Передаточное число редуктора

Расчет редуктора

Надежность редуктора и его срок службы определяется тем, насколько верный выбор Вы сделали при покупке оборудования. Поломка редуктора, его неправильное функционирование и, как следствие, дополнительные финансовые затраты – всё это может указывать на различные ошибки, которые были допущены при расчете редуктора. Кроме того, у верно подобранного редуктора срок службы значительно выше: для редукторов цилиндрического типа он составляет 10-15 лет, а для червячных – 7-9 лет. Следовательно, наиболее рациональное решение при выборе подобного оборудования – доверить расчет редуктора высококвалифицированным специалистам, которые не забудут учесть такие факторы, как степень допустимого нагрева или температурные условия эксплуатации редуктора. Наши сотрудники с удовольствием помогут Вам сделать правильный выбор и подобрать подходящий под конкретные цели редуктор. Для этого Вы можете воспользоваться функцией онлайн-консультации, заказать бесплатный звонок или оставить заявку на почте Получите профессиональную консультацию от наших специалистов тем способом, которым Вам удобно! Можно выделить три основных шага при расчете редуктора. Необходимо:

  1. Выбрать тип редуктора;
  2. Выбрать типоразмер редуктора и требуемые характеристики;
  3. Произвести проверку всех проделанных расчетов.

Входные и выходные валы редукторов

В редукторах обычно применяются обычные прямые валы, имеющие форму тел вращения. На валы редукторов действуют внешние нагрузки, консольные нагрузки и усилия преодоления зацеплений. Крутящий момент на валу определяется рабочим крутящим моментом редуктора или реактивным крутящим моментом привода. Консольная нагрузка определяется способом соединения редуктора с двигателем, зависит от радиального или осевого усилия на вал. В ряде машин, к которым предъявляются особые требования в отношении габаритов или веса используются редукторы с полым валом. Полый вал редуктора позволяет располагать вал исполнительного механизма внутри редуктора, тем самым отпадает необходимость использовать переходные полумуфты и т.п.

Общая классификация редукторов

Ознакомившись с информацией, которую содержит классификация редукторов, можно гораздо оперативнее сделать выбор в пользу того или иного агрегата; при возникновении вопросов обращайтесь в наш консультационный центр. Редукторы, относящиеся к классу общепромышленного оборудования, соответствуют перечню технических требований, характерных для подавляющего большинства аспектов их использования.

Фактор универсальности позволяет использовать редукторы в сфере подъемно-транспортного оборудования, агрегатах металлургического и добывающего назначения, нефтяной области, сельскохозяйственном секторе и т.д.

Согласно нормам ГОСТ 16162-78 в данную группу устройств причисляют:

  • цилиндрические 1-, 2- и 3-хступенчатые механизмы;
  • цилиндрические планетарные 1- и 2-хступенчатые;
  • конические редукторы одноступенчатые;
  • коническо-цилиндрические 2- и 3х-ступенчатые устройства;
  • червячные и глобоидные 1- и 2-хступенчатые;
  • червячно-цилиндрические 2-хступенчатые.

Одним из наиболее популярных видов редукторов выступают цилиндрические. Как и представители других классов, эти приборы используются для безопасного изменения скорости вращения, образующейся при факте передачи вращательного движения от вала к валу. Сегодня выпуск качественных и износостойких механизмов обусловлен наличием мощной производственной базы, которая позволяет собирать одно-, двух- и трехступенчатые редукторы.

Следует отметить, что аспекты надежности функционирования составляющих приводного механизма зависят от правильности выбора конкретного типа редукторов. При несоблюдении критериев выбора и соответствия, основной ущерб причиняется производителю, а также потребителю, который вынужден претерпевать такие явления, как простой оборудования, увеличение удельного веса затрат, приходящихся на ремонт и обслуживание, и т.д.

К обособленной группе механизмов относятся червячные редукторы. Как правило, они используются при передаче импульса движения между скрещивающимися осями. К достоинствам «червяков» относится их возможность получить большое передаточное число в условиях одной ступени. Также к плюсам относится плавность хода, относительно высокая бесшумность работы, а также опция самоторможения, активирующаяся при определенных значениях передаточных чисел. Последний момент позволяет исключать из общей цепочки приводов тормозные механизмы.

Типы редукторов с червячной передачей:

  • одноступенчатые редукторы универсальные;
  • 2-х, 3-хступенчатые;
  • 1-ступенчатые (червяк над колесом);
  • глобоидные и механизмы, различающиеся спектром параметров: Ч-100, 2Ч-40, РЧУ-125 и т.д.

Классификация распространяется на способ крепления редукторов, тип передач, количество ступеней, особенности расположения осей относительно друг друга.

Что касается планетарных редукторов, то в данную группу относятся механизмы, оснащенные зубчатыми колесами и перемещающимися осями геометрического вида. Интересно знать, что зубчатые колеса вращаются по аналогичному принципу, что и планеты Солнечной системы. Отсюда и название редукторов – планетарные. Зубчатые колеса также называются сателлитами. Те колеса, которые соединяются непосредственно к сателлитам, причисляются к группе центральных. В передаточном звене фиксируются оси сателлитов, это звено также имеет название водило, оно, аналогично центральному колесу, перемещается по траектории основной оси передачи.

В общей сложности редукторы, относящиеся к классу планетарных, характеризуются куда большим перечнем практических преимуществ, по сравнению с цилиндрическими устройствами.

В эту группу качеств относятся:

  • малые показатели материалоемкости;
  • высокая нагрузочная способность;
  • опция многопарного зацепления;
  • компактность, малый вес;
  • возможность получения высоких значений передаточных чисел.

Все вышеприведенные аспекты могут быть достигнуты только в том случае, если соблюдается высокое качество и точность сборки.

Завершают общую классификацию редукторов комбинированные механизмы. То есть редукторы, имеющие различные комбинации и типы передач. Так, коническо-цилиндрическое оборудование характеризуется высокими показателями КПД, износостойкостью, долгим сроком службы и простотой ввода в эксплуатацию. Используется такое оборудование в аспекте приводов конвейерных линий, а также для привода специализированного тягового шахтного электровоза. Аспекты выбора редукторов должна базироваться на таких факторах, как показатели усилия, массы, времени работы, периодичности включений в час, момента инерции.

Устройство и принцип работы

Планетарный механизм — это конструкция из зубчатых колёс, перемещающихся относительно центра. По центральной оси расположены колёса разного диаметра:

  • малое солнечное с внешними зубцами;
  • большое коронное или эпицикл с внутренними зубцами.

Между колёсами передвигаются сателлиты. Их вращение напоминает движение планет Солнечной системы. Оси сателлитов механические соединены на водиле, которое вращается относительно центральной оси.

Устройство простого планетарного блока:

  • 1 эпицикл;
  • 1 солнечное колесо;
  • 1 водило.

Планетарный механизм собирают в каскады из двух и более звеньев на одном валу для получения широкого диапазона передач. Главной кинематической характеристикой зубчатой передачи является передаточное отношение.

Принцип работы планетарной коробки заключается в блокировке одного из основных элементов и передаче вращения через ведущее колесо. Для остановки элемента применяют тормозные ленты, блокировочные муфты, конические шестерни. Передаточное отношение меняется в зависимости от схемы закрепления. Описать принцип действия планетарного механизма удобнее на примере:

  1. Корона блокируется.
  2. Вал подаёт крутящий момент на солнце.
  3. Вращение солнца заставляет планеты обкатываться вместе с ним.
  4. Водило становится ведомым, сообщая пониженную передачу.

Управляя элементами простой «планетарки», получают разные характеристики:

Передача Как работает планетарная коробка в АКПП
1Солнце подаёт вращение на водило, корона двигается в противоположную сторону.
2Корона подаёт вращение на водило, солнце зафиксировано.
3Ведущее водило передаёт вращение солнцу. Корона заблокирована.
4Водило двигает корону. Солнце зафиксировано.
Задний ходВодило заблокировано. Солнечное колесо вращается, планеты обкатывают и двигают корону в противоположную сторону.

Планетарный ряд с одной степенью свободы становится планетарной передачей. Две степени образуют дифференциал. Дифференциал складывает моменты на ведомом колесе, поступающие от основных ведущих звеньев.

Передаточное число [I]

Передаточное число редуктора рассчитывается по формуле:

I = N1/N2

где N1 – скорость вращения вала (количество об/мин) на входе; N2 – скорость вращения вала (количество об/мин) на выходе.

Полученное при расчетах значение округляется до значения, указанного в технических характеристиках конкретного типа редукторов.

Таблица 2. Диапазон передаточных чисел для разных типов редукторов

Тип редуктораПередаточные числа
Червячный одноступенчатый8-80
Червячный двухступенчатый25-10000
Цилиндрический одноступенчатый2-6,3
Цилиндрический двухступенчатый8-50
Цилиндрический трехступенчатый31,5-200
Коническо-цилиндрический одноступенчатый6,3-28
Коническо-цилиндрический двухступенчатый28-180

ВАЖНО! Скорость вращения вала электродвигателя и, соответственно, входного вала редуктора не может превышать 1500 об/мин. Правило действует для любых типов редукторов, кроме цилиндрических соосных со скоростью вращения до 3000 об/мин

Этот технический параметр производители указывают в сводных характеристиках электрических двигателей.

Типы редукторов

Все виды устроены по схожему принципу, разница заключается только в типе зубчатой передачи. Чаще всего встречаются цилиндрические, конические, глобоидные, комбинированные, червячные и планетарные, но последнее время конструкторы прибегают к комбинированным конструкциям, что позволяет совместить преимущества нескольких типов.

Конструкция разных типов позволяют передавать усилие между узлами, которые располагаются в различных площадях, будут они перпендикулярные (конический редуктор), параллельные (цилиндрический) или пересекающиеся валы (червячные).

Диапазон передаточного числа может разнится от в несколько единиц до нескольких тысяч, что зависит от количества ступеней. Сейчас наиболее распространены механизмы, при изготовлении которых используются нескольких ступеней. Это позволяет комбинировать несколько типов передач и добиться максимально эффективной работы. Рассмотрим основные типы.

Цилиндрический редуктор

Довольно популярные при разработке и производстве машин различного назначения. Эффективно выполняют свои функции при работе с мощными установками, при этом показывают высокий КПД, превышающий 90 %. Чаще всего используется при работе параллельных и сносных валов. Может применяться с различным количеством ступеней, от которых зависит передаточное число, оно может колебаться от 1,5 до 400.

Модернизация редукторов — стабильная тенденция

В модельном ряду производителей представлены стандартные и модернизированные решения. В усовершенствованных агрегатах сохраняются прежние габариты и размеры присоединений.

Основу модернизации составляют:

  • Стандарты ISO.
  • Блочно-модульные конструкции.
  • Усовершенствованные механизмы защиты редукторов.
  • Модификации зубчатых зацеплений.
  • Модернизация корпусов редукторов, ориентированная на производство монолитных конструкций небольшого веса, характеризующихся высокой теплоотдачей.
  • Применение технологии литья под давлением при производстве корпусов из алюминиевых сплавов.
  • Использование синтетического масла для всего периода эксплуатации редуктора.
  • Отсутствие необходимости в техническом обслуживании приводных механизмов в процессе их эксплуатации.

Непрерывный процесс модернизации способствует улучшению технических характеристик редукторов, расширению их функциональности и вариативности исполнений. Сегодня продукция крупных российских производителей не уступает по качеству иностранным аналогам.

Романов Сергей Анатольевич, руководитель отдела механики компании Техпривод

Определение количества ступеней редуктора

Количество ступеней по типу редуктора определяется по таблице, исходя из рассчитанного передаточного числа.

Тип редуктора Диапазон передаточных чисел
Цилиндрический одноступенчатый 2…6,3
Цилиндрический двухступенчатый 8…50
Цилиндрический трехступенчатый 31,5…200
Червячный одноступенчатый 8…80
Червячный двухступенчатый 100…4000
Коническо-цилиндрический одноступенчатый 6,3…28
Коническо-цилиндрический двухступенчатый 28…180

Выбор габарита редуктора

Исходными данными для выбора редуктора будут мощность, обороты электродвигателя и передаточное число редуктора необходимого для Вашего привода.

Расчет редуктора сводится к проверочному расчету по допустимому крутящему моменту на выходном валу редуктора:

Т=(9550*Р* U * N )/ (К* nвх)

Р — мощность электродвигателя, кВт U — передаточное число редуктора N — КПД редуктора ( для цилиндрического редуктора принимается 0,97-0,98, для червячных редукторов принимается для каждого передаточного числа по техническим характеристикам) nвх — количество оборотов входного вала редуктора или электродвигателя, об/мин К — коэффициент эксплуатации выбирается по таблице.

Режим эксплуатации по ГОСТ 21354-87 К
«0»-непрерывный ПВ 100% 0,7
«I»-тяжёлый ПВ>63% 0,8
«II»-средний ПВ<63% 1,0
«III»-средний нормальный ПВ 40% 1,0
«IV»-лёгкий ПВ 25% 1,2
«V»-особо лёгкий ПВ 16% 1,5
Эпизодический (2 ч/сутки; 4 вкл./час; нагрузка без ударов) 1,8

Причины поломки

Как любой механический узел, при работе редуктора на детали оказывает влияние сила трения, от чего они постепенно истачивают или изнашиваются и теряют «сцепку». Для того чтобы этого избежать, все детали узла должны быть качественно смазаны.

Поэтому первая причина поломки редукторного узла – недостаток смазки (но может быть и ее избыток).

Также на редуктор оказывает влияние такой «бич» механики как пыль. Она оседает на деталях и при эксплуатации нагревается вместе с ними. Особенно это опасно для пластиковых шестеренок, так как под воздействием нагревания от пыли они подвергаются деформации – что и ведет к поломке.

Наконец, еще одна неприятность для редуктора – попадание в него посторонних частиц. Забиваясь между зубцами, они заклинивают их. Из-за этого при вращении вала двигателя создается избыточная нагрузка на другие элементы конструкции, которая ведет к их разрушению.

Справка. Если одна из причин или форс-мажор привели к повреждению элемента редукторного узла (шестерни, подшипники или валы), часто приходится ставить новый редуктор целиком, так как не у всех производителей имеются в продаже отдельные детали редуктора, чтобы сделать замену.

Преимущества и недостатки планетарных редукторов

Планетарные редукторы находят применение в приводных системах различных механизмов и машин. Их популярность объясняется широким перечнем преимуществ перед обычными редукторами с цилиндрическими и коническими передачами:

  1. Возможность реализации разных кинематических схем. Планетарный механизм может выполнять функции: Редуктора с постоянным передаточным отношением (с зафиксированным эпициклом или водилом);
  2. Коробки передач при последовательной фиксации звеньев;
  3. Дифференциального механизма с двумя степенями свободы, который можно использовать для сложения и вычитания движений.

Сниженные в 2 – 4 раза массово-габаритные характеристики при одинаковых передаточных числах.
Многопоточность при передаче мощности. Количество потоков равно числу сателлитов.
Сниженные нагрузки на опоры. Благодаря симметричной конструкции передач все радиальные усилия на осях сателлитов, входном и выходном валах компенсируют друг друга. Это дает возможность выбирать подшипники меньших типоразмеров.

В серво и шаговых приводах для перемещения станков с ЧПУ планетарные редукторы дают еще ряд специфических для них преимуществ:

  1. Увеличение разрешения привода.
  2. Возможность работы на больших ускорениях.
  3. Снижение вероятности пропуска шагов благодаря увеличению крутящего момента.

К условным недостаткам планетарных редукторов относят:

  1. Жесткие требования к качеству смазки и соблюдению регламента ее замены. Повышенные контактные нагрузки на зубья требуют использования марок масел, указанных производителем в технической документации. Переход на другие смазки может привести к снижению срока службы редуктора. Из-за отсутствия застойных зон в планетарном механизме частицы металла, попавшие в масло, всегда находятся во взвешенном состоянии и создают дополнительные абразивные нагрузки.
  2. Сложность в ремонте . Для проведения квалифицированного ремонта нужно специализированное оборудование: съемники и пресс для демонтажа и сборки, шаблоны и мерительный инструмент для выбраковки деталей.
  3. Высокое тепловыделение . Из-за компактных размеров и высоких передаваемых мощностей работа планетарного редуктора сопровождается выделением большого количества теплоты. Зачастую площадь наружной поверхности не справляется с ее отводом. Эту проблему можно устранить несколькими способами: принудительным воздушным охлаждением, системой постоянной циркуляции смазки, ограничением входной частоты вращения или установкой дополнительной механической передачи перед быстроходным валом.

При соблюдении регламента обслуживания планетарные редукторы работают стабильно и не вызывают особых проблем.

Устройство редуктора

Виды редукторов

Назначение редуктора это передача крутящего момента от привода к исполнительному механизму и изменение крутящего момента и угловой скорости, в том числе и направление вращения вала. В машиностроении применяются червячные, цилиндрические, конические, планетарные, волновые и другие виды редукторов. Они применяются для привода барабанов лебедок грузовых и пассажирских лифтов или конвейерных лент, в червячных и шестеренных талях, для вращения валков прокатных станов и т.д. Основной рабочий орган редуктора это зубчатое колесо, которое входит в зацепление с сопряженным колесом, обеспечивая передачу крутящего момента. В цилиндрическом редукторе, применяемом для передачи крутящего момента между параллельными валами, применяется цилиндрическое зубчатое колесо, зацепление в котором может быть прямозубым, косозубым или шевронным. Для передачи вращения между перпендикулярно расположенными валами применяются червячный или конический редуктор. В червячном редукторе применяется т.н. червячная передача, состоящая из червяка и червячного колеса. Червяк может быть цилиндрическим или глобоидным. В коническом редукторе применяются конические колеса с прямозубым или косозубым зацеплением, оси вращения которых расположены под 90° друг к другу. Наиболее сложным, производительным и дорогим является планетарный редуктор, который применятся для передачи вращения между соосными валами, где требуется обеспечение больших передаточных чисел, высокой производительности и компактности.

Как устроен редуктор

Рассмотрим назначение и устройство редуктора, принцип работы на примере двухступенчатого цилиндрического редуктора.

Основные элементы редуктора это корпус, в котором смонтированы детали редуктора, тихоходный вал, обозначен буквой Т и быстроходный вал (Б), промежуточный вал и зубчатые колеса. Так как основное назначение редуктора это повышение крутящего момента за счет редуцирования, т.е. уменьшения угловой скорости вращения выходного вала, то тихоходный вал соединен с исполнительным механизмом, а быстроходный вал соединен с приводом (электродвигатель, гидромотор или ДВС). На быстроходном валу смонтировано зубчатое колесо, которое вращается с теми же параметрами, что и быстроходный вал. Это зубчатое колесо входит в зацепление с колесом большего диаметра, расположенным на одном конце промежуточного вала. За счет разницы в диаметрах промежуточное колесо вращается медленнее, но с большим крутящим моментом. На второй конец промежуточного вала смонтировано зубчатое колесо меньшего диаметра, но вращающееся с той же скоростью и моментом.

Малое колесо промежуточного вала передает вращение на зубчатое колесо тихоходного вала, имеющее больший диаметр, поэтому снижение скорости вращение и прирост момента повторяются. Таким образом, в таком редукторе выполнены два зацепления, производящие уменьшение скорости вращения и увеличение крутящего момента. Каждое зацепление имеет свое передаточное отношение равное отношению угловых скоростей или диаметров колес. Передаточное отношение редуктора это произведение передаточных отношений отдельных пар колес. Таким образом, получаем двухступенчатый редуктор, состоящий из двух пар зубчатых колес, передающих крутящий момент. На данном примере мы узнали, как устроен редуктор.

Устройство и работа планетарного редуктора

Червячный, цилиндрический и конические редуктора имеют, в общем, схожую конструкцию – зубчатые колеса соединены последовательно и в зацепление всегда находятся два колеса, причем каждый вал приводится в движение своим колесом. Это обеспечивает простоту конструкции, надежность, однако приводит к увеличению габаритов и массы.

В планетарном редукторе применен иной принцип устройства и работы. Простая планетарная передача состоит из шестерен-сателлитов 2, закрепленных на водиле 4, вращающихся вокруг центральной, солнечной шестерни 1, при этом опорой для шестерен-сателлитов служит неподвижная коронная шестерня 3. Вращение передается несколькими сателлитами, которые вращаются вокруг солнечной шестерни. Вследствие этого уменьшается нагрузка на центральное колесо. Передаточное отношение определяется отношением угловой скорости солнечной шестерни к угловой скорости водила. Планетарные передачи так же могут быть многоступенчатыми, где применяется несколько рядов сателлитов и солнечных шестерен, что увеличивает передаточное число до 1000 и более. Планетарные редуктора применяются в приводах требующих высоких оборотов, например приводы транспортных машин, коробках передач, сервоприводах и т.д.

Таблица выбора сервис фактора мотор-редуктора

Характер нагрузки Время работы час/день Частота включений мотор-редуктора в час
2 4 8 16 32 63 125 250 500
Равномерный режим работы

МтахУМном=1

4 0,8 0,8 0,9 о,9 1,0 1,1 1,1 1,2 1,2
8 1,0 1,0 1,1 1,1 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3
16 1.3 1,3 1,3 1,3 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5
24 1.5 1,5 1,5 1,5 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8
Режим работы с умеренными ударами

Мтах/Мном<1,5

4 1,0 1,0 1,0 1,0 1,3 1,3 1,3 1.3 1,3
8 1,3 1,3 1,3 1,3 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5
16 1,5 1,5 1,5 1,5 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8
24 1,8 1,8 1,8 1,8 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2
Режим работы с сильными ударами

Мтах/Мном>1,5

4 1,3 1,3 1,3 1,3 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5
8 1,5 1,5 1,5 1,5 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8
16 1,8 1,8 1,8 1,8 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2
24 2,2 2,2 2,2 2,2 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5

Выбирать следует мотор-редукторы с большим эксплуатационным фактором, чем расчетный.

Какие бывают редукторы: прямой, понижающий, угловой и прочие

Механический редуктор — это механизм, передающий от двигательной установки необходимые для функционирования приводного устройства параметры крутящего момента и скорости вращения вала. Некоторые виды редукторов могут менять направление их вращения.

Редуктора с соосными (параллельными) валами, как правило, в большинстве своем представляют самые распространенные с цилиндрической зубчатой передачей. Они могут иметь различные передаточные отношения и количество ступеней преобразования. Передача хода передается плавно, практически без потерь, но изменить направление вращения вала они не могут.

Редуктор болгарки со смазкой

Угловые редукторы, которые используются в болгарках, способны обеспечить направление валов на 90°. Конические шестерни могут быть как с прямым зубом, так и с круговым. На некоторых маломощных бытовых болгарках, например, модели Bosch, используется передача с прямыми зубьями, где не предъявляются требования к плавности хода и уровню шума. Круговые зубья обладают большей несущей способностью, имеют меньший уровень шума из-за плавности зацепления, менее чувствительны к погрешностям сборки.

В зависимости от величины передаточного отношения редукторы подразделяются на следующие виды.

  • Прямой. Передаточное отношение равно 1. Такой редуктор используется, например, в некоторых многовальных коробках передач грузовых автомобилей.
  • Повышающий. По другому он называется мультипликатором, где передаточное отношение имеет значение меньше 1. Главное назначение мультипликатора — увеличение угловой скорости. При этом крутящий момент на выходном валу уменьшается.
  • Понижающий. Здесь передаточное отношение больше 1. В большинстве случаях в различных механизмах, к таким относится и УШМ, применяется такой редуктор.

Принципов редуцирования, как и конструктивных исполнений, существует большое разнообразие. Однако каждому механизму наилучшим образом подходит определенный вид. Болгарки без конического редуктора представить уже достаточно трудно.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookXВКонтакте
Напишите комментарий