Редукторы типы назначение устройство передаточное число

Описание зубчатых пар применяемых в редукторах

Характеристики конструкции редуктора Форма шестерни Структура зубчатых колес Расположение зубчатых колес Зубчатый профиль Конфигурация осей редуктора Конфигурации параллельных передач Пересекающиеся передачи Непараллельные, непересекающиеся конфигурации зубчатых колес Дополнительные характеристики конструкции редуктора Различные типы передач и использования Цилиндрические зубчатые колеса Винтовые зубчатые колеса Конические зубчатые колеса Червячные передачи Применение различных типов передач Основные термины определяющие параметры редуктора

Зубчатые колеса — это механические элементы передачи используются для передачи вращения и крутящего момента между электродвигателем и компонентами машины. В этой статье мы обсудим различные типы доступных зубчатых колес и как они работают. При работе в сопряженных парах зубчатые колеса сцепляются между собой своими зубьями, что предотвращает их проскальзывание во время вращения. Каждое зубчатое колесо прикреплено к валу машины или базовому компоненту, поэтому, когда ведущая шестерня (т.е. шестерня, сопряженная с электродвигателем) вращается вместе со своим валом, ведомым зубчатым колесом (т. е. шестерня, на которую воздействует ведущая шестерня), вращает или перемещает свой компонент вала. В зависимости от конструкции и конструкции зубчатой пары передача движения между ведущим валом и ведомым валом может привести к изменению направления вращения или движения. Кроме того, если шестерни разных размеров, система из нескольких шестеренок имеет механическое преимущество, которое позволяет изменять выходную скорость и крутящий момент (то есть силу, которая заставляет объект вращаться). Такая система из нескольких зубчатых колес получила название понижающий редуктор.

Зубчатые передачи и их механические характеристики широко используются в промышленности для передачи движения и мощности в различных механических устройствах, таких как часы, контрольно-измерительные приборы и оборудование, а также для уменьшения или увеличения скорости и крутящего момента в различных моторизованных устройствах, включая автомобили, мотоциклы. и машины. Другие конструктивные характеристики, включая материал, форму зубчатых колес, конструкцию зубьев, а также конфигурацию зубчатых пар, помогают классифицировать различные типы зубчатых колес. Каждое из этих зубчатых колес отличается характеристиками и имеют преимущества, подходящие для их дальнейшего применения в промышленном оборудовании.

Характеристики конструкции редуктора

Зубчатые передачи, для удовлетворения широкого спектра отраслей промышленности, имеют различные конструктивные исполнения и конфигурации. Эти характеристики позволяют классифицировать зубчатые колеса несколькими различными способами, которые включают в себя:

• Форма шестерни
• Конструкция зубчатого колеса
• Конфигурация осей редуктора

Форма шестерни

Большинство зубчатых колес имеют цилиндрическую форму, то есть зубья колес расположены вокруг корпуса, также бывают не круглые зубчатые колеса. Эти шестерни могут иметь эллиптические, треугольные и квадратные грани.

Механизмы в которых используются круглые зубчатые колеса, имеют только одно передаточное отношение, выраженное как для скорости вращения, так и для крутящего момента. Постоянство передаточного числа означает, что при одинаковом входном вращении (по скорости или крутящему моменту) редуктор обеспечивает одинаковую выходную частоту и усилие.

С другой стороны, редукторы, в которых используются не круглые зубчатые колеса, обеспечивают переменные отношения скорости и крутящего момента. Не круглые зубчатые колеса обеспечивают переменную скорость и крутящий момент, что позволяет выполнять различные по частоте движения. Кроме того, линейные зубчатые колеса, такие как зубчатые рейки, могут преобразовывать вращательное движение ведущей шестерни в поступательное движение (или комбинацию поступательного и вращательного движения) ведомой шестерни.

Дизайн зубчатых колес

• Структура зубов
• Размещение зубов
• Зубной профиль

Структура зубчатых колес

В зависимости от конструкции зубчатого колеса зубья либо врезаются непосредственно в заготовку, либо вставляются в виде отдельных компонентов. В большинстве случаев, когда шестерня изнашивается, ее нужно заменить целиком. Однако преимуществом использования зубчатых колес с отдельными компонентами зубьев является возможность индивидуальной замены изношенных зубьев. Эта возможность снижает общую стоимость ремонта редуктора с течением времени, поскольку отдельные зубья в разы дешевле по сравнению с полной заменой.

Расположение зубчатых колес

Зубья колеса обрезаются или вставляются на наружную или внутреннюю поверхность корпуса. На внешних зубчатых колесах зубья расположены на внешней поверхности корпуса, направленные наружу от центра зубчатой передачи. На внутренних зубчатых колесах зубья расположены на внутренней поверхности корпуса и направленны внутрь к центру зубчатой передачи. В сопряженных парах расположение зубьев шестерни на каждом из корпусов в значительной степени определяет движение ведомой шестерни.

Когда обе шестерни в сопряженной паре относятся к внешнему типу, ведущая шестерня и ведомая шестерня (и их соответствующий вал или базовый элемент) вращаются в противоположных направлениях. Если требуется чтобы входной и выходной валы вращались в одном направлении, для изменения направления вращения ведомой шестерни обычно используется промежуточная шестерня (то есть шестерня, расположенная между ведущей и ведомой шестерней).

Если одна из сопряженных зубчатых пар является внутренней шестерней, а другая — внешней, то и ведущая, и ведомая шестерни вращаются в одном направлении. Этот тип конфигурации зубчатой пары устраняет необходимость в промежуточной передаче в тех случаях, когда требуется одинаковое направление вращения в ведущей и ведомой шестернях. Кроме того, конфигурации, в которых используется внутренняя-внешняя зубчатая пара, подходят для применений в ограниченном пространстве, поскольку зубчатые колеса и их стержневые или базовые компоненты могут быть расположены ближе друг к другу, чем это возможно в сопоставимой только для внешних зубчатых пар.

Зубчатый профиль

Профиль зубьев зубчатого колеса относится к форме поперечного сечения зубьев и влияет на его различные рабочие характеристики, включая отношение скоростей и максимальная сила трения. В то время как существует большое количество профилей зубьев, доступных для проектирования и изготовления зубчатых колес, существует три основных типа — эвольвентный, трохоидный и циклоидальный.

Эвольвентные зубчатые колеса имеют форму, обозначенную эвольвентной кривой круга, которая представляет собой локус, образованный конечной точкой воображаемой линии, касательной к базовой окружности, когда линия вращается по окружности круга. Во всей промышленности большинство зубчатых колес используют профиль эвольвентного зуба как из-за простоты изготовления, так и из-за плавности работы. По сравнению с некоторыми другими профилями эвольвентный профиль состоит из меньшего количества кривых, что упрощает изготовление зубьев колеса и, следовательно, снижает стоимость производства оборудования. Преимущество эвольвентных зубьев шестерни заключается в равномерном распределении нагрузки. Равномерная нагрузка на все зубы позволяет эвольвентным зубчатым колесам работать более плавно, по сравнению с колесами с другими профилями зубьев.

В отличие от эвольвентной кривой, где линия вращается по окружности круга, трохоидная кривая — это точка на фиксированном расстоянии ( а ) от центра круга с заданным радиусом ( r ), когда круг вращается по прямой линия Трохоиды представляют собой общую категорию кривых, которые включают циклоиды.

• если a < r, сформированная кривая называется циклоидой
• если a = r, образованная кривая является циклоидой
• если a > r, образованная кривая является вытянутой циклоидой

По сравнению с профилем зубьев эвольвентного зубчатого колеса, эти профили редко используются для проектирования и изготовления зубчатых колес, за исключением использования в специализированном оборудовании. Например, трохоидальные зубчатые колеса часто используются в насосах, в вентиляции и часах. Несмотря на их ограниченное применение, трохоидальные и циклоидальные профили предлагают несколько преимуществ по сравнению с эвольвентным профилем, в том числе большой срок эксплуатации и ремонтопригодность.

Конфигурация осей редуктора

Конфигурация осей шестерни относится к ориентации осей, вдоль которых лежат валы, вокруг которых вращаются шестерни, относительно друг друга. Существует три основных конфигурации осей, используемых шестернями:

• Параллельное расположение осей валов
• Пересекающиеся валы
• Непараллельные и непересекающиеся вал

Конфигурации параллельных передач

Параллельные конфигурации включают в себя зубчатые колеса, соединенные с вращающимися валами на параллельных осях в одной плоскости. Вращение ведущего вала (и ведущего зубчатого колеса) происходит в направлении, противоположном направлению вращения ведущего вала (и ведомого зубчатого колеса). Такое расположение имеет высокую эффективность передачи мощности и движения. В параллельных передачах применяются: цилиндрические, винтовые, внутренние и реечные зубчатые колеса.

Пересекающиеся передачи

В пересекающихся конфигурациях валы зубчатых колес находятся на пересекающихся осях в одной плоскости. Как и в параллельной, эта конфигурация имеет высокий показатель КПД. Конические зубчатые колеса, в том числе косые, прямые и спиральные, относятся к группе зубчатых колес, в которых используются пересекающиеся конфигурации. Типичные области применения для пересекающихся зубчатых пар — это изменение направления вращения в редукторах.

Непараллельные, непересекающиеся конфигурации зубчатых колес

Зубчатые пары с непараллельной, непересекающейся конфигурацией имеют валы, которые пересекаются (то есть не являются параллельными), но не находятся в одной плоскости (то есть не пересекаются). В отличие от параллельных и пересекающихся конфигураций, они имеют низкую эффективность движения и передачи энергии. Примеры непараллельных, непересекающихся зубчатых колес можно встретить в гипоидных и червячных редукторах.

Дополнительные характеристики конструкции редуктора

Помимо упомянутых выше конструктивных характеристик, существует несколько других вариантов, которые может принять во внимание инженер-конструктор выборе редуктора для конкретного применения. Некоторые характеристики, включают в себя конструкционный материал, обработку поверхности, количество зубьев, угол зубьев, тип смазки и метод смазки.

Различные типы передач и использования

Исходя из указанных выше конструктивных характеристик, существует несколько различных типов зубчатых колес.

Наиболее распространенные типы зубчатых колес, используемые в промышленности:

• Цилиндрические зубчатые колеса
• Винтовые зубчатые колеса
• Конические зубчатые колеса
• Червячные передачи
• Реечный механизм

Цилиндрические зубчатые колеса

Наиболее распространенный тип используемых зубчатых колес — цилиндрические зубчатые колеса. Они сконструированы с прямыми зубьями, вырезанными или вставленными параллельно валу зубчатого колеса на круглом (цилиндрическом) основании зубчатого колеса. В сопряженных парах эти зубчатые колеса используют конфигурацию параллельных осей для передачи вращения и крутящего момента. В зависимости от применения они могут быть соединены с другим прямозубым и внутренним зубчатым колесом (например, в планетарном редукторе).

Простая конструкция зубьев цилиндрического зубчатого колеса обеспечивает высокую точность изготовления. Так же для цилиндрических зубчатых колес характерно отсутствие осевой нагрузки, они выдерживают высокую скорость и высокую нагрузку, что позволяет достичь высокую эффективность при работе. Некоторыми недостатками цилиндрических зубчатых колес являются величина напряжения, испытываемого зубьями шестерен, и шум, возникающий во время высокоскоростных применений.

Зубчатые колеса используются в различных механических установках, таких как часы, насосы, системы полива, машины для электростанций, погрузочно-разгрузочное оборудование и стиральные и сушильные машины, а также в редукторах. При необходимости в зубчатой передаче можно использовать несколько (то есть более двух) цилиндрических зубчатых колес, чтобы обеспечить более высокое передаточное отношение.

Винтовые зубчатые колеса

Подобно цилиндрическим зубчатым колесам, винтовые обычно имеют конфигурацию параллельных осей с сопряженными зубчатыми парами. При правильном совмещении они могут использоваться для привода непараллельных непересекающихся валов. В отличие от цилиндрических зубчатых колес, винтовые колеса выполнены с зубьями, которые вращаются вокруг корпуса колеса под углом к поверхности. Винтовые зубчатые колеса изготавливаются с правосторонним и левосторонним углом зубьев, причем каждая зубчатая пара состоит из правого и левого зубчатых колес с одинаковым углом наклона.

Конические зубчатые колеса

Конические зубчатые колеса представляют собой конусообразные форму с зубьями, расположенными вдоль конической поверхности. Эти зубчатые колеса используются для передачи движения и момента между пересекающимися валами, когда требуется изменение оси вращения. Как правило, конические зубчатые колеса используются для конфигураций валов, расположенных под углами 90 градусов.

Существует несколько типов конических зубчатых колес отличающихся конструкцией зубьев. Некоторые из наиболее распространенных типов конических передач включают прямые, спиральные и конические зубчатые колеса.

Червячные передачи

Червячная передача состоит из червячного колеса цилиндрического типа, сопряженного с червяком или винтовой передачей. Эти зубчатые колеса используются для передачи движения и мощности между непараллельными, непересекающимися валами. Они обычно имеют большие передаточные числа, что дает возможность для значительного снижения скорости. Также червячная передача плавно работает и не шумит.

Одно из отличий пар червячных передач состоит в том, что только червяк может вращать зубчатое колесо. Эта характеристика используется в оборудовании, где требуется блокировка механизмов. Недостатками червячных передач являются низкая эффективность трансмиссии и высокая величина трения между колесом и винтом, что частично компенсируется специальной смазкой.

Применение различных типов передач

Один из наиболее распространенных способов применения зубчатых пар — это редукторы, которые представляют собой устройства, состоящие из зубчатых колес, помещенных в герметичный корпус. В редукторах используются широкий спектр зубчатых колес, включая червячные, конические, косозубые цилиндрические и планетарные. Эти элементы предназначены для передачи вращения в общей системе оборудования с необходимым изменением скорости и крутящего момента. Промышленные редукторы широко применяются во многих отраслях промышленности, например, в автомобилях и других моторизованных транспортных средствах.

Основные термины определяющие параметры редуктора

1. Ведущая шестерня: шестерня, ближайшая к источнику вращения (электродвигателю), прикрепленная к ведущему валу, обеспечивает начальное вращение.
2. Ведомая шестерня: шестерня или зубчатый элемент, прикрепленный к ведомому валу, на который воздействует ведущая шестерня.
3. Холостая передача: шестерня, расположенная между ведущей и ведомой шестерней; обычно используется для передачи движения без изменения направления вращения.
4. Передаточное число: отношение между выходным и входным значением частоты вращения; обычно выражается как число зубьев ведомой шестерни (выходной) к числу зубьев ведущей шестерни (входной).
5. Профиль зуба: форма поперечного сечения зубьев шестерни.
6. Конфигурация осей: ориентация осей, вдоль которых расположены валы шестерни.
7. Крутящий момент: момент силы; мера вращающей или скручивающей силы, которая воздействует на объект вращения.
8. Осевая нагрузка: сила тяги, параллельная валу редуктора.
9. Эффективность: процентное значение отношения выходной мощности (за вычетом потерь мощности) к входной мощности.

Перейти в каталог редукторов

Требования по монтажу, ремонту и эксплуатации

Все редукторы снабжаются паспортом на соответствие техническим условиям изготовления и паспортом на смазку. В паспорте редуктора указывается характеристика редуктора, условия применяемости. Эксплуатационным персоналом в паспорт редуктора заносятся сведения об условиях эксплуатации, о конструктивных изменениях, капитальных ремонтах и устройствах по технике безопасности, результатах осмотров. В прилагаемом к редуктору паспорте смазки указывается рекомендуемый сорт смазки, количество и периодичность замены. Паспорта отсылаются заказчику вместе с редуктором и используются в течение всего времени эксплуатации. Заполнение и ведение паспорта является обязательным условием, обеспечивающим нормальную работу редуктора.

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.

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.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Для изменения характеристик крутящего момента используется специальный механизм, который получил название «редуктор». Данное слово образовано от латинского reductor — отводящий назад или возвращающий, что очень точно отображает принцип работы этого механизма. На данный момент существует несколько видов редукторов, которые применяются в различных агрегатах для трансформации и передачи крутящего момента от двигателя устройства, к потребителям мощности.

Читать также: Как снять стопорные кольца без съемника