Любой редуктор - это прежде всего механическое устройство, предназначенное для уменьшения частоты вращения выходного вала. Также редуктор прямо пропорционально скорости вращения увеличивает крутящий момент. Сердцем редуктора является зубчатая передача, состоящая из одной или нескольких ступеней. По типу зубчатых колёс редукторы бывают: червячные, цилиндрические, планетарные, волновые, конические и комбинированные.
Классификация редукторов
Зубчатые редукторы обычно используются в областях, где требуется более высокий крутящий момент и / или более низкая скорость вращения. На сегодняшний день редукторы применяются практически во всех областях промышленности. Производители всячески стараются унифицировать конструкцию редуктора тем самым он может применяться в разных отраслях.
Общемашиностроительные редакторы применяются в приводах машин и агрегатов, представляют собой механическое устройство с унифицированными размерами и характеристиками. Общемашиностроительные редукторы имеют технические характеристики, подходящие для многих применений, а их конструкция позволяет осуществлять монтаж различными способами.
В ответственных сферах промышленности как правило применяются специальные редукторы имеющее узконаправленное назначение. Их конструкция имеет определенные размеры и технические параметры, позволяющее получить максимально возможную производительность. Специальные редукторы соответствуют требованиям конкретного применения.
Расположение валов и количество ступеней
Ступень редуктора — это колесная пара внутри редуктора. Одна ступень изменяет частоту вращения и крутящий момент пропорционально соотношению диаметров, сопряжённых между собой колес. Ступень передачи характеризуется передаточным отношением, которое напрямую влияет на изменение скорости и крутящего момента между ведущим и ведомым колесами.
Передаточное отношение - это отношение скоростей вращения ведущего и ведомого вала
По мере уменьшения скорости от ступени к ступени в соответствии с передаточными числами увеличивается крутящий момент. Его суммарное значение на выходном валу увеличивается пропорционально снижению скорости.
В редукторах любого типа вращение передаётся с помощью различных видов передач, которые могут быть: фрикционными, ременными, цепными, червячными или зубчатыми. Простейшая редукторная передача состоит из двух зубчатых колёс, сопряженных между собой. Зубчатое колесо задающее вращение называется ведущим, а колесо, находящееся в зависимости от него - ведомым.
Частота вращения измеряется количеством оборотов за единицу времени, как правило это число оборотов за одну минуту. В простейшей редукторной передаче, состоящий из двух колес, важным параметром являются их диаметры. Разница этих диаметров определяет частота вращения, ведомого колёса при условии, что ведущее вращается с неизменной скоростью. Имея исходные данные частоты вращения, ведущего колеса мы легко можем определить частоту вращения ведомого. Если ведущее и ведомое колеса будут иметь один и тот же диаметр, то они будут вращаться с одинаковой скоростью. Ведомое колесо будет крутиться медленнее при условии, что его диаметр будет больше ведущего и наоборот, если диаметр ведущего колеса будет больше, ведомое будет вращаться быстрее ведущего колеса. Например, если ведомое колесо в два раза больше ведущего, то его частота вращение будет в два раза медленнее. Концепция машиностроения подразумевает частые расчёты диаметров колёс для поиска числа оборотов.
Фрикционная передача
Фрикционная передача представляет механизм, состоящий из одной или нескольких шестерен. Суть фрикционной передачи - это сила трения. Движение создается за счет трения поверхностей соприкасающихся шестерней. Передача вращения между ведущим и ведомым колёсами происходит за зачёт непосредственного прижима между собой.
В современной промышленности существует множество различных видов фрикционных передач, которые успешно используются в конструкции механических приводов. К преимуществам фрикционной передачи можно отнести простоту изготовления и последующей эксплуатации. К недостаткам можно отнести большое усилие, которое нужно приложить на давящие колеса, затратив тем самым часть мощности. Также следует отметить, что как бы небыли сильно прижаты колеса друг к другу при больших нагрузках не исключено проскальзывание, поэтому фрикционная передача не годится для высокоточного применения.
Самая простая фрикционная передача состоит из плоской шестерни покрытой кожей или резиной. Такое покрытие позволяет создать большую силу трения между соприкасающимися колёсами.
Зубчатая передача
Зубчатые передачи были изобретены Леонардо да Винчи в начале 1500-х годов и являются основой для работы редукторов и мультипликаторов.
Зубчатые передачи представляют собой механические компоненты машин, которые служат для передачи и преобразования энергии вращения. Любая зубчатая передача состоит из двух или более колёс, а передача вращения происходит с помощью зубьев на их поверхностях. Зубчатое колесо представляет собой колесо с равномерно распределенными по окружности зубьями. Для передачи вращения, в отличии от фрикционных, в зубчатых передачах нужно намного меньше усилия.
Это обусловлено тем, что силы для нажима на колёса практически не требуется. Для достижения максимального результата работы зубчатых колёс профиль их зубов изготавливается по определенной кривой, называемой эвольвентой. Основным параметром при расчете зубчатых пар является диаметр окружности зубчатого колеса. Другим важным параметром является расстояние между началом одного зубца до начала другого по-другому шагом зацепления.
Передаточное число в двух сопряженных зубчатых колесах можно вычислить, разделив количество зубов одной шестерни на количество другой.
i = z2/z1
где: z2 - число зубцов ведомого колеса, z1 - число зубцов ведущего колеса.
Еще один параметр, характеризующий шестерни, называется модулем. Его находят путем вычисления диаметра окружности колеса к количеству расположенных на нем зубов. Другой способ заключается в отношении шага к величине π (3,14). Как правило модули у двух сопряженных между собой колес одинаковые. При этом разное количество зубов на зубчатых колесах с одним модулем влияет на их диаметры.
Передаточное число одной пары зубчатых колес обычно не превышает значения 1:10 в противном случае размеры редуктора будут громоздкими. Чтобы получить более высокие значения передаточных чисел и при этом сохранить компактные размеры, используются несколько зубчатых пар.
В последнее время большую популярность получили зубчатые колеса, у которых зубья расположены под некоторым углом. Такие колеса называются косозубыми. Это обусловлено тем, что они работают плавно на высоких скоростях, а их зубы выдерживают большие нагрузки.
Повысить увеличение плавности хода и прочности зубцов позволило расположены зубов «в елочку». У таких колес зубцы скошены в обе стороны и поэтому они получили название «шевронные».
Цилиндрические шестерни используются только с параллельными валами если же необходима передача вращения под прямым углом, то применяется коническая зубчатая передача. Она состоит из конических зубчатых колес, которые позволяют изменить направление вращения вала, а также снизить скорость и увеличить крутящий момент между непараллельно вращающимися валами. Конические шестерни можно классифицировать по форме их зубьев, изогнутых или прямых. Зубья конической шестерни могут быть прямыми либо спиральными. Несколько видов зубчатых колес можно классифицировать по ширине поверхности зуба.
Червячная передача
Еще одна распространённая передача, позволяющая передавать вращение под прямым углом является червячная. Червячный привод был изобретен Архитом Терентским, Аполлонием Пергским или Архимедом. Основными элементами этой передачи являются всего два элемента: червяк и зубчатое колесо.
В данной передаче червяк всегда является ведущим, а колесо ведомым элементом. Во время вращения, витки червячного винта ведут зубцы колеса вынуждая его вращаться.
В однозаходном червяке за каждый оборот червяка на 360° червячное колесо продвигается только на один зуб. Поэтому червячная передача чаще всего применяется, когда необходимо получить большие передаточные числа.
Рассчитать передаточное отношение червячной передачи можно если знать число заходов червячного винта и количество зубов колеса.
Имея данные, передаточное отношение можно рассчитать, используя формулу.
i = Z/K
где:
Z - количество зубов колеса
K - число заходов червячного винта
Одной из самых больших проблем, связанных с червячными передачами, является их низкая эффективность при высоких передаточных числах, но это нивелируется путем увеличения мощности. Применяется такая передача в червячных редукторах и мотор-редукторах.
Планетарные передачи
Планетарная передача представляет собой зубчатый механизм, состоящий из прямозубых шестерен. В планетарной передаче центральная шестерня, называемая солнечной шестерней, является ведущей. Три или более «ведомых» шестерен (называемых сателлитами) вращаются вокруг солнечной шестерни. Планетарная передача имеет огромное преимущество, которое заключается в распределении нагрузки сразу по нескольким планетарным шестерням. Таким образом, можно передавать высокие крутящие моменты, имея компактную конструкцию.
Свое название «планетарная передача» получила благодаря подобию движения нашей солнечной системы. Поскольку планетарные шестерни вращаются вокруг солнечной шестерни, как планеты вращаются вокруг солнца. Планетарная передача обычно состоит из центральной солнечной шестерни, зубчатого венца и нескольких планетарных шестерен, которые вращаются между ними.
Редукторы, в основе которых планетарная передача, используются во всех сферах применений, включая автомобильные трансмиссии, приводные двигатели, промышленные конвейеры и станки. Они более надежны и имеют большую удельную мощность, а это означает, что они могут выдерживать более высокие крутящие моменты при этом очень компактны. Применяются такие передачи преимущественно в планетарных мотор-редукторах и редукторах.
При выборе типа редуктора инженеры должны знать, каким нагрузкам и факторам окружающей среды он будет подвергаться. Следует обязательно учитывать требования к пространству, где будет установлен привод. Такие параметры как мощность привода и крутящий момент имеют непосредственную связь при выборе редуктора, особенно когда идет модернизация устаревшего оборудования.
Уже после установки редуктора нет необходимости вносить какие-либо дополнительные конструктивные изменения в существующие системы. «Конструктивные изменения, условия применения, пространственные условия применения и установочные размеры редуктора являются другими ключевыми факторами при его выборе. Предварительная оценка того, где будет использоваться редуктор, помогает избежать дополнительных затрат. |
