Где находится редуктор в машине. Виды редукторов

Редуктор – механизм, изменяющий крутящий момент и мощность двигателя, присутствует практически в любой машине и станке. Он является частью трансмиссии автомобиля и регулирует с высокой точностью перемещение в точных приборах. Что такое редуктор с технической точки зрения? Это одно или несколько зубчатых зацеплений, взаимодействующих между собой и понижающих количество оборотов двигателя до приемлемой скорости вращения исполняющего узла. Вместо ведущей шестерни может быть червяк.

Устройство и принцип работы

Редуктор без дополнений газовый или гидравлический, подразумевает механическое устройство для изменения угловой скорости и крутящего момента. Он работает по принципу Золотого правила, когда передаваемая вращением мощность практически не изменяется, уменьшается на КПД.

Устройство

Простейшее устройство редуктора, это зацепление из шестерни и зубчатого колеса. Крутящий момент передается через непосредственный контакт зубьев – элементов детали. Они движутся с одинаковой линейной скоростью, но разной угловой. Количество вращений шестерни и колеса за единицу времени разное, зависит от диаметров деталей и количества зубьев.

Шестерни и колеса неподвижно закреплены на валах или изготовлены совместно с ними. В корпусе может быть от одной до нескольких пар зубчатых зацеплений. На сборочном чертеже редуктора хорошо видно его устройство и составные части:

• корпус;
• крышка корпуса;
• пары в зацеплении;
• валы;
• подшипники;
• уплотнительные кольца;
• крышки.

Корпус в самом низу имеет отверстие для слива масла и приспособление контроля уровня смазочных материалов, глазок или щуп. Разъем с крышкой совпадает с плоскостью расположения осей.

На кинематической схеме редуктора схематически указаны зубчатые соединения, расположений валов и направление вращения. Также показан тип зуба, прямой или наклонный. По кинематической схеме можно определить количество ступеней, и другие характеристики, как работает данный редуктор.

Принцип действия

Принцип работы механического редуктора основан на передаче вращательного момента от одного вала другому посредством взаимодействия зубчатых деталей, неподвижно закрепленных на них. Линейная скорость зубьев одинаковая. Она не может быть разной, поскольку контакт жесткий.

Принципом действия редуктора является давление зуба на поверхность аналогичного со смежной детали и передача при этом усилия, двигающего ведомое колесо. В результате скорость вращения уменьшается. На выходном валу создается усилие, которое способно привести в движение исполняющий механизм.

Главная пара всегда первая, быстроходная шестерня или червяк, соединенный с двигателем и соответствующее ему колесо. По ее типу определяется и весь узел. Количество ступеней равно количеству зацеплений, имеющих передаточное число больше 1.

Маркировка

В условном обозначении редуктора имеется ряд цифр и букв, указывающих на его параметры и тип. Первым стоит указание на количество ступеней и вид зубчатого зацепления:

• цилиндрическое – Ц;
• червячное – Ч;
• коническое – К;
• глобоидное – Г;
• волновые – В;
• планетарное – П.

Комбинированные модели обозначаются несколькими буквами, начиная с первой пары:

• цилиндрически-червячные – ЦЧ;
• червячно-цилиндрические – ЧЦ;
• конически-цилиндрические – КЦ.

Количество передач данного вида указывается цифрой перед буквой.

Горизонтальное расположение считается нормой и не имеет своего обозначения. Для вертикального узла после обозначения типа передач ставится буква В. Б – означает быстроходную модель. За ним ставится условное числовое обозначение варианта сборки.

В маркировке может присутствовать указание на климатическое исполнение, например, для тропиков, северных районов, по какому госту выполнено.

Например: 1Ц2У-250-31,5-22-М-У2. Двухступенчатый цилиндрический с горизонтальным расположением. Межцентровое расстояние валов тихоходной ступени 250 мм, передаточное число 31,5. Вариант сборки узла 22, хвостовик по типу муфты, климатическое исполнение соответствует ГОСТ 15150-69.

Скачать ГОСТ 15150-69

Электрический привод – мотор и передаточный узел в одном корпусе, имеет несколько отличающуюся маркировку. Вначале стоит буквенное обозначение марки сборного привода, указывается скорость вращения выходного колеса, поскольку она постоянна, соединена с одним электродвигателем.

Технические характеристики

Редуктора отличаются внешне по размерам и форме. Внутреннее строение разнообразное. Объединяет их всех перечень технических характеристик, по которым они подбираются на различные машины и станки. К основным параметрам редуктора относятся:

• передаточное число;
• значение крутящего момента редуктора;
• расположение;
• количество ступеней;
• крутящий момент.

Передаточное число берется общее, всех передач, и одновременно указывается таблица передаточных чисел, если узел имеет 2 и более ступени. По нему подбирают узел, который преобразует вращение электродвигателя или мотора с нужное количество оборотов.

При этом важно знать величину крутящего момента на выходном валу редуктора, чтобы определить, будет ли достаточной мощность, чтобы привести в движение агрегат.

Передаточное число

Основная характеристика зубчатого зацепления, по которой определяются все остальные параметры. Показывает, на сколько оборотов меньше делает колесо относительно шестерни. Формула передаточного отношения:

U = Z 2 / Z 1 ;

где U – передаточное число;

Z 1 число зубьев шестерни;

Z 2 число зубьев зубчатого колеса.

Модуль зубьев шестерни и колеса одинаковый. Их количество напрямую зависит от диаметра. Поэтому можно использовать формулу:

U = D 2 / D 1 ;

Где D 2 и D 1 диаметры колеса и шестерни соответственно.

Расчет общего передаточного момента определяется как произведение передаточных чисел всех пар:

U р = U 1 × U 2 × … × U n ;

Где U р передаточное число;

U 1 , U 2 , U n передаточные числа зубчатых пар.

где U 12 – передаточное отношение;

W 1 и W 2 – угловые скорости;

n 1 и n 2 – частота вращения.

Определение крутящего момента на валу необходимо, оно позволяет узнать мощность на выходе редуктора, величины связаны прямо пропорциональным соотношением.

Крутящий момент входного двигателя на входе, умножается на передаточное число. Для получения более точного фактического значения надо умножить на значение КПД. Коэффициент зависит от количества ступеней и типа зацепления. Для прямозубой конической пары он равен 98%.

Назначение механизма

Редуктором называют узел, который изменяет мощность. Это может быть давление газа и жидкости в газовых баллонах, трубопроводах и на распределительных подстанциях. Механические редукторы изменяют число оборотов и угловую скорость.

Для чего нужен в механизме и машине зубчатый передаточный механизм. Он снижает угловую скорость двигателя, увеличивая при этом в столько же раз крутящий момент – силу, с которой может воздействовать выходной вал на исполняющий механизм.

Скорость вращения электродвигателя может достигать 1500 об/мин. Для работы станка оборудования она не подходит. При этом, если к шкиву мотора напрямую прикрепить груз, он не сможет сдвинуть его с места.

Функции узла, уменьшить скорость вращения в десятки раз и настолько же увеличить крутящий момент – усилие, с которым машина будет совершать работу.

Виды редукторов

Редуктор, это механизм, передающий крутящий момент. Простейшими механическими узлами, передающими крутящий момент, считаются ременная и цепная передачи. Они передают вращение с одного детали на другую и при этом изменяют угловую скорость.

Наибольшая группа редукторов, которые широко используются во всех механизмах, от кофемолки до доменных печей, механические зубчатые редукторы. Они разделяются на группы по нескольким параметрам:

• типу зубчатого зацепления;
• количеству передач;
• способу монтажа;
• пространственное положение осей и зубчатых соединений.

Обычно ведущий вал редуктора быстроходный. Он жестко соединен с двигателем и вращается с такой же скоростью, до 1500 об/мин. При обратном отношении, когда ведущим является колесо и скорость вращения на выходе возрастает, а крутящий момент падает, узел называют понижающим.

По типу зубчатого зацепления и форме шестерни, они делятся:

• цилиндрические;
• конические;
• червячные;
• планетарные;
• комбинированные;
• волновые.

Комбинированные модели могут иметь различные типу зубчатых зацеплений.

Цилиндрические

Наибольшее количество выпускается цилиндрических редукторов. Рабочая поверхность колеса и шестерни имеет форму цилиндра. Модели отличаются высоким КПД, простотой исполнения и большим разнообразием деталей. Одноступенчатые узлы получили название передаточного редуктора. Он компактный, понижает скорость вращения и одновременно передает крутящий момент.

По форме зуба цилиндрические модели делятся:

• прямозубые;
• косозубые;
• шевронные.

По кинематической схеме они бывают прямолинейные и разветвленные.

Прямой зуб имеет закругленную поверхность, способствующую максимально возможной площади контакта. При зацеплении зубья контактируют по всей длине. Трение сводится к минимуму. КПД прямозубого зацепления наиболее высокое, 99%.

К достоинствам прямозубых передач относятся минимальная нагрузка на подшипники, малое трение, механизм не греется.

Недостаток в сильном шуме во время работы и малой мощности. Чтобы предать большое усилие, колеса надо делать широкими, крупногабаритными.

Косой зуб расположен под углом. Площадь контакта у него больше при одинаковой ширине обода колеса. Зубья заходят в зацепление постепенно. Работает косозубая пара тихо, плавно и способна выдержать большие нагрузки.

Площадь трения по эвольвенте больше, детали греются. КПД косозубого зацепления 98% и ниже. Изготовление деталей с косым зубом сложнее, особенно фрезеровка зубьев. Требуется большая точность при настройке режущего инструмента. Наклонное положение зуба создает дополнительные осевые нагрузки на подшипники и сокращает срок их работы.

Для компенсации отрицательных осевых усилий косозубых передач, созданы шевронные. Они представляют два колеса на одном валу с наклоном зубьев в противоположную сторону. Таким образом еще больше увеличивается мощность.

Работают шевронные зацепления тихо. Недостаток в сложной и длительной технологии нарезания зубьев.

Количество передач может быть любое. Расположение валов параллельное, горизонтальное и вертикальное в одной плоскости. При большом числе зубчатых зацеплений в одном корпусе, возможно двурядное расположение валов.

Цилиндрические модели широко применяются во всех областях. От бытовой техники, кофемолок, дрелей, до металлургической и горнорудной промышленности. На каждом станке стоит один или несколько редукторов. В особо тяжелых условиях используют шевронные передачи.

Конические

Шестерня и колесо имеют коническую поверхность. Валы расположены под углом. Зуб на шестерне прямой и радиальный. Часто конические передачи используются в комбинированных или понижающих узлах. Направление вращения возможно в любую сторону. В качестве ведущего может выступать колесо.

Сколько передач в коническом передаточном механизме, зависит от его назначения. Обычно одна. Наиболее известный пример косозубого зацепления – дифференциал заднего моста, понижающий крутящий момент узел. От одного колеса вращается синхронно в одном направлении 2 шестерни.

Червячный

Вместо ведущей шестерни в зубчатом зацеплении стоит червяк с нарезанной резьбой. Нитей бывает 1, 2, 4. Другого количества заходов не делают. Оси валов расположены перпендикулярно в разных плоскостях.

Червяк при вращении взаимодействует с несколькими зубьями колеса. От сильного трения под углом, возникает тормозящий момент. Он не позволяет колесу провернуться и сдвинуть червяк. Самоторможении используют в грузоподъемных механизмах. Подвешенный груз не сможет пойти вниз. Червячная передача может перемещать колесо и связанный с ним механизм с большой точностью. Это используют в приборах и станках для точной настройки положения инструмента.

В волновых моделях для вращения применяют колебания расположенной внутри колеса шестерни. Широкого распространения модель пока не получила.

Как выбирать редуктор вместо сломавшегося, на имеющуюся технику и при создании механизмов самостоятельно. Основным является мощность на выходном валу. Она рассчитывается на основании оборотов двигателя по передаточному числу.

Следует обратить на расположение валов, оно в цилиндрических моделях может быть в одну сторону.

Крепление осуществляется с помощью фланца непосредственно к валу двигателя и с помощью отверстий в подошве устанавливается на платформу.

В маркировке указано межцентровое расстояние между валами. Этот размер имеет конструктивное значение при установке узла и соединения его с двигателем и валом рабочего механизма.

Следует посмотреть, какая пара в редукторе первая, ее передаточное число, зацепление. Выбор редуктора включает в себя и расположение валов в пространстве. Они могут располагаться под прямым углом и быть в разных плоскостях. Тип подшипников указывается в технической документации. Там же таблица сроков эксплуатации разных узлов.

При проектировании машины, подбор червячного редуктора выполняется по мощности и расположении зацепления. При нижнем зацеплении пара хорошо смазывается, не требует дополнительного охлаждения и способна работать длительно время. Следует обратить внимание на рабочий режим. Узел не всегда способен работать по несколько часов непрерывно. Червячное соединение быстро перегревается.

Распространенные неисправности

Поломки редуктора можно избежать при правильной его эксплуатации и регулярном уходе. Следует внимательно изучить паспорт. В нем указаны виды технического обслуживания и их периодичность. Надо регулярно менять масло, постоянно доливать его. Соблюдения режима работы позволит сохранить агрегат целым.

Основная неисправность редуктора связана с его перегревом. Это происходит при отсутствии смазки и использовании масел других марок. В противном случае агрегат перегревается, зубчатое зацепление может заклинить.

Подшипники имеют свой запас прочности. Их период эксплуатации указан в паспорте. Если вовремя не поменять на новые, узлы начинают рассыпаться. Шарики выпадут, и вал начнет вращаться с большим усилием, рывками.

Между корпусом и крышками: верхней и боковой, по плоскости разъема, при сборке закладывается герметик. Он не позволяет маслу вытекать наружу. Если его вовремя не менять, жидкость потечет со всех разъемов.

Редуктор в автомобиле необходим для распределения передаваемого от двигателя крутящего момента между ведущими колесами. Конструктивно автомобильный редуктор представляет собой коническую , размещенную в отдельном корпусе.

В зависимости от типа автомобиля, редуктор располагается на переднем либо заднем мосту, а полный привод предполагает наличие двух редукторов, так как крутящий момент в этом случае распределяется между всеми колесами.

Передаточное отношение автомобильного редуктора

Основной характеристикой редуктора, как и любой другой механической передачи, является передаточное отношение, показывающее степень уменьшения угловой скорости и увеличения крутящего момента, передаваемого на колеса. Передаточное отношение напрямую зависит от количества зубьев ведущей и ведомой шестерни. В редукторах большее число зубьев всегда имеет ведомая шестерня. Благодаря хорошим эксплуатационным качествам, широкое распространение в автомобильных редукторах получили шестерни с круговым зубом.

Передаточное отношение, приближенное к единице, имеют редуктора скоростных автомобилей, у которых количество зубьев ведомой шестерни всего на несколько единиц больше, чем ведущей. Увеличение передаточного отношения повышает тяговые характеристики транспортного средства, что особенно важно для специальных автомобилей и тягачей.

Особенности установки редукторов на полноприводных автомобилях

На переднем и заднем мосту полноприводных автомобилей должны быть установлены редукторы с одинаковым передаточным отношением, так как в противном случае становится невозможной эксплуатация машины при включенной блокировке межосевого дифференциала.

Отказы и ремонт редуктора

Большое значение для обеспечения безотказности редуктора автомобиля имеет смазка вращающихся деталей в зоне зацепления. Утечка смазки может привести к масляному голоданию, в результате которого зубья шестерен будут перегреваться и интенсивно изнашиваться. Избежать поломки поможет периодический контроль состояния трансмиссии, осуществляемый профессиональными сотрудниками СТО.

Ремонт редуктора относится к работам особой сложности, так как предполагает большое количество регулировок и последующих тестов. Одна из шестерен редуктора не может быть заменена без подбора и приработки, так как в противном случае не будет обеспечена требуемая площадь пятна контакта. Регулировка редуктора осуществляется изменением зазора между торцом зубчатого колеса и корпусом агрегата.

Чтобы понять, что такое одноступенчатый редуктор, необходимо сначала определится, что собой представляет устройство в классическом варианте. Редуктором называют механизм, состоящий из передач сцепления, которые передают друг другу рабочее движение. Благодаря простоте, высокой эффективности и небольшой стоимости редукторы находят себе широкое применение в машиностроении для создания разнообразных соединенных между собой механизмов.

В корпусе редуктора заключены червячные или зубчатые передачи, которые смонтированы сварным или прочим обездвиживающим способом на валах или осях. Первые при этом впрессованы в подшипники, которые находятся в специально проделанных для них отверстиях в корпусе. Подобная передача может быть смонтирована непосредственно на агрегате, который производит механическое движение, но установленная в отдельном корпусе (редуктор) обладает рядом преимуществ. В частности это:

• гарантия высокой точности сборки механизма;
• повышенный КПД;
• лучшая смазка частей редуктора;
• сниженный износ;
• повышенный уровень защиты от попадания наносящей вред устройству пилы и грязи.

Из чего состоит редуктор?

В его состав входит стальной сварной или литой чугунный корпус. В нем размещаются валы, оси, зубчатые колеса, червячные механизмы, подшипники и прочие элементы. Некоторые редукторы содержат специальные устройства, обеспечивающие смазку элементов редуктора. К примеру, он может быть оснащен масляным насосом или устройством, обеспечивающим охлаждение этого агрегата (змеевик с охлаждающей жидкостью зачастую монтируют в червячном редукторе).

Редукторы бывают разными. При этом отличаются не только по типам, но и индивидуальным особенностям, поэтому редукторы проектируют для определённого оборудования или агрегата, в зависимости от необходимости, передаточного числа и силы крутящего момента, которые нужно передать на принимающее устройство.

Основные типы редукторов

Они делятся:

• По типу передаточного соединения на:
  1. зубчатые;
  2. комбинированные.
• В зависимости от формы зубчатых колес на;
  1. конические и другие.
• По расположению валов в пространстве на:
  1. вертикальные;
  2. горизонтальные.
• В зависимости от особенностей кинематической системы, которая лежит в основе конкретного механизма на:
  1. развернутые;
  2. со сдвоенной ступенью и т.д.
• По количеству ступеней на:
  1. одноступенчатые;
  2. двухступенчатые.

Одноступенчатые цилиндрические редукторы

Этот тип редуктора отличается от прочих положением валов в корпусе и числом ступеней. Одноступенчатые цилиндрические редукторы могут быть вертикальными и горизонтальными. Шестеренки этих устройств могут иметь косые и прямые, а также шевронные зубья. Корпуса производят из стали сварным способом или из чугуна путем литья. Монтаж валов зачастую производится в подшипники скольжения или качения. Первые зачастую устанавливаются в тяжелых редукторах.

Состав и возможности компоновки одноступенчатого редуктора ограничены. Главной чертой, которая отличает их друг от друга, является расположение валов и осей в пространстве. При этом передаточное число этих агрегатов колеблется в диапазоне от 1,6 до 6,3. Угол наклона передач, выполненных с использованием косозуба, находится в диапазоне от 8 до 200 градусов.

Максимальное передаточное число, которые способен обеспечить агрегат равно 12,5, но при этом редукторы с максимальным передаточным числом применяются редко. Зачастую используются те, которые имеют передаточное число, не превышающее цифру 6.

Какое расположение редуктора выбрать — вертикальным или горизонтальным? Все зависит от необходимости удобств общей компоновки этого передаточного устройства. В частности имеет значение, как расположен агрегат, который производит механическое движение, его рабочий вал и т.д.

Чтобы создать такое устройство предварительно нужно изготовить его схему. Предлагаем изучить один из вариантов одноступенчатого редуктора с горизонтальным расположением осей.

Принцип работы одноступенчатого редуктора

Он достаточно прост для понимания. В таком механизме через расположенную на одном валу звездочку меньшего размера на установленную на другом валу, имеющую больший размер, через зубья передается вращательное движение. Эффект снижения количества оборотов в минуту достигается за счет разницы в диаметре звездочек. Длина круга, который очерчивает в процессе движения первая, существенно меньше того, который очерчивает вторая, поэтому большая звездочка вращается медленней.

При этом создаются устройства обратного действия, не снижающего количество оборотов за единицу времени, а наоборот повышающего.

Этот тип редуктора является самым простым. Отличается от прочих он тем, что передача движения производится через одно звено, а не через несколько, при этом входящее и исходное вращения имеют противоположные направления.

Передача крутящего момента может производиться и с использованием червячного механизма, но при этом на передаточное число влияет диаметр «червяка».

Где и для чего используются одноступенчатые горизонтальные редукторы?

Они находят себе применение:

• там где необходима постоянная или переменная нагрузка, реверсивная и одного направления;
• для обеспечения постоянной работы или с короткими перерывами;
• для обеспечения вращения валов в разные стороны.

Их нельзя или опасно использовать, если частота вращения вала будет превышать показатель 1800 оборотов за одну минуту, а также при запыленности воздуха выше 10 мг на куб. метр и атмосфере первого и второго типов в соответствии с ГОСТ 15150-69.

Процесс проектирования одноступенчатого цилиндрического редукторов

Перед тем как приступать к изготовлению этого устройства производится проектный расчет:

• подбора материалов;
• выбор максимально допустимого напряжения на качение;
• вычисление чистого полезного кручения вала.

В рамках произведения работ осуществляется подготовка эскизной компоновки редуктора.

Расчет размеров валов этого устройства производится в 2 этапа:

1. приблизительный подсчет количества оборотов чистого кручения;
2. точный расчет прочностных показателей напряжения изгиба и кручения.

Для производства подобных агрегатов рекомендуется использовать термически обработанную легированную сталь. Расчет валов при составлении проекта осуществляется в зависимости от напряжения кручения, концентрации напряжения, его циклов. Если планируется установка валов быстрого хода, то для расчета берутся во внимание меньшие значения, тихого хода — большие.

На завершающем этапе проектирования создается сборочный чертеж этого устройства. Он включает в себя все ранее разработанные чертежи каждого из элементов редуктора в отдельности. При этом создается рисунок уже готового устройства, в продольном и поперечном разрезах.

Для достижения сбалансированности и соосности расположения разнообразных элементов этого устройства разрабатываются кинематические схемы одноступенчатых редукторов. Они представляют собой изображения в разных разрезах корпуса и деталей, из которых состоит редуктор, отражают их взаимное расположение, пропорции, места сопряжения и т.д.

Компоновка одноступенчатого редуктора может быть разной. Он может иметь дополнительные, существенно улучшающие его работу элементы. Например, масляный насос, который осуществляет принудительную смазку в местах, куда не попадает жидкость при вращении маховика звездочки или в редукторе червячного типа.

Цикл лекций Техническая механика (продолжнение)

4. Виды передач

Вращательное движение в машинах передается при помощи фрикционной, зубчатой, ременной, цепной и червячной передач. Будем условно называть пару, осуществляющую вращательное движение, колесами. Колесо, от которого передается вращение, принято называть ведущим, а колесо, получающее движение - ведомым.

Рисунок - Устройство передачи

Всякое вращательное движение можно измерить оборотами в минуту. Зная число оборотов в минуту ведущего колеса, мы можем определить число оборотов ведомого колеса. Число оборотов ведомого колеса зависит от соотношения диаметров соединенных колес. Если диаметры обоих колес будут одинаковы, то и колеса будут крутиться с одинаковой скоростью. Если диаметр ведомого колеса будет больше ведущего, то ведомое колесо станет крутиться медленнее, и наоборот, если его диаметр будет меньше, оно будет делать больше оборотов. Число оборотов ведомого колеса во столько раз меньше числа оборотов ведущего, во сколько раз его диаметр больше диаметра ведущего колеса.

Фрикционная передача

При фрикционной передаче вращение от одного колеса к другому передается при помощи силы трения . Оба колеса прижимаются друг к другу с некоторой силой и вследствие возникающего между ними трения вращают одно другое.

Достоинства фрикционной передачи:

· Простота изготовления тел качения;

· Равномерность вращения и бесшумность работы;

· Возможность бесступенчатого регулирования частоты вращения и включения/выключения передачи на ходу;

· За счет возможностей проскальзывания передача обладает предохранительными свойствами.

Недостатки фрикционной передачи:

· Проскальзывание, ведущее к непостоянству передаточного числа и потери энергии;

· Необходимость обеспечения прижима.

Применение :

В машиностроении чаще всего применяют бесступенчатые фрикционные передачи для бесступенчатого регулирования скорости.

Рисунок - Фрикционная передача: а - лобовая передача, б - угловая передача, в - цилиндрическая передача

Особенно приемлемы передачи цилиндрическая и лобовая. Колеса для передач можно делать деревянные. Для лучшего сцепления, рабочие поверхности колес следует "обшить" слоем мягкой резины толщиной в 2-3 мм. Резину можно или прибить мелкими гвоздиками, или приклеить клеем.

Зубчатая передача

В зубчатых передачах вращение от одного колеса к другому передается при помощи зубьев . Зубчатые колеса вращаются намного легче фрикционных. Объясняется это тем, что здесь нажима колеса на колесо совсем не требуется. Для правильного зацепления и легкой работы колес профиль зубца делают по определенной кривой, называемой эвольвентой.

Рисунок - Устройство зубчатой передачи

Шестеренчатая передача применяется не только с параллельными валами, когда используются так называемые цилиндрические шестерни, но и тогда, когда валы идут под любым углом. Такая передача под углом называется конической зубчатой передачей, а шестерни - коническими (ж).

Конические шестерни, так же как и цилиндрические, бывают со спиральным косым зубцом (з). Такие шестерни обычно применяются в автомобилях (для плавности работы). В зубчатых передачах можно применить шестерни с рейкой. Для периодического вращения может применяться шестеренчатая пара, у которой ведущая шестерня имеет неполное число зубцов.

Рисунок - Шестеренчатая передача

Ведущие шестерни встречаются и с одним зубцом. Такие передачи очень часто применялись в счетных механизмах. Ведущая шестерня имеет один зубец, а ведомая - десять, и, таким образом, за один оборот ведущей шестерни ведомая повернется всего на одну десятую оборота. Чтобы повернуть ведомую шестерню на один оборот, ведущая должна сделать десять оборотов.

Рисунок - Виды шестеренчатых передач: а - шестерня с одним зубом, б - мальтийский крест

Достоинства :

· Значительно меньшие габариты, чем у других передач;

· Высокий кпд (потери в точных, хорошо смазываемых передачах 1-2%);

· Большая долговечность и надёжность.

Недостатки :

· Шум при работе;

· Необходимость точного изготовления.

Применение: Наиболее распространённый вид механических передач. Их применяют для передачи мощностей - от ничтожно малых до десятков тысяч кВт.

К разобранному типу передач можно отнести и так называемое мальтийское зацепление, или мальтийский крест (б). Механизм мальтийского креста применяется для периодического вращения.

Ременная передача

Ременная передача, как и шестеренчатая, встречается очень часто. Ремень, натянутый на шкивы, охватывает какую-то их часть. Эта облегающая часть (дуга) носит, название угла обхвата. Чем больше будет угол обхвата, тем лучше образуется сцепление, лучше и надежнее будет вращение шкивов. При малом угле обхвата может получиться так, что ремень на малом шкиве станет проскальзывать, вращение будет передаваться плохо или его совсем не будет. Угол обхвата зависит от соотношения размеров шкивов и их расстояния друг от друга. На рисунках (а, б) показано, как меняются углы обхвата. Когда требуется увеличить угол обхвата, у передачи ставят нажимной шкив-ролик (в).

Рисунок - Виды ременных передач

В зависимости от расположения валов и ремня ременная передача бывает разных видов:

Открытая передача (г). Оба шкива при такой передаче вращаются в одну сторону.

Перекрестная передача (д). Такую передачу применяют, когда требуется изменить вращение ведомого шкива. Шкивы вращаются навстречу друг другу.

Полуперекрестная передача (е) применяется, когда валы лежат не параллельно, а под углом.

Угловая передача (ж) образуется, когда валы идут под углом, но лежат как бы в одной плоскости. При этой передаче для получения надлежащего направления ремня обязательно устанавливают ролики.

Спаренная передача (з). При этой передаче с одного ведущего шкива могут идти ремни на несколько ведомых шкивов.

Ступенчатая передача (и). Она применяется тогда, когда требуется изменять число оборотов ведомого вала. Оба шкива в этой передаче делаются ступенчатыми. Переставляя ремень на ту или иную пару ступеней, меняют число оборотов ведомого вала. При этом длина ремня остается неизменной.

По своему профилю ремни бывают плоские, круглые и трапецеидальные (к, л, м).

Передаточное число ременных передач берется в пределах 1:4, 1:5 и только в исключительном случае - до 1:8.

При расчете ременной передачи учитывается скольжение ремня по шкивам. Это проскальзывание выражается в пределах 2-3%. Чтобы получить нужные обороты, диаметр ведомого шкива уменьшают в этих же пределах.

Шкивы можно cделать из фанеры или легких металлов.

Достоинства :

· Простота конструкции;

· Возможность расположения ведущего и ведомого шкивов на больших расстояниях (более 15 метров);

· Предохранение механизмов от перегрузки за счёт упругих свойств ремня и его способности проскальзывать по шкивам;

· Возможность работы с большими угловыми скоростями.

Недостатки :

· Постепенное вытягивание ремней, их недолговечность (при больших скоростях работает от 1000 до 5000 часов);

· Непостоянство передаточного отношения (из-за неизбежного проскальзывания ремня);

· Относительно большие размеры.

Применение : Используется очень часто, от бытовой электроники до промышленных механизмов мощностью до 50 кВт.

Червячная передача

Червячная передача служит для получения вращения между валами, пересекающимися в одной плоскости. Передача состоит из винта (червяка) и винтового колеса, которые находятся в зацеплении. При вращении червяка витки ведут зубцы колеса и заставляют его вращаться. Обычно вращение от червяка передается колесу. Обратная передача почти не встречается из-за самоторможения.

Рисунок - Виды червячных передач

Применяется чаще всего при больших передаточных числах в пределах от 5 до 300. Благодаря большому передаточному числу червячная передача широко применяется в качестве механизма для снижения числа оборотов - редуктора.

Редукторы можно сделать по-разному. У одних червяк делается из обыкновенного крепежного винта, у других он изготовляется навивкой на стержень в виде пружины проволоки или узкой медной полоски (на ребро). Для прочности витки к стержню следует припаивать. Червячные шестерни подбирают от ненужного часового механизма. Но их можно сделать и самим: нарезать напильником из латунного или дюралевого диска.

При изготовлении редукторов нужно следить за тем, чтобы винт и шестерня при вращении не имели бы осевого смещения. В быстроходных редукторах его валы следует устанавливать на подшипниках.

Достоинства :

· Плавность и бесшумность работы;

· Большое передаточное число.

Недостатки :

· Усиленное тепловыделение;

· Повышенный износ;

· Склонность к заеданию;

· Сравнительно низкий кпд.

Применение : Преимущественно используется, когда требуется большое передаточное число.

Цепная передача

Цепная передача по сравнению с ременной удобна тем, что не дает проскальзывания и позволяет соблюдать правильность передаточного числа. Цепная передача осуществляется только при параллельных валах.

Рисунок - Виды цепных передач: а - пластинчатая роликовая цепь, б - бесшумная цепь

Основной величиной цепной передачи является шаг. Шагом считается расстояние между осями роликов у цепи или расстояние между зубцами звездочки.

Кроме роликовых цепей, в машинах широко применяются еще зубчатые, так называемые бесшумные цепи. Звездочка такой передачи похожа на шестерню. Зубчатые цепи могут работать на больших скоростях.

Допустимое передаточное число цепных передач может быть до 1:15. Самое малое число зубцов у звездочек берут: у роликовых цепей - 9, а у зубчатых - 13-15. Расстояние между осями звездочек принимают не менее полуторного диаметра большой звездочки.

Цепь надевается на звездочки не туго, как ремни, а с некоторым провисанием. Для регулирования натяжения применяется натяжной ролик. Число оборотов ведомой звездочки зависит от соотношения зубцов на обеих звездочках.

Достоинства :

· Меньшая чувствительность к неточностям расположения валов;

· Возможность передачи движения одной цепью нескольким звездочкам;

· Возможность передачи вращательного движения на большие расстояния.

Недостатки :

· Повышенный шум и износ цепи при неправильном выборе конструкции, небрежном монтаже и плохом уходе.

Храповые механизмы

Кроме непрерывного вращательного движения, в машинах очень часто применяется прерывистое вращательное движение . Такое движение осуществляется при помощи так называемого храпового механизма. Основными частями храпового механизма являются: храповик (диск с зубцами), рычаг и собачка. Зубцы храповика имеют особую форму. Одна сторона у них сделана пологой, а другая отвесной или несколько поднутренной. Храповик насажен на вал неподвижно. Рычаг же, сидящий рядом с храповиком, может свободно качаться. На рычаге имеется собачка, которая одним концом лежит на храповике. С помощью шатуна или тяги от того или иного ведущего механизма рычаг приходит в качательное движение. При отклонении рычага влево собачка скользит свободно по пологому склону зубцов, не поворачивая храповик. При отходе вправо собачка упирается в уступ зубца и поворачивает храповик на некоторый угол. Так, непрерывно качаясь в ту и другую сторону, рычаг с собачкой приводит храповик с валом в периодическое вращательное движение. Для надежного прилегания собачки к храповику собачка снабжается нажимной пружиной.

Рисунок - Виды храповых механизмов

Но чаще бывает другое назначение храпового механизма - предохранения вала с храповиком от проворачивания. Так, у лебедки при подъеме груза храповик с собачкой не дают барабану провертываться обратно.

Таблица - Обозначение видов передач на схемах:

5. Типы и назначение редукторов

Свое название редуктор получил от латинского слова reductor , что означает «возвращаю обратно». Это и есть основной принцип действия редуктора, который представляет собой сложное механическое устройство, состоящее из одной или нескольких передач зубчатого или червячного типа. Назначение редуктора состоит в том, что при помощи этих передач любое вращение преобразуется и изменяет угловые скорости .

Редукторы входят в системы приводных механизмов. Область применения у редукторов обширна: ни один механизм, который имеет узлы вращения, не обходится без них. Все двигатели, будь то электродвигатели или двигатели внутреннего сгорания, обязательно имеют редукторы разных типов. В редукторе имеется одна или несколько систем передач с зацеплением и постоянным передаточным числом. Именно от типа этих передач зависит тип редуктора.

Классификация редукторов

Редукторы по типам передач бывают конические, цилиндрические, волновые, планетарные – это зубчатые типы передач, а также червячного типа.

Кроме того они могут быть одноступенчатыми, двухступенчатыми и трехступенчатыми системами. При этом в двухступенчатых и трехступенчатых редукторах могут применяться разные типы передач.

Типы редукторов по конструктивному исполнению.

по такому принципу делятся: механические и мотор-редукторы.

Механические редукторы представляют собой просто механические передачи, а мотор-редукторы - это совмещенные в одном корпусе редуктор и электродвигатель.

По типу расположения в пространстве редукторы делятся на горизонтальные и вертикальные . Используются как с моно-передачей, так и с совмещением передач нескольких типов.

Устройство и назначение редуктора

Редуктор представляет собой корпус, в который помещены все элементы передачи – валы, зубчатые колеса, подшипники и остальное. Иногда в корпусе редуктора расположены устройства, которые служат для смазки зацепления и подшипников (к примеру, в корпус редуктора может быть размещен шестеренный масляный насос) или охлаждающие устройства (к примеру, змеевик с водой в корпусе червячного двухступенчатого редуктора).

Таблица - Классификация редукторов в зависимости от вида передач и числа ступеней

Принцип работы редукторов

Так как в основе работы редуктора лежит передача и преобразование крутящего момента , основной характеристикой механических редукторов является тип механической передачи, которая в них используется.

Типы передач в редукторах:

Цилиндрическая зубчатая передача – один из самых надежных и долговечных типов передач, обеспечивающий высокий ресурс использования. Как правило, применяется в редукторах с особо сложным режимом работы. Этот тип передач подразделяется на прямозубные передачи, косозубчатые и шевронные

передачи;

· Коническая зубчатая передача – в отличие от предыдущей имеет оси входных и выходных валов, которые пересекаются друг с другом. Роторы с такой передачей используются когда необходимо изменить направление передаваемой кинетической энергии;

· Червячная передача – это механическая передача от винта («червяка») к зубчатому колесу. Имеют достаточно высокое передаточное отношение и относительно низкое КПД. Бывают однозаходные и многозаходные ;

· Гипоидная передача (спироидная) – использует для передачи конические колёса со скрещивающимися осями (колеса могут иметь косые или криволинейные зубья). Такой тип передачи отличается низким шумом работы, плавностью хода и высокой нагрузочной способностью;

· Цепная передача – как понятно из названия, использует гибкую цепь для передачи механической энергии. Состоит из двух звёздочек (ведущей и ведомой) и цепи, состоящей, в свою очередь, из подвижных звеньев. Это один из самых универсальных, простых и экономичных типов передач;

· Ремённая передача – передача энергии при помощи гибкого ремня за счет силы трения или сил зацепления (в случае с зубчатыми ремнями). Состоит из ведущего и ведомого шкивов, а также приводного ремня. К преимуществам можно отнести недорогую стоимость, бесшумность и плавность работы, а также легкий монтаж и компенсацию перегрузок за счет проскальзывания;

· Винтовая передача – преобразует поступательное движение во вращательное, и наоборот. Как правило, представляет собой конструкцию, состоящую из винта и гайки. Бывает передача качения и скольжения. Эта передача чаще используется не для перемещения, а для закрепления. Применяется в регулировочных винтах, приводах исполнительных органов механизмов, различных инструментах;

· Волновая передача – относительно новый тип передач, характеризующийся очень высоким передаточным отношением. Работает за счёт генерирования волн на гибком колесе, оснащенным меньшим количеством зубьев чем жесткое колесо, и смещения колесо относительно друг друга на разницу зубьев за один оборот. Среди достоинств – малый вес, высокая кинематическая точность, способность передачи момента через герметичные стенки.

Число ступеней редуктора

Как правило, редукторы, состоящие только из одной передачи, встречаются крайне редко. Такой тип редукторов называется одноступенчатым. Куда больше распространение получили двух-трех и многоступенчатые редукторы, причем в таких редукторах могут встречаться как передачи одного типа, так и несколько различных передач, комбинированных между собой. Общее передаточное отношение редуктора напрямую зависит от типа используемой передачи и количества ступеней. В некоторых механизмах количество ступеней может до десятков и сотен тысяч.

Валы редуктора

Таблица - Ресурс передач, валов и подшипников редукторов

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.