой энергии, а значит рабочие элементы редуктора практически не нагреваются.
Такие механизмы используются преимущественно в различных металлорежущих станках, станках для обработки древесины, измельчителях и бетономешалках, на мельницах. Цилиндрические редукторы малочувствительны к рывковым нагрузкам, выдерживают большое количество пусков и остановок. При этом они лишены самоторможения, то есть, приложив определенное усилие на ведомый вал, можно провернуть ведущий. При этом конструкция таких редукторов достаточно шумная, а сами они обладают низким передаточным числом.
Иллюстрация: Manuel Neuer / grabcad.com
Конический редуктор используется для передачи вращательного момента с ведущего вала на ведомый в случае, если плоскости их осей пересекаются. В них используются конические шестеренки. Такие механизмы имеют меньшую надежность по сравнению с цилиндрическими, но обладают довольно высоким коэффициентом полезного действия, который может достигать 95 процентов. Благодаря конической конструкции шестерен таких редукторов, они могут иметь несколько выходных валов, оси вращения которых, например, можно расположить в виде креста.
В современных конических редукторах как правило используется колесное соединение — внутри них на концах валов установлены конические шестеренки, которые своими конусами опираются на другую шестеренку. Плоскость последней находится в одной плоскости с плоскостями осей валов. В этом случае, если колесное соединение одно, ведомый и ведущий валы будут вращаться в одном направлении. Конические редукторы нередко используются для изменения направления передачи.
Как правило диапазон передаточных чисел в конических редукторах составляет от одного до пяти, но углы наклона оси ведомого вала к ведущему могут быть самыми разнообразными. Такие механизмы, как и цилиндрические, чаще всего используются в различных станках, например, сверлильных. Как и цилиндрические, конические редукторы обратимы, то есть вращая их ведомый вал, можно провернуть ведущий. Однако, из-за особенностей своей конструкции, конические редукторы могут иногда заедать.
Иллюстрация: Исаков Сергей / edu.ascon.ru
Червячные редукторы получили название от типа используемой в них передачи. В самом простом исполнении эти механизмы состоят из червячного колеса (шестеренки с косыми зубцами) и самого червяка. Последний представляет собой цилиндр с нанесенной на него резбой, которая при вращении напоминает червяка. В таком редукторе ведущий вал приводит в движение червяка, резьба которого сдвигает косые зубья червячного колеса, заставляя его вращаться.
Редукторы с червячной передачей придумали как альтернативу механизмам с обыкновенной зубчатой передачей, например, цилиндрическим. Они обладают гораздо меньшими размерами, но имеют большее передаточное число. Например, при двухзаходном червяке (имеет две параллельных резьбы) и червячном колесе с сотней зубьев передаточное число составит 50. Это означает, что ведущий вал должен будет совершить 50 полных оборотов, чтобы ведомый вал повернулся один раз.
Червячные редукторы имеют очень высокий коэффициент самоторможения. Это означает, что приложив усилие к ведомому валу провернуть ведущий скорее всего не удастся. Кроме того, червячные редукторы имеют относительно невысокий коэффициент полезного действия (от 70 до 92 процентов) и крайне чувствительны к смазке. Их используют для передачи малой мощности в условиях, когда нет достаточного места для размещения цилиндрического или конического редукторов. Чаще всего червячные редукторы используют для привода конвейеров или ворот.
Иллюстрация: Филимонов Илья / edu.ascon.ru
Планетарный редуктор — это уже более сложное механическое устройство, получившее свое название из-за способа размещения ведущей, передаточных и ведомой шестерен. Механизм состоит из солнечной шестерни, расположенной в центре конструкции, сателлитов (меньших шестеренок) и эпицикла (коронной шестерни), расположенной на периферии. Вращение коронной шестерни осуществляется солнечной через сателлиты. Последние механически соединяются водилом, кольцом со штырями, на которые и крепятся сателлиты.
Особенностью планетарного редуктора является то, что вращение можно подводить к любому из его элементов и снимать с любого другого. При этом третий элемент необходимо остановить. Например, вращение можно подвести к одному из сателлитов, а снимать его с коронной шестерни. В этом случае солнечная шестерня должна быть неподвижной. При подведении вращения к солнечной шестерне и снятия его с коронной в редукторе неподвижным остается водило. В некоторых редукторах водила нет.
Благодаря изменению схемы подвода и снятия вращения можно не меняя сам редуктор изменять его передаточные числа в очень широком диапазоне. Именно по этой причине, планетарные редукторы, пожалуй, могут иметь наибольшие передаточные числа среди таких механизмов других классов. Коэффициент самоторможения у планетарных редукторов зависит от их передаточного числа, но при вращении ведомого вала все же можно добиться и вращения ведущего.
Планетарные редукторы коробки переключения передач во втулке заднего колеса велосипеда.
