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;
• 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.

Вам также могут быть интересны статьи:

Мотор-редуктор: устройство и назначение Конвейер: типы, назначение, устройство

Редуктор заднего моста – один из важных узлов автомобиля, который участвует в его передвижении. Редуктор состоит из главной передачи и дифференциала.

Устройство и принцип работы

Главная передача

Главная передача может быть одинарной или двойной. Одинарная передает крутящий момент на колеса автомобиля с помощью одной зубчатой пары, а двойная – с помощью двух. Одинарная передача, в свою очередь, может быть:

• цилиндрической;
• конической;
• гипоидной;
• червячной.

У главной передачи цилиндрического типа шестерни располагаются в одной плоскости, у конической – перпендикулярно друг другу. Преимущества и недостатки основных модификаций одинарных главных передач перечислены в следующей таблице.

Модификации одинарных главных передач:

Двойная главная передача может быть центральной или разнесенной. Центральная имеет более простую конструкцию, большое передаточное число и большую нагрузку на все элементы системы. Разнесенная отличается более сложной конструкцией, она более эффективна в работе и компактна.

Дифференциал

Межколесный дифференциал распределяет крутящий момент между различными полуосями. Если машина скользит или пробуксовывает, дифференциал помогает ей справиться с данной проблемой, позволяя колесам вращаться с разной скоростью.

В чашке (3) расположены шестерни сателлитов (4) и полусоей (5). Чашка соединена с ведомой шестерней (2). Шестерня, в свою очередь, принимает крутящий момент от ведущей шестерни главной передачи (1). Чашка с помощью сателлитов передает вращение полуосям, приводящим в движение ведущие колеса автомобиля. Работа сателлитов обеспечивает разные угловые скорости. Величина крутящего момента неизменна.

Подобное устройство реализовано в большинстве заднеприводных машин, таких как «ВАЗ-2106», «ВАЗ-2107», «Газель». Оно доказало свою надежность во время работы в самых сложных условиях.

Неисправности

Причины появления неисправностей

Редуктор заднего моста – сложный механизм, состоящий из большого числа элементов. Неисправность любого из них может привести к выходу из строя всей системы.

1. Перегруз системы. Одной из самых распространенных причин выхода из строя редуктора заднего моста является частое превышение положенной нагрузки на автомобиль. Например, при буксировке тяжелых транспортных средств или других грузов. Во время буксировки нагрузка на все элементы системы существенно увеличивается.
2. Люфт в крестовинах. Многие автомобилисты отмечают, что через 5-6 лет эксплуатации авто в крестовинах появляется люфт. Это происходит из-за повышенной детонации двигателя, не отрегулированного зажигания и возникающих в связи с этим толчков и ударов. Поэтому в ходе ремонта проводят диагностику всех элементов ходовой части и не ограничиваются заменой передаточного механизма.
3. Отсутствие смазки. Если в редукторе заднего моста нет масла, то его может заклинить, из-за перегрева. Могут лопнуть стальные части или сломаться зубья на шестеренках. Чтобы избежать подобных проблем, необходимо держать уровень смазки под контролем.
4. Выработка подшипников , расположенных в «чулках». Эта неисправность появляется после долгих лет эксплуатации автомобиля. Она может спровоцировать искривление валов и разрушение зубчатых передач. В результате редуктор заднего моста будет не пригоден для ремонта.

Признаки неисправностей

О проблемах, связанных с работой редуктора заднего моста, вы узнаете по характерному шуму:

1. Усиленный шум моста. Возможно, деформировалась балка, износились шестерни и полуоси, понижен уровень масла или наблюдается его утечка. Шум, появившийся сразу после ремонта, является следствием неправильной регулировки.
2. Шум во время разгона. Если шум появляется во время разгона автомобиля, значит изношены или повреждены подшипники дифференциала, либо полуосей. Еще одна возможная причина – недостаток смазки в редукторе.
3. Шум во время разгона и торможения. Если шум появился не только во время разгона, но и при торможении автомобиля, значит, износились или разрушены подшипники ведущей шестерни. Возможно, в шестернях главной передачи нарушены зазоры.
4. Шум на поворотах. Если вы заметили появление шума на поворотах, значит, в автомобиле неисправны подшипники полуосей. Возможные причины – задиры на поверхности сателлитов или их слишком тугое вращение.
5. Стуки в начале движения. Скорее всего, увеличен зазор шлицевого соединения вала ведущей шестерни с фланцем. Также вероятно, что в отверстие для оси сателлитов, расположенное в дифференциале, изношено.

Тестовые испытания автомобиля

Тест 1. Начните движение по шоссе со скоростью 20 км/ч, затем плавно увеличивайте скорость до 90 км/ч. Одновременно прислушивайтесь к звукам, которые издает автомобиль на разной скорости. Отпустите педаль управления дроссельной заслонкой и, не притормаживания, погасите скорость двигателем. Следите за изменением шума.

Тест 2. Во время движения со скоростью 100 км/ч переключите рычаг в нейтральное положение, выключите зажигание и свободно катитесь до полной остановки. Следите за изменением шума на разных скоростях замедления.

Тест 3. Автомобиль в неподвижном положении, на ручном тормозе. Запустите двигатель машины и, постепенно увеличивая обороты, прислушайтесь к возникшим шумам. Если вы слышите такой же шум, как при испытании №1, значит их источником является не редуктор, а другие узлы автомобиля.

Тест 4. Если шум, выявленный на испытании №1, не повторился на испытаниях №2 и №3, значит, он исходит от редуктора. Чтобы окончательно в этом убедиться, поднимите задние колеса машины, запустите двигатель и переключитесь на четвертую передачу. Это позволит вам убедиться, что источником шума является именно редуктор, а не подвеска или кузов.

Как избежать преждевременного выхода редуктора моста из строя? Нужно следить за уровнем масла, прислушиваться к шумам и стукам в автомобиле, визуально осматривать мост на предмет течи и внешних повреждений балки.

Снятие и установка редуктора

Снятие редуктора

Чтобы снять редуктор, выполните следующие действия:

• слейте из балки моста масло;
• приподнимите заднюю часть автомобиля, установите ее на подставки;
• демонтируйте колеса;
• отверните гайки, прикрепляющие щит тормоза к балке;
• выдвиньте полуоси из коробки дифференциала;
• отсоедините от редуктора карданный вал;
• подставьте под картер редуктора подставку;
• выверните болты крепления редуктора к балке заднего моста;
• выньте редуктор из балки.

Редуктор закрепите на стенде. Снимите стопорные пластины, удалите болты и крышки подшипников коробки дифференциала, а также регулировочные гайки и наружные кольца роликовых подшипников. Прежде, чем снять крышки, пометьте их, чтобы позже установить на прежние места. Извлеките из картера редуктора коробку дифференциала с внутренними кольцами подшипников и ведомой шестерней.

Чтобы демонтировать ведущую шестерню и ее детали, необходимо выполнить следующие действия:

• перевернуть картер редуктора вверх горловиной;
• отвернуть ключом (2) гайку крепления фланца, придерживая при этом фланец (3) ведущей шестерни стопором (1);
• снимите фланец;
• извлеките ведущую шестерню;
• из картера выньте сальник, маслоотражатель, внутреннее кольцо переднего подшипника;
• выпрессуйте с помощью оправки наружные кольца заднего и переднего подшипника;
• снимите распорную втулку с ведущей шестерни;
• с помощью съемника (1) и оправки (4) снимите внутреннее кольцо заднего роликового подшипника;
• извлеките регулировочное кольцо внутренней шестерни.

Разбираем дифференциал:

• снимаем внутренние кольца (2) коробки (3) с помощью универсального съемника (1) и упора (4);
• отвертываем гайки крепления шестерни ведомой и выбиваем из коробки ось сателлитов;
• проворачиваем шестерни полуосей и сателлиты, при этом последние должны выкатиться в окна дифференциала, чтобы их можно было вынуть;
• снимаем с шестерни полуосей с опорными шайбами.

Установка редуктора

Чтобы разобрать редуктор, необходимо очистить от масла балку моста. Затем нужно положить уплотнительную прокладку на привалочную поверхность, вставить в балку редуктор и закрепить его болтами. Предварительно отверстия в балке и болты обезжирьте и нанесите на болты герметик. Присоедините к редуктору карданный вал и установите полуоси и тормозные барабаны. Установите колесо, наверните (не затягивая) болты их крепления. Кода будут установлены оба колеса, уберите подставки и опустите машину на землю. Далее затяните болты крепления колес с помощью динамического ключа. Очистите магнитную пробку и вверните ее в балку. Заправьте балку моста маслом через маслоналивное отверстие.

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:

• Корпус с уплотнителями (сальниками) и креплениями. Изготовлен из высокопрочной стали или легких сплавов, обеспечивает защиту главной передачи и межколесного дифференциала от внешних воздействий. Крепления служат для привязки корпуса редуктора к основаниям, а сальники предотвращают утечку трансмиссионной жидкости, которая смазывает шестерни редуктора и дифференциала.

• Главная передача. а) ведущая шестерня. Предназначена для приема крутящего момента от вторичного вала коробки передач и последующей передачи его на ведомую шестерню. б) ведомая шестерня. Принимает крутящий момент от ведущей шестерни и передает его далее, к механизму межколесного дифференциала. Ведомая шестерня больше по размеру, чем ведущая, имеет большее количество зубцов – это сделано для того, чтобы уменьшать высокий крутящий момент, поступающий от ведущей шестерни.

• Межколесный . а) корпус с сальниками. Оберегает шестерни дифференциала от повреждений. б)сателлитные шестерни. Обычно их три, две расположены параллельно друг другу, а одна – перпендикулярно, она соединяется с ведомой шестерней главной передачи. Функция сателлитов – передача момента с ведомой шестерни на шестерни полуосей. в) шестерни полуосей колес. Принимают уменьшенный крутящий момент от сателлитов и передают его на валы колесных полуосей. г) подшипники. Установлены между шестернями полуосей и приводным валом. Обеспечивают вращение валов полуосей колес.

Если главная передача отвечает за получение крутящего момента, уменьшение или увеличение его, то межколесный дифференциал, помимо распределения полученного от редукторной передачи 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:

• Коническая, представляет собой две расположенные под углом 90 градусов конические шестерни. Применяется на автомобилях с задним и полным приводом.

• Цилиндрическая, представляет собой две сцепленные параллельно цилиндрические шестерни. Этот тип главной передачи применяется на автомобилях с передним приводом.

• Гипоидная, представляет собой шестерни, расположенные под углом 45 градусов по отношению друг к другу. Применяется на автомобилях с задним и полным приводом.

• Червячная, представляет собой сцепленный перпендикулярно винт (червяк) и червячную ведомую шестерню. Применяется в рулевом механизме, в трансмиссии автомобилей не применяется.

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.

Чем отличается редуктор от дифференциала

Этот вопрос часто задают начинающие автомобилисты. Редуктор, как мы сказали выше, это узел, который повышает или понижает крутящий момент, приходящий на него от коленвала двигателя. А дифференциал – узел, который делит приходящий от редуктора крутящий момент между осями (межосевой дифференциал) или полуосями (межколесный дифференциал) в определенной пропорции, а также отвечает за подачу большего или меньшего крутящего момента на внешнее колесо при повороте автомобиля.

Поломки и ремонт редуктора

Наиболее часто в автомобильных редукторах выходят из строя шестерни, сальники и подшипники. Причина – износ этих деталей вследствие эксплуатации с повышенными нагрузками, длительного масляного голодания по причине недостатка . Диагностируются эти поломки по наличию гула или щелчков в местах соединений шестерен и подшипников. Износ сальников можно определить по каплям трансмиссионной жидкости, которая просачивается через появившиеся трещины в уплотнителях. Рекомендуется при каждом ТО проверять работу этих элементов редуктора и при необходимости – заменять износившиеся детали на новые.

Реже происходит поломка самого корпуса автомобильного редуктора или обрыв креплений, при помощи которых он присоединяется к основанию. Эта поломка может произойти при наезде автомобиля на какое-нибудь препятствие. В образовавшуюся при поломке щель может попасть пыль и грязь, которая повлияет на состояние трансмиссионной жидкости. Та, в свою очередь, не сможет выполнять свои функции, что приведет к перегреву шестерен, поломке или износу их зубьев. Повреждение корпуса редуктора чревато еще и появлением громкого гула, который производят работающие элементы, что скажется на акустическом комфорте при езде. Диагностировать неисправность корпуса редуктора можно по появлению под ним следов трансмиссионного масла. В этом случае можно заварить корпус редуктора или заменить его на новый.

В любом случае, чтобы не допустить выхода из строя редуктора, нужно следить за уровнем залитой в него трансмиссионной жидкости, менять ее через каждые 100 тысяч километров пробега или при вынужденной замене сальников. Рекомендуется также периодически диагностировать работу трансмиссии и при появлении малейших признаков поломки элементов редуктора своевременно проводить их замену и текущий ремонт.

Раздел 18. Приводы. Редукторы и мотор-редукторы общего назначения

Приводы. Классификация.

Объектами курсового проектирования в курсе «Детали машин» обычно являются приводы машин и механизмов (например: приводы ленточных транспортеров, цепных конвейеров, индивидуальные приводымашин и механизмов ), использующие большинство деталей и узлов общего назначения.

Привод машины - система, состоящая из двигателя и связанных с ним устройств дл я приведения в движение одного или нескольких твердых тел, входящих в состав машины.

Структурная схема привода включает двигатель того или иного типа и трансмиссию.

Трансмиссия - устройство для передачи вращения от двигателя к потребителям энергии; может быть механической, электрической, гидравлической, пневматической и комбинированной.

В курсовом проекте трансмиссия состоит из комбинации редуктора и открытой передачи.

Приводы транспортных машин, разнообразного станочного оборудования, вспомогательных устройств и средств механизации различных работ (стенды, установки, приспособления с машинным приводом) и т.п. допускают применение стандартных двигателей и однотипных механических передач, в том числе стандартных редукторов, что позволяет отнести эти приводы к категории общего назначения.

Машинные приводы общего назначения классифицируют по ряду признаков.

Основными из них являются:

Число двигателей и схемы соединения их с передачами;

Тип двигателя; тип передачи.

Особую группу составляют приводы, в которых используют встраиваемые двигатели или встраиваемые механические передачи - мотор-редукторы .

По числу двигателей различают приводы:

Групповой,

Однодвигательный,

Многодвигательный.

Групповым называют привод, при котором от одного двигателя посредством механических передач приводятся в движение несколько отдельных механизмов или машин. Привод этого типа применяется в различных строительных и погрузочно-разгрузочных машинах. Групповой привод имеет низкий КПД, громоздок и сложен по конструкции.

Однодвигательный привод наиболее распространен, особенно при использовании электродвигателей. Каждая производственная машина снабжается индивидуальным приводом.

Многодвигательным называется привод, если отдельные механизмы машины приводятся в движение от отдельных двигателей. При этом два или более двигателей могут соединяться с одной и той же передачей соответствующей конструкции. Многодвигательный привод используется в исполнительных механизмах строительных, путевых, грузоподъемных, транспортных и других машин и станочного оборудования и включает электродвигатели и гидромоторы .

По типу двигателей различаются приводы:

Электрические,

С двигателями внутреннего сгорания,

С паровыми двигателями,

Гидропривод,

Пневмопривод .

Приводы могут иметь следующие типы передач :

Цилиндрические зубчатые,

Конические зубчатые,

Червячные,

Планетарные,

Волновые,

Комбинированные,

Гидродинамические,

Ременные,

Винт-гайка.

По расположению механизма привода в пространстве различают:

Приводы с горизонтальным тихоходным выходным валом;

Приводы с вертикальным тихоходным выходным валом.

В зависимости от расположения привода конструируют элементы передач и выбирают тип и исполнение двигателя.

Редукторы

Редуктором называют агрегат, содержащий передачи зацеплением и предназначенный для повышения вращающего момента и уменьшения угловой скорости двигателя. Редукторы широко применяют в различных отраслях машиностроения благодаря высоким экономическим, потребительским и другим характеристикам. В корпусе редуктора размещены зубчатые или червячные передачи, неподвижно закрепленные на валы. Валы опираются на подшипники, размещенные в гнездах корпуса. Установка передачи в отдельном корпусе гарантирует точность сборки, лучшую смазку, более высокий КПД, меньший износ, а также защиту от попадания в нее пыли и грязи. Во всех ответственных установках вместо передач назначают редукторы. Редукторы имеют исключительно широкое применение.

Назначение редуктора - понижение угловой скорости и соот­ветственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим. Механизмы для повышения угловой скорости, выполненные в виде отдельных агрегатов, называют ускорителями или мультипликаторами.

Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или свар­ного стального), в котором помещают элементы передачи - зубчатые колеса, валы, подшипники и т. д. В отдельных слу­чаях в корпусе редуктора размещают также устройства для смазывания зацеплений и подшипников (например, внутри корпуса редуктора может быть помещен шестеренный масляный насос) или устройства для охлаждения (например, змеевик с охлаждающей водой в корпусе червячного редуктора).

Редуктор проектируют либо для привода определенной машины, либо по заданной нагрузке (моменту на выходном валу) и передаточному числу без указания конкретного назна­чения. Второй случай характерен для специализированных заво­дов, на которых организовано серийное производство редукто­ров.

Редуктор общемашиностроительного применения - редуктор, выпол­ ненный в виде самостоятельного агрегата, предназначенный для приводаразличных машин и механизмов и удовлетворяющий комплексу техни­ ческих требований .

Редукторы общемашиностроительного применения, несмотря на к онструктивные различия, близки по основным технико-экономическим характеристикам: невысокие окружные скорости, средние требования к надёжности, точности и металлоемкости при повышенных требованиях по трудоемкости изготовления и себестоимости. Это их отличает от специаль ных редукторов (авиационных, судовых, автомобильных и др.) , выполненных с учетом специфических требований, характ ерных для отдельных отраслей сельского хозяйства.

Внешние (потребительские) характеристики редукторов каждого типа определяются следующим:

Кинематической схемой редуктора,

Передаточным числом u (частотой вращения выходного вала),

Вращающим моментом на выходном валу,

Допускаемой консольной нагрузкой на выходном валу,

Силовой характеристикой редуктора,

Коэффициентом полезного действия (КПД).

По ГОСТ 16162-86Е к редукторам общемашиностроительного применения относят:

Цилиндрические одно-, двух- и, трехступенчатые с межосевым расстоянием тихоходной ступени a ω т ≤ 710 мм;

Цилиндрические планетарные одно- и двухступенчатые с радиусом расположения осей сателлитов водила тихоходной ступени r ≤ 200 мм;

Конические одноступенчатые с номинальным внешним делительным диаметром ведомого колеса d вм ≤ 630 мм;

Коническо -цилиндрические двух- и трехступенчатые с межосевым расстоянием тихоходной ступени a ω т ≤ 250 мм;

Червячно-цилиндрические двухступенчатые с межосевым расстоянием тихоходной ступени a ω т ≤ 250 мм.

В соответствии с ГОСТ 29076–91 редукторы и мотор-редукторы обще­ машиностроительного применения классифицируют в зависимости от :

Вида применяемых передач (зубчатые , червячные или зубчато -червячные);

Числа ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые и т. д.);

Взаимного расположения геометрических осей входного и выходного валов в пространстве (горизонтальное и вертикальное);

Типу зубчатых колес (цилиндрические , конические, коническо -цилиндрические и т. д.);

Способа крепления редуктора (на приставных лапах или на плите, фланец со стороны входного/выходного вала насадкой);

Расположения оси выходного вала относительно плоскости основания и оси входного вала (боковое, нижнее, верхнее) и числа входных и выходных концов валов.

Особенностям кинематической схемы (разверну­тая , соосная, с раздвоенной ступенью и т. д.).

Тип и конструкция редуктора определяются видом, расположением и количеством отдельных его передач (ступеней).

Самый простой зубчатый редуктор – одноступенчатый (цилиндрический (рис.1.1, а )). Используется при малых передаточных числах i ≤ 8 … 10, обычно i ≤ 6,3.

Двухступенчатый цилиндрический зубчатый редуктор (1.1,б ) является наиболее распространенным (их потребность оценивается в 65%). Для них наиболее характерны числа i = 8-40.

Трехступенчатые редукторы (рис.1.1, в ) применяются при больших передаточных числах. Однако имеется тенденция замены их более компактными планетарными редукторами.

Конические зубчатые редукторы применяются в том случае , когда быстроходный тихоходный валы должны быть взаимно перпендикулярны. Обычно передаточное число таких редукторов невелико i ≤ 6,3. При i >12,5 применяют коническо -цилиндрические редукторы (рис.1.1,ж ).

Рис.1.1. Зубчатые редукторы

Для улучшения работы наиболее нагруженной тихоходной ступени (T ) используются редукторы с раздвоенной быстроходной ступенью (рис.1.1, г ). Для создания равномерной нагрузки обеих зубчатых пар быстроходной ступени, их делают косозубыми, причем, одну пару правой, а вторую – левой. Зубчатые колеса на тихоходном валу располагаются симметрично. При этом деформация вала (Т ) не вызывает существенной концентрации нагрузки по длине зубьев. Это положительное явление. Такие редукторы получаются на 20% легче, чем по обычной развернутой схеме (рис.1.1, в ).

Соосные редукторы (рис.1.1, д ) применяют с целью уменьшения длины корпуса или других конструктивных особенностей привода.

Мотор-редукторы представляют собой компактные агрегаты, в которых редуктор и мотор монтируются в одном корпусе. В большинстве случаев мотор-редукторы имеют зубчатые передачи. Они более экономичны, чем тихоходные электродвигатели, имеют более высокий КПД. Но из-за сложности конструкции мотор-редукторы применяются редко.

Одноступенчатые червячные редукторы наиболее распространены. Диапазон передаточных чисел: U = 8-63. При больших значениях "U " применяют двухступенчатые червячные редукторы или комбинированные зубчато -червячные. Редукторы выполняются со следующим расположением червяка и червячного колеса:

С нижним расположением червяка (под колесом) – применяются при окружных скоростях червяка V ≤ 5 м/ c ; смазка – окунанием червяка, допускают передачу большой мощности по критерию нагрева (рис.1.2, а ).

С верхним расположением червяка (червяк над колесом) – применяются в быстроходных передачах; смазка осуществляется окунанием колеса (рис.1.2,б ).

Червяк с горизонтальной осью, сцепляющейся с колесом, имеющим вертикальную ось (рис.1.2,в ).

Червяк с вертикальной осью, расположенный сбоку колеса. Колесо имеет горизонтальную ось (рис.1.2,г ).

Две последних конструкции применяют ограниченно, в связи с трудностью смазки подшипников вертикальных валов

Возможности получения больших передаточных чисел при малых габаритах обеспечивают планетарные и волновые ре­дукторы.

Рис.1.2. Схемы червячных редукторов: а ) с нижним; б ) с верхним; в, г ) с боковым расположением червяка

Для обозначения передач в редукторе используют заглавные буквы русского алфавита по простому мнемоническому правилу: Ц – цилиндрическая, П – планетарная, К - коническая, Ч – червячная, Г – глобоидная, В – волновая. Количество одинаковых передач обозначается цифрой. Оси валов, расположенные в горизонтальной плоскости, не имеют обозначения. Если все валы расположены в одной вертикальной плоскости, то к обозначению типа добавляется индекс В. Если ось быстроходного вала вертикальна, то добавляется индекс Б, а к тихоходному соответственно – Т.

Мотор – редукторы обозначаются добавлением спереди буквы М. Например, МЦ2СВ означает мотор – редуктор с двухступенчатой соосной цилиндрической передачей, где горизонтальные оси вращения валов расположены в одной вертикальной плоскости, здесь В не индекс, поэтому пишется рядом с заглавной буквой.

Обозначение типоразмера редуктора складывается из его типа и главного параметра его тихоходной ступени. Дляцилиндрической, червячной глобоидной передачи главным параметром является межосевое расстояние; планетарной – радиус водила, конической – диаметр основания делительного конуса колеса, волновой – внутренний посадочный диаметр гибкого колеса в недеформированном состоянии.

Под исполнением принимают передаточное число редуктора, вариант сборки и формы концов валов. Пример условного обозначения одноступенчатого цилиндрического редуктора с межосевым расстоянием 160 мм и передаточным числом 4: редуктор Ц-160-4.

Вариант сборки цилиндрических редукторов и формы концов валов по ГОСТ 20373-74; червячных редукторов – по ТУ 2.056.218-83, а коническо – цилиндрических редукторов – ГОСТ 20373-80.

Редукторы общемашиностроительного применения в приводах комплектуются преимущественно четырехполюсными электродвигателями.

По ГОСТ 16162-86Е основные параметры редукторов определяют при номинальной частоте вращения быстроходного вала n б =1500 об/мин. Допускается использование редукторов при n б =3000 об/мин, с условием, что окружная скорость зубчатых передач не превышает 16 м/с.

Выбор горизонтальной или вертикальной схемы для редукторов всех типов обусловлен удобством общей компоновки привода (относительным расположениемдвигателяирабочего вала приводимой в движение машины и т.д.).

Двигатель и трансмиссия, как правило, монтируются на общей раме.

Новые редукторы имеют гладкие основания корпусов с утопленными лапами, а крышки имеют горизонтальные поверхности верхних частей, служащие технологическими базами (рис.1.3).

Корпуса редукторов новой конструкции имеют следующие преимущества:

1. Увеличен объем масла, что увеличивает срок его годности.

2. Возможность исключения фланцев, как основного источника неплоскостности .

3. Большая жесткость основания и податливая крышка корпуса, что улучшает виброакустические свойства.

4. Меньшее коробление при старении, что исключает течь масла;

5. Уменьшение отказов примерно на 30% из-за повышенной прочности утопленных лап.

6. Упрощение дренажирования накопленного масла от разбрызгивания из подшипниковых узлов.

7. Возможность повышения точности расположения осей валов .

8. Простота наружной обработки.

9. Отсутствие цековки под головки стяжных винтов корпуса с основанием.

10. Обеспечение требования технической эстетики.

Рис.1.3. Корпус редуктора типа КЦ1 новой конструкции

Основные детали и показатели качества редукторов, мотор – редукторов и вариаторов

Для удобства сборки корпус редуктора выполняется составным – основание и крышка. Основание с помощью лап или пояса крепится к фундаменту или раме. Для точной установки крышки на основание корпуса пользуются коническими штифтами.

Корпус редуктора должен быть прочным и жестким, т.к. его деформации могут вызвать перекос валов и неравномерное распределение нагрузки по длине зубьев. Для повышения жесткости корпуса его усиливают наружными или внутренними ребрами.

Корпусы редукторов обычно выполняют литыми из серого чугуна (СЧ 15-32/ СЧ 18-36) средней прочности. Для передачи больших мощностей или ударных нагрузок корпусы отливают из высокопрочного чугуна или стали. В индивидуальном и мелкосерийном производствах корпусы редукторов изготавливают сварными из листовой стали.

Основные размеры корпуса – длина, ширина и высота – применяются в зависимости от размеров зубчатых колес. Другие размеры находятся по эмпирическим формулам.

Валы , как правило, подвергают улучшению до твердости НВ 270 – 300. Валы d ≤ 80 мм допускается изготавливать из стали 45; диаметром d = 80-125 – из стали 40 X ; а валы d = 125 – 200 мм – из стали 40ХН; 35ХМ. Тихоходные валы имеют выходной конец, в котором напряжения кручения составляют около 28 МПа концы валов целесообразно выполнять коническими.

Опоры валов редукторов выполняютсяв виде подшипников качения. Обычно в опорах устанавливается по одному подшипнику качения. При малых и средних нагрузках применяют шарикоподшипники, при средних и больших – роликоподшипники. В редукторах с шевронной передачей быстроходный вал передачи устанавливают на плавающих, обычно, цилиндрических роликоподшипниках. Это обеспечивает самоустановку вала по оси и одинаковую нагрузку полушевронов.

В редукторах с конической передачей для лучшей фиксации зубчатых колес в осевом направлении валы передачи рекомендуется устанавливать на радиально-упорных, чаще конических роликоподшипниках.

Смазка зацепления при V ≤ 12,5 м/ c рекомендуется картерная (окунанием). Емкость масляной ванны назначают из расчета 0,35 – 0,7 литра на I кВт передаваемой мощности (большие значения – при большей вязкости масла и наоборот). Зубчатые колеса следует погружать в масло на глубину 3-4 модуля. Тихоходные колеса (2-й и 3-й ступени) при необходимости допустимо погружать на величину до 1/3 диаметра колеса. В редукторах с быстроходными передачами применяют струйную или циркуляционную смазку, осуществляемую под давлением. Масло, прокачиваемое насосом, проходит через фильтр и при необходимости через охладитель, а затем поступает к зубьям через трубопровод и сопла. При окружной скорости V ≤ 20 м/c для прямозубых передач и при V ≤ 50 м/с для косозубых масло подается непосредственно в зону зацепления. При V > 50 м/ c (V > 20 м/ c ) , во избежание гидравлического удара, масло подается раздельно на шестерню и колесо и на некотором расстоянии от зоны зацепления.

Смазка подшипников редуктора при V > 4 м/ c может осуществляться тем же маслом, что и зубчатых колес, путем разбрызгивания масла. При V < 4 м/с предусматривается самостоятельная (консистентная) смазка. При больших скоростях и нагрузках на подшипники предусматривается смазка под давлением, осуществляемая от общей системы.

Расчет зубчатого редуктора состоит из расчета его элементов – передач, валов, шпонок, подшипников. Для редукторов большой мощности производится тепловой расчет. При расчете зубчатых передач редукторов, выполненных в виде самостоятельных агрегатов, основные параметры этих передач должны быть согласованы с соответствующими ГОСТ.

Червячные колеса с целью экономии цветных металлов выполняются с венцом из антифрикционных материалов и стальным или чугунным центром.

- бандажированная конструкция, в которой бронзовый обод (венец) посажен на стальной центр с натягом. Рекомендуется легкопрессовая реже прессовая посадки. Чтобы исключить возможность сдвига венца, ввертывают в стыкуемые поверхности винты. Конструкция применяется для колес относительно небольших размеров и ненапряженных в тепловом отношении (рис. 1.4).

Болтовая конструкция, в которой бронзовый венец, выполненный с фланцем, прикрепляется болтами к ступице колеса. Применяется для колес больших и средних диаметров.

Б иметаллическая конструкция, бронзовый венец, который отлит в форму с предварительно вставленным в нее центром. Конструкция наиболее рациональна и применяется в редукторах серийного производства.

Рис.1.4.Типовые конструкции зубчатых венцов червячных колес

В червячных передачах, как правило, применяются подшипники качения.

Смазка червячных передач с нижним расположением червяка (рис. 1.2) осуществляется окунанием. Уровень масла таков, чтобы погружался в масло на глубину, близкую к высоте витка. Если червяк расположен сверху, то уровень масла роли не играет (при средних и небольших скоростях). В быстроходных передачах этого типа применяют циркуляционную – принудительную смазку.

Важнейший характеристический размер, в основном определяющий нагрузочную способность, габариты и массу редуктора называют главным параметром редуктора. Главный параметр цилиндрических, червячных и глобоидных редукторов - межосевое расстояние a w тихоходной ступени, планетарных - радиус r водила , конических - номинальный внешний делительный диаметр d e 2 колеса , волновых - внутренний диаметр d 2 гибкого колеса.

Для многоступенчатых редукторов и мотор-редукторов показателями назначения являются межосевое расстояние и радиус расположения осей сателлитов и задают их по величине выходной ступени с обозначением a ω T и R т.

Основная энергетическая характеристика редуктора – номинальный момент Т ном , представляющий собой допустимый крутящий момент на его тихоходном (ведомом) валу при постоянной нагрузке.

Рекомендуемый ряд крутящих моментов на тихоходных валах редукторов в соответствии с проектом международного стандарта составляет по нормальному ряду чисел со знаменателем 2 в диапазоне 1-125 Н∙ м и со знаменателем 1,41 в диапазоне 125–1000000 Н∙ м .

Передаточные числа редукторов выбирают по нормальному ряду чисел со знаменателем 1,25 (1-й предпочтительный ряд) или со знаменателем 1,12 (2-й ряд).

Межосевые расстояния быстроходной (α w Б ) и тихоходной (α wT ) ступеней двух и трехступенчатых редукторов зубчатых цилиндрических должны соответствовать ГОСТ

Одноступенчатыередукторыимеют наибольшие передаточные числа u :

Для цилиндрических передач до 8;

Для конических до 6,3;

Для червячных до 80.

Выпускаются редукторы и мотор-редукторы в широком диапазоне передаточных чисел: от u min =1 (для одноступенчатых конических и цилиндрических редукторов) до u max =3150 (для мотор-редукторов, планетарных и некоторых других типов редукторов). Большинство отечественных и зарубежных редукторов имеют u ≤ 160. Около 75 % редукторов выполняют в двухступенчатом исполнении (u =8-40).

Номинальные значения передаточных чисел редукторов установлены двумя рядами (1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20 и т.д.).

Редукторы общемашиностроительного применения допускают вращающие моменты на выходном валу Т т =(31,5-125000) Нм .

Для обеспечения взаимозаменяемости редукторов составлены три ряда номинальных значений моментов Т т (Нм ).

Так, ряд 1 включает значения Т т =31,5; 45; 63; 90; 125; 180; 250; 355; 500; 710; 1000 и др.

Реальный диапазон передаточных отношений (чисел) редукторов - от 1 до 1000. Значения передаточных отношений должны соответствовать ряду R 20 предпочтительных чисел (ГОСТ 8032–84).

Критерием технического уровня редуктора служит относительная масса Y = т/Т , где т - масса редуктора, кг; Т - вращающий момент, Нм .

Тип редуктора, параметры и конструкцию определяют в зависимости от его места в силовой цепи машины, передаваемой мощности, частоты вращения, назначения машины и условий ее эксплуатации.

При проектировании назначенного типа редуктора за исходные принимают следующие данные: передаточное отношение, вращающий момент на тихоходном валу, частоту вращения быстроходного вала, режим нагружения , необходимую долговечность, технологические возможности завода-изготовителя (имеющиеся материалы, типы загото­ вок, виды проводимых термической и термохимической обработок).

К определяющим параметрам относят межосевые расстояния, внеш­ние делительные диаметры конических колес, радиусы водил или дели­тельные диаметры центральных колес с внутренними зубьями в плане­ тарных передачах, ширину колес, модули и передаточные отношения, коэффициенты, диаметры червяка и число винтов червяка (для червячных передач).

Классификационные группировки редукторов, мотор-редукторов и вариаторов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Старшая классификационная группировка	Младшая классификационная группировка
Редукторы нормализованные	Цилиндрические Планетарные Конические Коническо -цилиндрические Червячные Волновые Мотор-редукторы цилиндрические Мотор-редукторы планетарные Мотор-редукторы с зацеплением Новикова Мотор-редукторы червячные Мотор-редукторы волновые
Вариаторы	Ременные Многодисковые Конусные Торовые

Номенклатура показателей качества редукторов, мотор-редукторов и вариаторов общемашиностроительного применения, используемых при оценке уровня качества продукции, установленная по ГОСТу 4. 128-84 приведена в таблице 2.

Таблица 2

Наименование показателя качества	Обозначение показателя	Наименование характеризуемого свойства
1.1. Классификационные показатели
1.1.1. Номинальная мощность на входном валу, кВт 1.1.2. Номинальная мощность на выходном валу, кВт 1.1.3. Номинальная частота вращения входного вала, с -1 (мин –1) 1.1.4. Номинальная частота вращения выходного вала, с -1 (мин –1) 1.1.5. Передаточное число 1.1.6. Передаточное отношение 1.1.7. Диапазон регулирования	Р вх.н ом Р вых.н ом n вх.ном n вых . ном u i
1.2. Показатели функциональной и технической эффективности
1.2.1. Номинальный вращающий момент на выходном валу, Нм 1.2.2. Допускаемая радиальная консольная нагрузка на входной вал, Н 1.2.3. Допускаемая радиальная консольная нагрузка на выходной вал, Н	Т вых.н ом F вх F вых	Нагрузочная способность Нагрузочная способность Нагрузочная способность
1.3. Конструктивные показатели
1.3.1. Удельная масса, кг /Нм 1.3.2. Габаритные размеры (длина, ширина, высота), мм 1.3.3. Межосевое расстояние, мм 1.3.4. Внутренний диаметр гибкого колеса, мм 1.3.5. Радиус расположения осей сателлитов, мм 1.3.6. Внешний диаметр делительный конического колеса	𝛾 L × B × H a 𝜔 T d R d e2	Эффективность исполь­зо­вания материала Определяющие размеры Определяющие размеры Определяющие размеры Определяющие размеры Определяющие размеры Стойкость к воздействию климатического фактора
2. Показатели надежности
2.1. Установленная безотказная наработка, ч (ГОСТ 27.002-89) 2.2. Полный средний срок службы, год (ГОСТ 27.002-89) 2.3. Полный установленный срок службы, год (ГОСТ 27.002-89) 2.4. Полный девяносто процентный ресурс передач, ч (ГОСТ 27.002-89)	Т сл Т сл.у	Безотказность Долговечность Долговечность Долговечность
2.5. Полный девяносто процентный ресурс гибкой передачи,(ремня, цепи) 2.6. Полный девяносто процентный ресурс подшипников, ч (ГОСТ 27.002-89) 2.7. Удельная суммарная трудоемкость технических обслуживаний, чел-час /час (ГОСТ 27.002-89)	S т.о .	Долговечность Долговечность Ремонтопригодность
3. Показатели унификации
3.1. Коэффициент применяемости,% 3.2. Коэффициент повторяемости,%	К пр К п	Степень заимствования Степень применяемости
4. Эргономический показатель
4.1.Корректированный уровень звуковой мощности, дБА	L ра	Звуковое давление
5. Патентно-правовые показатели
5.1. Показатель патентной защиты 5.2. Показатель патентной чистоты	Р п.з . Р п.ч .	Патентная защита Патентная чистота
6. Показатель экономного использования энергии
6.1. Коэффициент полезного действия, %	𝜂	Эффективность использования энергии

Требования к системе качества установлены в ГОСТ Р ИСО 9001 – ГОСТ Р ИСО 9003. Эти стандарты отражают три разные модели системы качества с точки зрения жизненного цикла продукции, например, на стадии промышленного производства, при модернизации и аттестации продукции.

Разработкой методов количественной оценки качества занимается наука – квалиметрия. При этом производится многоуровневая оценка качества с позиции системного подхода.

Одноступенчатые цилиндрические редукторы

Данный тип редукторов отличаются числом ступеней и положением валов.

Из редукторов рассматриваемого типа наиболее распростра­нены горизонтальные (рис. 2). Вертикальный одноступенча­тый редуктор показан на рис. 3. Как горизонтальные, так и вертикальные редукторы могут иметь колеса с прямыми, ко­сыми или шевронными зубьями. Корпуса чаще выполняют литыми чугунными, реже - сварными стальными. При серий­ном производстве целесообразно применять литые корпуса. Валы монтируют на подшипниках качения или скольжения. Последние обычно применяют в тяжелых редукторах.

Компоновочные возможности одноступенчатых редукторов ограничены и отличаются расположением осей валов в пространстве. Диапазон передаточных чисел u =1,6…6,3. Угол наклона косозубых передач β =8 0 …22 0 .

Максимальное передаточное число одноступенчатого цилиндрического редуктора по ГОСТ 2185-66 u m ах = 12,5. Высо­та одноступенчатого редуктора с таким или близким к нему пере­даточным числом больше, чем двухступенчатогостемжезна­чением и (рис. 1.5). Поэтому практически редукторы с передаточными числами, близкими к максимальным, применяют редко, ограничиваясь и ≤ 6. Ново-Краматорский машиностроитель­ный завод (НКМЗ) выпускает крупные (межосевые расстояния а w = 300 ÷ 1000 мм) одноступенчатые горизонтальные редук­торы с и = 2,53 ÷ 8,0.

Выбор горизонтальной или вертикальной схемы для редукто­ров всех типов обусловлен удобством общей компоновки при­вода (относительным расположением двигателя и рабочего вала приводимой в движение машины и т. д.).

Рис.1.5. Сопоставление габаритов одноступенчатого и двухступенчатого редукторов

с цилиндрическми колесами при одинаковом передаточном числе u = 8,5

Краткая техническая характеристика редуктора типа Ц1У общего назначения приведена в таблице 3. Кинематическая схема, чертеж общего вида без третьей проекции и общий вид в аксонометрии показаны на рис.2.

Вариант одноступенчатого узкого цилиндрического редуктора с расположением горизонтальных осей валов в вертикальной плоскости типа Ц1УВ показан на рис.3. В данной конструкции для смазки подшипников быстроходного вала предусмотрено дополнительное устройство в виде желоба и каналов с заглушками.

Рис.2. Редуктор типа Ц1У - a 𝛚 - U p -12К

Рис.3. Редуктор типа Ц1УВ – a 𝛚 - U p -15К

Таблица 3

Типоразмер редуктора	Передаточное число - u Р	Номинальный крутящий момент на вых . валу, Нм	Масса редуктора в кг
	(2; 3,15; 4;5; 6,3)

Двухступенчатые цилиндрические редукторы

Среди двухступенчатых цилиндрических редукторов общего назначения имеют широкое применение горизонтальные редукторы типа 1Ц2У (рис.4). Основные параметры приведены в таблице 4.

В двухступенчатых редукторах расположены три вала. Первый из них, расположенный ближе к двигателю, называется ведущим и имеет индекс 1 (например, d 1); второй вал является промежуточными имеет индекс 2 (например, d 2); третий вал называется ведомым и имеет индекс 3 (например, d 3). Ведущий и промежуточный валы образуют быстроходную ступень, имеющую индекс 1 или б (а 1 , U 1 или а б , U б ), промежуточный и ведомый валы образуют тихоходную ступень, имеющую индекс 2 или т (а 2 , U 2 или а т , U т ). Шестерни и червяки имеют нечетные индексы, колеса - четные индексы. Например, шестерня, расположенная на ведущем валу, имеет индекс 1 (d 1 , z 1 , HB 1), а шестерня, расположенная на промежуточном валу, имеет индекс 3 (d 3 , z 3 , HB 3). Колесо, расположенное на ведомом валу имеет индекс 4 (d 4 , z 4 , HB 4).

Рис.4. Горизонтальные редукторы типа 1Ц2У

Рис. 4.1. Двухступенчатый горизонтальный редуктор с цилиндрическими колесами:

а - кинематическаясхема;б - редукторсоснятойкрышкой(колесакосозубые);

в - общий вид редуктора, у которого подшипниковые узлызакрыты врезнымикрышками;

г - общийвид редуктора, у которого подшипниковые крышки привернуты винтами

Цилиндрические пары цилиндрических редукторов выполняют по развернутой узкой (рис.5,а), развернутой (рис.5,б) или соосной (рис.5,в) схеме с одним или двумя потоками мощности.

В отношении типа зубьев и подшипников в двухступенча­тых редукторах справедливо сказанное относительно одно­ступенчатых цилиндрических редукторов; часто быстроходную ступень выполняют косозубой , а тихоходную - прямозубой (это относится как к соосным, так и к несоосным редукторам).

Рис. 5. Кинематические схемы цилиндрических редукторов

Наибольшее распространение имеет развернутая схема за счет рациональной унификации деталей редуктора. Так, например, шестерни, колеса и валы можно использовать для изготовления редукторов нескольких типоразмеров. Эти редукторы отличаются простотой, но из-за несимметричного расположения колес на валах повышается концентрация нагруз­ки по длине зуба. Поэтому в этих редукторах следует приме­нять жесткие валы.

При использовании косозубых передач рекомендуетсяс целью унификации выбирать направление зуба шестерни - левое, для колеса - правое во всех ступенях редуктора. Эти рекомендации оправданы для крупносерийного и массового производства, так как унификация деталей приводит к снижению себестоимости. Однако, в единичном и мелкосерийном производстве целесообразно на первой ступени брать направление зубьев шестерни - левое, а шестерни второй ступени - правое. Это вызвано тем, что осевые силы на промежуточном валу частично уравновешиваются, тем самым снижается осевая нагрузка на опоры.

Развернутую схему целесообразно использовать до a ω T = 630...800 мм. Редуктор, спроектированный по развернутой схеме, получается удлиненной формы. Масса такого редуктора примерно на 20% больше, чем у редуктора, спроектированного по раздвоенной схеме.

В раздвоенной схеме быстроходная или тихоходная ступень раздваивается на две косозубые передачи с встречным направлением зуба, образуя фактически шевронную передачу с разнесенными полушевронами. Более рациональной считается схема с раздвоенной быстроходной ступенью, так как в ней удваивается номенклатура менее нагруженных деталей, упрощается промежуточный вал, его можно выполнить как вал-шестерню, появляется возможность сделать быстроходный вал “плавающим”, это предпочтительнее, чем делать “плавающим” промежуточный или тихоходный вал при раздвоенной тихоходной ступени.

Редуктор с раздвоенной быстроходной ступенью, имею­щий косозубые колеса, показан на рис. 5.1. Тихоходная ступень при этом может иметь либо шевронные колеса, либо прямозубые (рис. 5.1, б). Кинематическая схема и общий вид редуктора с раздвоенной тихоходной ступенью показаны на рис. 5.2.

При раздвоенной быстроходной (или тихоходной) ступени колеса расположены симметрично относительно опор, что приводит к меньшей концентрации нагрузки по длине зубьев, чем при применении обычной развернутой или соосной схемы. Это позволяет иметь в рассматриваемом случае менее жест­кие валы. Быстроходный вал редуктора, показанного на рис. 5.1,б, должен иметь свободу осевого перемещения («плавающий» вал), что обеспечивается соответствующей кон­струкцией подшипниковых узлов; в редукторе с шевронными тихоходными колесами свободу осевого перемещения должен иметь и тихоходный вал. При соблюденииуказанногоусловия нагрузка распределяется поровну между параллельно работаю­щими парами зубчатых колес.

Рис. 5.1. Двухступенчатыйгоризонтальныйредуктор с раздвоенной первой (быстроходной) ступенью:

а - кинематическая схема; б -о бщий вид (без крышки)

Рис. 5.2. Двухступенчатый горизонтальный редуктор с раздвоенной второй (тихоходной) ступенью:

а - кинематическая схема; б - общий вид (6eз крышки)

В соосной схеме (рис.6) ось быстроходного вала совпадает с осью тихоходного вала, это дает возможность компоновать технические устройства в осевом направлении. Редуктор, выполненный по соосной схеме, имеет массу, габариты и стоимость такие же как и редуктор, выполненный по развернутой схеме. В соосном редукторе быстроходная ступень редуктора является недогруженной, так как силы, возникающие в зацеплении колес тихоходной ступени, значительно больше, чем в быстроходной, а межосевые расстояния ступеней одинаковы (а ω Б = а ω T ). Указан­ное обстоятельство является одним из основных недостатков соосных редукторов.

Хотя при сравнительно небольшом общем передаточном числе (и ≈ 8 ÷ 16) можно (при обеспечении удовлетворительной компоновки редуктора) так произвести разбивку общего передаточного числа по ступеням, что нагрузочная способность быстроходной ступени будет использована полностью.

Кроме того, к их недостаткам относят также:

а) большие габариты в направлении геометрических осей валов, по сравнению с редукторами, выполненными по развер­нутой схеме;

б) затруднительность смазывания подшипников, располо­женных в c редней части корпуса;

в) большоерасстояниемеждуопорамипромежуточного вала, поэтому требуется увеличить его диаметр для обеспече­ния достаточной прочности и жесткости;

г) некоторое усложнение конструкции опоры быстроходного и тихоходного вала, расположенной внутри редуктора.

Очевидно, применение соосных редукторов ограничивается случаями, когда нет необходимости иметь два выходных конца быстроходного или тихоходного вала, а совпадение геометри­ческих осей входного и выходного валов удобно при намеченной общей компоновке привода. Соосные редукторы очень удобны для использования в машинах с повторно-кратковременным режимом работы.

, б показана кин ематическая схема соосного редуктора с уменьшенными размерами в осевом направлении за счет отсутствия внутренней стенки. Оба п одшипника быстроходного вала размещены в стакане, который одновр еменно предназначен и для установки одной из опор тихоходного вала. Для увеличения жесткости стакан выполнен с толстыми оребренными ст енками; колесо тихоходной ступени, в отверстии которого размещен подшипник, изготовлено как одно целое с валом.

Рис.6. Соосный редуктор: а - конструкция, б - кинематическая схема.

Рис. 6.1. Двухступенчатый горизонтальный соосный редуктор:

а - кинематическая схема; б - общий вид

Схемы вертикальных цилиндрических двухступенчатых редукторов приведены на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Кинематические схемы двухступенчатых цилиндрических вертикальных редукторов:

а – выполненного по развернутой схеме (трехосного); б -с оосного

Наиболее компактными среди редукторов с неподвижными осями валов являются многопоточные редукторы, в которых поток мощности разветвляется от шестерни быстроходной ступени на ряд потоков и, пройдя через промежуточные валы, переходит на колесо тихоходной ступени, откуда снимается с учетом потерь мощности двигателя.

Многопоточные редукторы по сложности изготовления приближаются к планетарным , однако передаточные числа планетарных редукторов значительно выше, поэтому многопоточные редукторы имеют ограниченное применение. Их используют в случае необходимости симметричной компоновки привода относительно его продольной оси.

Двухступенчатые цилиндрические редукторы обычно приме­няют в широком диапазоне передаточных чисел: по ГОСТ 2185-66 u =6,3 ÷ 63. Крупные двухступенчатые цилиндрические редукторы, выпускаемые НКМЗ, имеют u = 7,33 ÷ 44,02.

От целесообразной разбивки общего передаточного числа двухступенчатого редукторапоего отдельным ступеням в значительной степени зависят габариты редуктора, удобство сма­зывания каждой ступени, рациональность конструкции корпуса и удобство компоновки всех элементов передач. Дать рекомен­дации разбивки передаточного числа, удовлетворяющие всем указанным требованиям, невозможно, и поэтому все рекомен­дации следует рассматривать как ориентировочные.

Ниже приведена разбивка передаточных чисел для некоторых двухступенчатых редукторов, выпускаемых НКМЗ:

Типоразмер

редуктора

u . . .	8,05	9,83	10,92	12,25	13,83	15,60	3,950	20,49	22,12	23,15
u Б . . .	2,30	2,808	3,125	Суммарное межосевое расстояние а с, мм	Передаточное число - u Р	Номинальный крутящий момент на выходном валу, Нм	Масса редуктора в кг .
				20(А1 ) 32(А1 ) 57 (А1 ),95

Необходимо отметить, что, если в редукторах типа 1Ц2У старой конструкции угол наклона зубьев составлял 8 0 06 " 34 " (cos β =0,9900), суммарное число зубьев 99 и 198, степень точности по 8 классу и наружными ребрами жесткости корпуса, то в редукторах новой конструкции угол наклона зубьев увеличенных до11 0 31 " 42 " (cos β =0,9900) и суммарное число зубьев составляет 49; 98; 196, степень точности зубчатых колес по ГОСТ 1643-81 доведены до 7 класса, а также применены корпуса новых конструкций.

Такая существенная модернизация позволяет повысить надежность, долговечность и улучшить квалиметрические характеристики выпускаемых редукторов и привести в соответствие международному стандартуISO 6336.

Если у редукторов типа Ц2 (Ц2Ш) быстроходная ступень представляла раздвоенную косозубую передачу (разнесенного шеврона), а тихоходная ступень – косозубую передачу до a ω T =710 мм и шевронную свыше a ω T >800 мм, то современные редукторы Российской Федерации имеют другие решения. При этом профессором Г.А. Снесаревым утверждалось, что раздваивать тихоходную ступень нецелесообразно.

Редукторы Санкт-Петербургского ПО «Эскалатор» типа Ц2 допускают применение в кранах с реверсированием, зубчатой пары быстроходной ступени, шевронная, с углом наклона β =29 0 32 " 29 " , а тихоходная ступень – раздвоенная косозубая с углом наклона β =8 0 6 " 34 " .

Внешний вид цилиндрического трехступенчатого горизонтального узкого редуктора типа Ц3У мало отличается от Ц2У, поэтому приведена краткая техническая характеристика (табл. 5) Ц3У.

Таблица 5

Типоразмер редуктора	Суммарное межосевое расстояние а с, мм	Передаточное число - u Р	Номинальный крутящий момент на вых . валу, Нм	Масса редуктора в кг .

Конические редукторы

Конические зубчатые редукторы применяются для передачи вращающего момента между валами, оси которых пересекаются под некоторым углом, как правило, равным 90° (рис.7).

Рис.7. Конструкции конических редукторов: а - обыкновенная, б - кинематическая схема, в - специальная: 1 - стакан ведущего зубчатого колеса,

2 - шлицевой фланец, 3 - ведущее зубчатое колесо, 4 - картер, 5 - суфлер, 6 - стакан ведомого зубчатого колеса, 7 - шлицевой фланец,

8 - ведомое зубчатое колесо, 9 - смотровой люк, 10 - магнитная пробка, 11 - заглушка (место установки термодатчика температуры масла)

В современных конических редукторах колеса выполняют с круговыми зубьями. Во избежание появления на шестерне отрицательной осевой силы, затягивающей шестерню в зацепление, целесообразно, чтобы направление вращения зубчатого колеса и направление наклона линии зуба колеса совпадали.

Передаточное число и одноступенчатых конических редук­торов с прямозубыми колесами,какправило,не выше трех; в редких случаях u = 4. При ко сых или криволинейныхзубьях u = 5 (в виде исключения и = 6,30).

У редукторов с коническими прямозубыми колесами до­пускаемая окружная скорость (по делительной окружности среднего диаметра) v ≤ 5 м/с . При более высоких скоростях рекомендуют применять конические колеса с круговыми зубьями, обеспечивающими более плавное зацепление и большую несу­щую способность.

Если в редукторе требуется осуществить весь набор передаточных чисел, то рекомендуется предусмотреть два типа корпуса: широкий при u = 1…2,8 (К1Ш) и узкий при u = 3,15…5. Распространенное значение угла наклона β П =35 0 .

Колесо располагают между опорами, а шестерню – консольно (рис.8). Установка между опорами значительно сложнее, для чего делают стакан с окном, что позволяет уменьшить длину редуктора.

Редуктор – механизм, чаще других используемый в машиностроении. Он передает крутящийся момент между червячными и зубчатыми передачами. В итоге вал исполняющего устройства вращается с необходимой скоростью и усилием. В промышленности применяются разные виды редукторов. Механизмы отличаются техническими характеристиками и конструкцией.

Описание конструкции редуктора

Независимо от типа редукторов, каждое изделие имеет корпус, в который помещены элементы, передающие вращающий момент: валы, шестерни, зубчатые колеса, цилиндры и т.д. В устройство могут быть помещены дополнительные элементы для охлаждения или смазки конструкции. Механизмы используют в приводах оборудования, где требуется передача и значительное усиление момента силы. Они позволяют увеличить передаваемое усилие и уменьшить угловую скорость.

Один из плюсов применения редукторов – изменение скорости вращения и величины момента силы выходного вала путем переключения передачи. Чтобы это стало возможным, в корпус изделия помещают систему переключения ступеней и определенное количество передач с разными передаточными числами. Такой подход уменьшает износ оборудования.

В изделия устанавливают часто прямые валы, повторяющие форму тел вращения. На них влияют внешние и консольные нагрузки, усилия от преодоления зацепления. Валовый крутящийся момент определяется редукторным крутящимся моментом или моментом силы привода. Консольная нагрузка зависит от способа соединения редукторного устройства с двигателем, типа усилия на вал.

Виды редукторов

При классификации устройств учитывают их технические характеристики и конструкцию. К основным типам редукторов относят:

• Одноступенчатые и многоступенчатые цилиндрические модели. Отличаются они параллельным размещением осей входного и выходного валов.
• Конические, коническо-цилиндрические модели. Оси валов у таких механизмов пересеченные.
• Червячные. Оси валов перекрещены в пространстве.
• Комбинированные модели. Они сочетают особенности перечисленных типов.

В зависимости от количества передач практически все редукторы разделяют на одноступенчатые и многоступенчатые.

Червячный тип редукторов

К этой категории относятся червячные, червячно-цилиндрические механизмы. Главный тип передачи в устройствах – червячный, который раннее называли зубчато-винтовым. Момент силы передается при зацеплении зубчатого колеса и трапецеидального винта (червяка). Производят изделия из устойчивых к износу материалов. В промышленности часто используют 3 вида червячных редукторов:

• однозаходные;
• двухзаходные;
• четырехзаходные.

Количество каналов резьбы на механизме определяет число заходов. В устройствах червячного типа винт зацепляется с одноименным колесом, которое по форме напоминает зубчатое. Зубья на нем заменены на резьбу, которая по форме подходит к трапецеидальному винту. В червячных устройствах, предназначенных для передачи большого крутящегося момента, колеса установлены из разных материалов. Для колесных ступиц используют чугун или из недорогой марки стали, а зубья изготавливают из антифрикционных материалов.

Самый значительный плюс применения редукторов червячного вида – высокая эффективность. Их устанавливают в оборудование, в котором большой момент силы, а угловая скорость маленькая. Основным движущим элементом механизма является трапецеидальный винт. Он начинает двигаться при вращении выходного вала.

Классификация

Типов червячных передач много. Их разделяют по следующим признакам:

• числу резьбовых заходов;
• направлению резьбы – правосторонняя или левосторонняя;
• форме резьбового профиля – конволютная, архимедова, эвольвентная;
• конфигурации винта – цилиндрическая, глобоидная.
• типам зубчатых колес – изогнутые, прямые, косозубные, вращающиеся ролики.

Преимущества и недостатки червячных редукторов

К плюсам устройств относят:

• плавность хода;
• малый уровень шума при работе;
• эффект самоторможения (присутствует только у одноступенчатых моделей);
• большое передаточное отношение при использовании одной передачи.

Минусов у механизма 3: сильное выделение тепла, повышенный износ, малый коэффициент полезного действия (КПД). Из-за указанных особенностей эти виды редукторов применяют для передачи малых и средних мощностей. К высокопроизводительной работе адаптированы червячно-цилиндрические механизмы, в которых ступень зацепления превышает допустимую мощность.

Предотвратить чрезмерно быстро изнашивание изделия можно точным монтажом и настройкой. На корпусе должны присутствовать ребра или другие элементы, отводящие тепло.

Цилиндрический тип редукторов

Назначение и конструкция редуктора всегда плотно взаимосвязаны. Цилиндрические изделия применяют чаще других в промышленности. Их устанавливают в грузоподъемные механизмы, металлорежущие станки и другом высокопроизводительном оборудовании. Цилиндрические устройства можно установить вертикально или горизонтально. К плюсам можно отнести большой диапазон мощностей и передаточных отношений, что делает эти изделия универсальными. Классифицируют их по:

• дистанции между входным и выходным валом – параллельные, соосные;
• количеству ступеней – одна, две, многоступенчатые;
• способу монтажа – горизонтальный, вертикальный.

При производстве по индивидуальному закажу механизм могут оснастить дополнительными фланцами, лапками и другими элементами.

Преимущества и недостатки

Главным плюсом цилиндрических механизмов инженеры считают высокий КПД. Благодаря этой особенности они потребляют мало энергии. Если не учитывать передаточное число, то минимальный уровень КПД у цилиндрических устройств – 98%. К их плюсам относят:

• большую нагрузочную способность;
• высокую кинематическую точность за счет малого люфта вала;
• небольшая рабочая температура при высоком КПД;
• отсутствие эффекта самоторможения;
• стабильная работа при частых запусках и остановках оборудования.

Один из главных минусов цилиндрических изделий – шум, издаваемый во время работы. Если использовать модель с одной ступенью, передаточное отношение будет низким. В некоторых случаях отсутствие самоторможения может сильно навредить.

Особенности эксплуатации

Каждые несколько смен надо менять масло в механизме. Особенно важно делать это в начале эксплуатации устройства, т.к. после нескольких запусков образуется мелкая металлическая стружка. Перед запуском техник обязан проверить все болтовые соединения корпуса, а затем провернуть механизм на холостом ходу. Запускать цилиндрический агрегат можно после того, как техник убедится в надежности крепления. Замена масла производится через сливные и заливные отверстия.