Цилиндрические редукторы: виды, описание

Точное техническое определение редуктора — устройство для преобразования механической энергии в разрезе параметров. Он имеет характеристику входных и выходных показателей. На практике редуктор может не только менять параметры кинетики и уровни передачи энергии, но и изменять направление вращения и следования валов.

Сегодня редуктор рассматривается в разрезе приспособления, которое используется для изменения частоты вращения вала относительно показателей приводного механизма. При этом параллельно может рассматриваться возможность увеличения крутящего момента или же — обеспечения крайне малого числа оборотов при очень серьезных усилиях. По конструкции редукторы делятся на:

• цилиндрические;
• конические и коническо-цилиндрические;
• червячные;
• планетарные;
• комбинированные, в которых применено одновременно несколько схем преобразования.

Чтобы понять, насколько тот или иной тип редуктора подойдет для решения поставленных перед ним задач, стоит подробно остановиться на особенностях их работы и условий использования.

Цилиндрический редуктор: общие сведения

Цилиндрический редуктор относится к самому распространенному типу преобразовательных механизмов. Он обладает главной характеристикой: входной и выходной валы строго параллельны, но не обязательно соосны.

К достоинствам цилиндрического редуктора относятся:

• высокий КПД, потери энергии минимальны;
• не обладает самоторможением, всегда есть возможность прокрутить выходной вал даже при приложении малого усилия;
• может транспортировать высокую мощность;
• обладает кинематической точностью;
• практически не нагреваются, не требуя особых условий охлаждения;
• выпускаются изделия с разным передаточным числом и ступенями преобразования.

Благодаря присутствию на рынке большого ассортимента изделий, нетрудно подобрать цилиндрический редуктор с нужным передаточным числом для применения в том или ином механизме.

Виды редукторов

Цилиндрические редукторные механизмы могут классифицироваться по ряду признаков. Основные – виды резьбы, число ступеней, тип колес, пр. Например, с учетом вида колес редукторы бывают:

• косозубыми;
• прямозубыми;
• шевронными;
• криволинейными.

Прямозубые самые простые в изготовлении, но шумные – если сравнивать с теми же шевронными либо косозубыми. В результате сильных постоянных ударных нагрузок при контактировании парных соединений зубьев получается вибрация – главная причина сильного износа узла. Косозубого типа колесики более сложные, чем прямозубые, зато эксплуатационные параметры у них будут лучше. Это проявляется минимальным износом, малой шумностью, плавной работой.

С учетом характера расположения валов цилиндрические редукторы делятся на:

• перекрещивающиеся осевые;
• параллельноосевые.
• Виды по числу степеней:
• одноступенчатые;
• двухступенчатые;
• многоступенчатые.

Выбор числа ступеней зависит от величины передаточного числа, создаваемого редуктором. Путем разной компоновки ступеней в редукторе реально получить любое требуемое расположение валов на входе и выходе относительно друг друга.

Возможные варианты исполнения передачи в цилиндрическом редукторе:

• раздвоенная; развернутая;
• соосная.

Как работает и где применяется цилиндрический редуктор

Основа конструкции цилиндрического редуктора — зубчатые колеса в форме цилиндров. Соосность (Расположение осей деталей машины (узлов, агрегатов и т. п.) на одной линии)входного и выходного валов зависят от числа ступеней передачи. В самом простом варианте внутри корпуса находятся всего два цилиндрических зубчатых колеса. В этом случае смещение выходного вала от оси входного определяется как сумма радиусов колес по внешнему контуру за вычетом глубины зубьев.

Соосность входного и выходного валов достигается применением нескольких ступеней преобразования. В этом случае внутри корпуса расположено нечетное количество цилиндрических зубчатых колес, некоторые из которых являются вспомогательными. Они могут выполнять роль как простого передаточного механизма без преобразования, так и иметь передаточный коэффициент для снижения нагрузки на зубья и повышения срока службы механизма.

Цилиндрические редукторы выпускаются в закрытых корпусах, большинство из них не требует специального обслуживания. Область применения этих устройств чрезвычайно широка. Они гарантируют плавную передачу хода, но не позволяют изменить направление вала.

Цилиндрические редукторы могут располагаться вертикально или горизонтально, расчет нагрузки и оборотов прост: высокий КПД позволяет применять указанное производителем передаточное число в арифметических операциях. Главное достоинство редуктора — преобразование энергии привода практически без искажений и потерь.

Мотор-барабаны и мотор-редукторы в приводе конвейеров

Мотор-барабаны

Частым решением для ленточных конвейеров является применение мотор-барабанов — компактных устройств состоящих из встроенного электромотора, редуктора, клеммной коробки для подключения к электросети и корпуса барабана. Такая конструкция удобна благодаря следующим факторам:

• Компактные размеры, что удобно для прямых переносных и передвижных конвейеров.
• Полной герметичности наружного корпуса, что является основным требованием обеспечения долговечности при работе в условиях повышенной влажности и агрессивной среды.
• Удобство применения на предприятиях к высокими требованиями к чистоте рабочего пространства, например пищевой промышленности. Применение мотор-барабана позволяет исключить контакт движущихся механизмов и смазочных материалов с внешней средой без дополнительных мер защиты.
• Надежность конструкции благодаря отсутствию перекосов валом электромотора, редуктора и приводного барабана, а также отсутствию в конструкции предохранительных муфт.
• Данный привод конвейера прост в установке благодаря отсутствию необходимости в выверке и соединению всех элементов. Достаточно лишь установить шейки вала в соответствующие пазы рамы конвейера.
• Высокий КПД благодаря минимуму соединительных элементов.
• Минимальный износ и шум при работе устройства.
• Малый вес благодаря отсутствию специальной рамы, чугунного корпуса и соединительных муфт.

Всё вместе это обеспечивает легкость и удобство в эксплуатации, экономное энергопотребление и более высокий КПД в сравнении с другими типами привода равной мощности. Важным преимуществом является пыле- и водонепроницаемое исполнение, что удобно при эксплуатации снаружи либо в пыльных и сырых помещениях.

Вышеуказанные преимущества обеспечили данному типу привода конвейера широкое применение в ленточных передаточных механизмах самого различного типа и назначения. Кратко остановимся на основных элементах мотор-барабана:

• Барабан с поверхностью бочкообразной формы, что обеспечивает центрирование ленты при работе оборудования.
• Монтажные шейки вала с надежным уплотнением для подключения к конвейеру.
• Зубчатые передачи и подшипники. Передачу зацепления обеспечивают штампованные зубчатые колеса из высококачественной стали, с твердостью порядка HRC 60–62.
• Клеммная коробка. Изготавливается из серого чугуна и имеет высокую пыле- и влагозащиту.
• Электромотор, статор которого вращается с требуемой частотой, а крылья ротора работают как вентиляторы.

Мотор-барабаны на привод конвейера выпускаются как в стандартном исполнении, так и со специальной изоляцией, защищающей от сырости и паров кислоты, взрывобезопасные устройства, системы с переключением полюсов и т. д. Для предотвращения обратного хода ленты при эксплуатации наклонных устройств в случае отказа привода применяются специальные блокировки отката, функцию которых выполняют роликовые муфты свободного хода (обгонные).

Мотор-редукторы

Не менее широкое применение, чем мотор-барабанные приводы получили и навесные мотор-редукторы . Они используются в ленточных, скребковых, пластинчатых и других типах транспортных машин. Обычно привод конвейера данного типа посредством полого выходного вала редуктора насаживается на приводной вал транспортного механизма. В качестве защиты от проворота используются, как правило, моментные рычаги. Эти устройства с одной стороны жестко зафиксированы на корпусе редуктора, а с другой стороны, через демпфер, со стационарными элементами оборудования.

Основные преимущества навесных мотор-редукторов :

• Навесной привод конвейера в сравнении с обычной конструкцией даёт возможность уменьшить габариты устройства, обеспечить более удобную компановку.
• Значительное снижение массы механизмов, что особенно важно для переносных конвейеров.
• Упрощение операций монтажа и демонтажа.
• Упрощение и снижение затрат на обслуживание.
• Упрощение проектирования благодаря отсутствию жесткой связи с неподвижными элементами (лапами, фланцем и т. д. )

Возможны различные варианты крепления мотор-редукторов в приводах конвейеров с использованием разнообразных конструкций полых выходных валов редуктора:

• Полый вал со шпоночным пазом. Применяется для непрерывно работающих конвейеров с равномерным характером прилагаемой нагрузки.
• Валы полые без шпонпаза с фиксацией стяжной муфтой к ведомому валу. Применяются при ударных нагрузках и большом количестве пусков и остановок.
• Шлицевые валы.

Для приводов конвейеров навесного исполнения применяются и различные типы редукторов, в частности плоские цилиндрические с параллельными входным и выходным валами, червячные, конические и спироидные.

Нередко конструктивным решением является установка двух приводов, которые обеспечивают вращение общего вала. Это позволяет обеспечить более высокую экономичность в процессе эксплуатации, но значительно усложняет проектирование из-за необходимости обеспечить синхронность вращение и равномерное распределение нагрузки на каждый привод конвейера.

Двигатели привода конвейеров

Несмотря на то, что приводы конвейеров разнятся по техническим характеристикам и конструктивным особенностям, электродвигатели соответствуют сходным требованиям, что позволяет их объединить в одну конструктивную группу. В первую очередь, это отсутствие необходимости в регулировании скорости для большинства транспортных машин. Реже требуется небольшое регулирование в пределах 2 к 1, ещё реже более высокие показатели.

Что касается окружающих условий, то электромоторы приводящие в действие привод конвейера во многих случаях работают в запыленных или влажных помещениях, при высоких или низких температурах окружающего воздуха. Также возможна работа снаружи, в условиях агрессивной окружающей среды и т. д. Это необходимо учесть при подборе оборудования.

Привод конвейера, как правило, работает в условиях высокого статического момента сопротивления покоя. Часто он превосходит номинальный момент из-за различных причин, среди которых не последнее место занимает загустевание смазки в узлах трения. Поэтому электромотор должен отвечать высоким требованиям надежности, простоты технического обслуживания. Также он должен обеспечивать высокий момент при запуске.

В зависимости от конструкции и сферы применения имеются и дополнительные требования, как например:

• плавный пуск;
• небольшое регулирование скорости;
• предотвращение пробуксовывания ленты;
• синхронное вращение нескольких электромоторов приводов конвейера и т. д.

Для решения этих и многих других задач оптимально подходят асинхронные электромоторы с короткозамкнутым или с фазным ротором.

При проектировании привода конвейера мощность электромотора подбирается методом постепенного приближения параллельно с расчетом и подбором всего оборудования.

• Сначала ориентировочно рассчитывается тяговое усилие и натяжение.
• Далее, на основании этих данных, производится предварительный выбор мощности мотора и механического оборудования.
• На следующем этапе проектирования создаётся уточненный график зависимости натяжения ленты с учетом потерь от длины.
• И завершает проектирование выбор места расположения электромотора, редуктора и других элементов привода, производится проверка оборудования по действующим силам и натяжению.

Основные особенности компоновки и расположения приводов конвейеров обозначены выше, в соответствующем разделе данной статьи.

Основной составляющей проектирования приводов конвейеров является диаграмма тяговых усилий. Для этого вычерчивается трасса транспортной машины, с точным расположением всех элементов и особенностей конфигурации. Затем определяются потери на каждом участке, и на основании этого рассчитывается тяговое натяжение по всей длине.

После построения диаграммы определяется оптимальное место на трассе где должен быть размещен привод конвейера. При высокой протяженности транспортного механизма устанавливается несколько приводов с отдельными электромоторами для равномерного распределения и минимизации усилий.

Особенности конических и коническо-цилиндрических редукторов

Работа конических и коническо-цилиндрических редукторов имеет те же особенности и основные характеристики, что и у цилиндрических устройств. Главное отличие — в форме зубчатых колес внутри корпуса.

Как следует из названия, у конического редуктора все шестерни конической формы, у коническо-цилиндрического в конструкции присутствуют элементы обоих типов.

Редукторы этих классов имеют свои особенности:

• способны изменять направление валов, конический редуктор с одной ступенью преобразования обеспечивает поворот на 90 градусов;
• усилие при работе шестерней направлено под углом к оси вала. Поэтому редукторы конического и коническо-цилиндрического класса должны отдельно закрепляться для избежания бокового давления на ось привода. Это может несколько осложнить конструирование механизмов с их участием.

Рассматриваемые типы редукторов применяются только в случаях, когда без изменения направления вала нельзя обойтись. Данные устройства дороги, что легко объясняется повышенной сложностью изготовления зубчатых колес и необходимостью гарантировать точность сборки редуктора в целом.

Но в остальном — устройства работают практически бесшумно, предлагаются продукты с разным передаточным числом, им не требуется специального обслуживания, а срок эксплуатации очень велик. Правила расчета выходной частоты вращения вала и крутящего момента — такие же, как для цилиндрических редукторов.

Редукторы цилиндрические — виды и определение

Своё название редуктор цилиндрический получил не благодаря цилиндрической форме. Основой наименования стала цилиндрическая схема работы агрегата, а именно цилиндрической форме зубчатых колес применяемых в конструкции. Внутри редуктора в два или более рядов расположено несколько передаточных колес с одним (как минимум) цилиндрическим зацеплением.

Слово редуктор в переводе с латинского слова reductor означает отводящий (приводящий) назад. Этим в полной мере характеризуется основное качество устройств — отвод вращающего усилия. Передача в редукторах цилиндрических может быть прямой, цепной либо зубчатой.

Редуктором цилиндрическим называется механическая система, собранная с целью передачи и преобразования усилия крутящего момента. Система способна с высоким КПД преобразовывать высокую угловую скорость в более низкую с увеличением крутящего момента, т. е. увеличением передаваемого усилия. При добавлении в систему электродвигателя мы получаем мотор редуктор цилиндрический — компактное устройство создающее и преобразующее крутящий момент.

Передача крутящего момента в цилиндрических редукторах может происходить в различных плоскостях и при различных угловых расположениях валов по отношению друг к другу. В зависимости от угла наклона зубьев зубчатых передач рассматриваемые устройства подразделяются на цилиндрические прямозубые и цилиндрические косозубые редуктора.

Как следует из названия, прямозубый редуктор имеет прямую форму зубьев передаточных колес, т. е. расположенных параллельно оси зубчатого колеса. Это обеспечивает одновременное зацепление по всей длине зубы. Достоинством такого рода зацепления является высокая передаваемая мощность и возможность небольшого смещения колес относительно друг друга. Недостатком является более высокий (в сравнении с косозубыми передачами) износ и повышенный шум. Прямозубые передачи применяются как в открытых, так и закрытых передачах — редуктора цилиндрические одноступенчатые, а также двух-, трехступенчатые и т. д. Количество ступеней здесь означает количество передач.

При косозубом зацеплении оси зубьев находятся под углом к осям зубчатых колес. Таким образом, процесс зацепления представляет собой постепенный захват каждого следующего зуба. Благодаря этому увеличивается КПД передачи, уменьшается шум и вибрация при работе. С косозубыми передачами также выпускаются одно-, двух-, трехступенчатые редуктора цилиндрические, а также устройства с большим числом ступеней.

Червячные редукторы: общие сведения

В основе механики работы червячного редуктора лежит идея передачи крутящего момента с винта особой резьбы на зубчатое колесо.

При этом в ходе работы механизма образуются значительные показатели силы трения между поверхностями червяка и зуба приводного механизма вала.

В результате устройство выделяет большое количества тепла, требует особых условий охлаждения, имеет низкую наработку на отказ.

С течением времени из-за разрушения элементов привода возможно возникновения люфтов и увеличение выделения тепла.

К достоинствам червячного редуктора относятся:

• плавность хода выходного вала;
• большие передаточные коэффициенты;
• для выполнения поставленных перед некоторыми механизмами задач полезно свойство самоторможения редуктора: вал невозможно прокрутить при отключенном приводе.

Есть у червячного редуктора весомый список недостатков. Кроме уже упомянутых (значительное выделение тепла, низкий срок службы), к ним относятся:

• сниженный коэффициент полезного действия, который падает в ходе эксплуатации из-за износа механики;
• необходима точная регулировка и настройка.

Червячный редуктор требует отдельного крепления при установке для гарантии отсутствия паразитных разнонаправленных сил, действующих на выходной и входной валы. Если это условие не соблюдено — срок службы устройства может быть снижен по сравнению с задекларированным производителем.

Где применяют червячные редукторы

Червячные редукторы чаще всего используются в механизмах, где требуется передача незначительной мощности при большом коэффициенте преобразования. Например, устройства со слабыми высокооборотистыми двигателями, обеспечивающие малое количество ходов или оборотов исполнительного органа.

Множество механизмов могут требовать низкой угловой скорости поворота выходного вала. В этом случае червячный редуктор будет идеален. Он гарантирует значительный крутящий момент на выходе, а благодаря огромному передаточному числу — количество оборотов на выходе весьма мало. Это могут быть приводы ворот, различные подъемники рычажной конструкции.

Для решения некоторых задач может быть полезным особенность червячных редукторов, которая состоит в изменении направления выходного вала относительно входного на 90 градусов. Этот показатель никогда не изменяется.

Отдельно стоит отметить комбинированные зубчатые редукторы. В них осуществляется двойное преобразование: предварительное с помощью цилиндрической схемы и окончательное — червячной передачей. Этим достигается еще больший коэффициент преобразования для самых низких показателей угловой скорости выходного вала.

Сфера применения цилиндрических редукторов

Благодаря своим высоким техническим и эксплуатационным характеристикам цилиндрические редукторы широко применяются в различных сферах деятельности, особенно в машиностроении и автомобилестроении. Данный тип устройств применяется в различном промышленном оборудовании — кранах, мешалках, станках, экструдерах и мн. других машинах и механизмах. Ограничением для применения устройств является необходимость в плавном ходе машин и механизмов, а также малые размеры при большом передаточном числе ступеней.

Планетарный редуктор: общие сведения

Конструкция планетарного редуктора позволяет ему работать в двух режимах: в роли жесткого преобразователя механической энергии и в модели суммирующего механизма, который отбирает крутящий момент от двух приводов. К достоинствам планетарного редуктора относятся:

• компактность;
• универсальность применения выходного крутящего момента, как для привода валов, так и для передачи вращения шестерням;
• малый вес;
• высокий коэффициент полезного действия.

К недостатку планетарного редуктора относится его высокая стоимость. Это обусловлено как большим количеством деталей в составе механизма преобразования, так и требованиями высокой точности их изготовления.

Редуктор коническо-цилиндрический

Данный тип редукторов относится к классическим вариантам конструкции. Его основным назначением является преобразование или изменение скорости вращения валов, как правило, от большей к меньшей. Благодаря конической конфигурации рабочих частей обеспечивается и эффективная передача крутящего усилия от одного вала к другому независимо от параметра угла подведения. Редуктор цилиндрический с конической передачей выгодно отличается от других конструкций повышенным коэффициентом полезного действия и высокой надежность в эксплуатации. Данные качества устройства оказывают прямое влияние на технические параметры всего механизма, в котором используется данный редуктор. Например, от количества передач в механизме во многом зависит производительность всего устройства. Поэтому, в зависимости от конструктивных требований, используются одноступенчатые устройства, а также редуктора коническо цилиндрические двухступенчатые и многоступенчатые.

В качестве примера такого редуктора можно взять горизонтальную компоновку цилиндрических передач, которая более всего подходит для эксплуатации в условиях:

• постоянной или переменной нагрузки;
• длительного или кратковременного режимов работы;
• разнонаправленного вращения валов.

Ограничением работы данного одноступенчатого цилиндрического редуктора является скорость не более 1800 об/мин. Важным преимуществом является компактный размер устройства и небольшой вес — до 250 кг.

Как работает планетарный редуктор

Передача вращения в планетарном редукторе производится от шестерни, которую вращает привод, к внешнему круговому элементу — эпициклу. Коэффициент преобразования зависит от соотношения числа зубьев на солнечной шестерне и планетарных зубчатых колесах.

Схема редуктора представлена на рисунке:

Когда водило, обозначенное зеленым, жестко зафиксировано — планетарный редуктор работает как простой преобразователь механической энергии одного привода. Второй вариант использования заключается во вращении солнечной шестерни и водила от разных источников. При этом энергия суммируется, а расчет итоговой мощности на эпицикле достаточно сложен.

Где применяется планетарный редуктор

Благодаря малым размерам и плавности хода, планетарный редуктор рекомендован для точных механизмов. На массовом рынке предлагается широкий спектр изделий. Доступны редукторы с разным коэффициентом преобразования, которые могут передавать большую мощность, снижая угловую скорость выходного устройства. Это может быть крайне полезным в металлообрабатывающих станках.

Хорошие результаты показывают планетарные редукторы в различных подъемниках и транспортерах. Они способны обеспечить плавное изменение мощности при незначительных бросках нагрузки на приводе. Для обеспечения высокой мощности транспортеров можно применять дополнительные приводы с планетарными редукторами в режиме суммирования, которые смогут обеспечить создание длинных высоконагруженных транспортеров или подъемников.