Использование энергии двигателя в машинах напрямую невозможно: важны обороты, крутящий момент определенного уровня. В качестве посредника в передаче вращательного движения выступает сложный механизм. Что такое промышленный или автомобильный редуктор, какие основные элементы включает его конструкция — обо всем по порядку.

 Что такое редуктор

Редуктор — это технологический механизм, осуществляющий передачу крутящего момента от двигателя к исполнительному устройству.

В зависимости от инженерного исполнения и требований эксплуатации, передаваемый крутящий момент может быть изменен в направлении, силе, скорости.

Назначение механизма

Основное назначение редуктора — изменение показателей крутящего момента, оборотов, получаемых от двигателя.  В производственных процессах редуктор предназначен для реализации привода в:

• мощных обрабатывающих станках;
• системах запирания (открывания) тяжелых конструкций;
• подъемных и удерживающих устройствах.

Если коснуться конструкции транспортных средств, становится понятно зачем нужен редуктор в машине. Для автомобиля данный механизм реализует привод колес. Редукторы могут быть расположены:

• на задней оси автомобиля;
• впереди как отдельный элемент;
• интегрировано в коробку передач.

Совместно с КПП чаще всего исполняются редукторы у автомобилей с передним приводом. Конструкция полноприводных машин предполагает 2 редуктора на передней и задней оси с передачей крутящего момента через карданный вал. Разобравшись, за что в машине отвечает редуктор, необходимо понять его устройство, основные элементы и принципы работы.

Устройство и принцип работы

Из каких же деталей состоит такой ответственный механизм? Классическое устройство редуктора предполагает наличие следующих рабочих частей:

• корпусная часть с крышкой, отверстием для проверки уровня технической жидкости;
• комплект подшипников;
• валов — в зависимости от назначения и количества передач помимо входного и выходного добавляется промежуточный;
• детали, реализующие передачу между валами — зубчатые колеса, червячные элементы.

Схема расположения элементов зависит от типа редуктора. Помимо приведенных выше основных элементов, устройство состоит из дополнительных деталей — сальниковых уплотнений, шпонок, регулировочных колец, уплотнительных прокладок.

Устройство

Редукторные механизмы бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми. Примером простейшего редуктора является зацепление двух зубчатых колес или шестерен разного диаметра, внешнего типа зацепления. Меньшая шестерня является ведущей, размещается на ведущем валу редуктора. Этот вал получает крутящий момент от двигателя. Большая шестерня является ведомой и закрепляется на ведомый вал. При разнице в количестве зубьев между шестернями в 3 раза ведущая совершит один полный оборот, а ведомая провернет вал лишь на треть. Тяговое усилие на ведомом валу возрасте в 3 раза по отношению к выдаваемому усилию двигателя.

Ведущий вал редуктора всегда чуть меньше ведомого — это конструктивная особенность из-за разницы в моментах помогает определить его тип. Использование таких элементов как сальниковые уплотнения необходимо для герметизации смазки внутри корпуса редуктора. Шпонки фиксируют зубчатые колеса на валах. Схемы редукторов необходимы для полного отображения всех элементов с указанием маркировки и размеров. 

Шестерни на валах располагаются внутри корпуса с посадкой на подшипниках. Смазка реализуется частичным или полным заполнением объема корпуса технологическим маслом. Вязкость и состав масла в промышленных и автомобильных редукторах отличаются. При частичном заполнении ванночки (часто встречается на промышленных редукторах) зубья шестеренки, опускаясь вниз, захватывают на себя масло и таким образом осуществляют смазку зоны контакта в передаче. Масло подлежит замене: для коробки передач график устанавливается от пробега авто в километрах, для промышленного редуктора зависит от наработки в часах.

 

В зависимости от требуемого передаточного числа, количество ступеней увеличивается, элементы, передающие крутящий момент, меняются. Для моста в легковом автомобиле с полным приводом характерно равное передаточное число в переднем и заднем механизме — для синхронности вращения колес.

Крышка необходима для доступа и осмотра строения внутренней конструкции без полного разбора механизма. Детали подлежат периодической ревизии на предмет износа.

Принцип действия

Принцип работы механического редуктора заключается во взаимодействии зубьев деталей, передающих крутящий момент. Силовой агрегат подает крутящий момент на ведущий вал механизма, выходной      вал выдает пониженные обороты и повышенный крутящий момент. Если механизм скоростной, то происходит повышение оборотов вала и снижение силового момента. Редуктор как силовое звено работает над передачей момента исполнительному механизму.

Маркировка

Для обозначения моделей редукторов применяются комбинации букв и цифр, характеризующие параметры и тип устройства. На первом месте указывается число ступеней и вид передачи:

• червячный — Ч;
• цилиндрическое — Ц;
• глобоидное — Г;
• коническое — К;
• планетарные — П.

  Пример маркировки редуктора

Для комбинированных моделей на первое место ставится буква, означающая первую передачу:

• цилиндрически-червячные — ЦЧ;
• конически-цилиндрические — КЦ;

Количество передач определенного вида обозначается цифрой, проставляемой перед буквой передачи.

Технические характеристики

Технические характеристики любого редуктора включают в себя:

• крутящий момент;
• передаточное число;
• передаточное отношение;
• число и тип ступеней;
• расположение валов.

Сведения о данных характеристиках указываются в сопроводительной инструкции и дублируются на табличках, закрепленных на устройстве. Каждый технический показатель важен для подбора механизма под конкретную производственную задачу. Мощность редуктора характеризуется предельным крутящим моментом, передаваемым на исполнительный механизм.

Передаточное число

Является основной характеристикой передачи, на основе нее ведется расчет всех остальных параметров механического узла. Передаточное число указывает на изменение числа оборотов в зацеплении ведущей и ведомой шестерни. Для расчетов непосредственно на передаче считается число зубьев ведущей и ведомой шестерни. Для примера:

• ведущая шестерня имеет 15 зубов;
• ведомая — 60.

Делим 60 на 15 и получаем значение передаточного числа 4. Число оборотов выходного вала уменьшится в 4 раза, а крутящий момент возрастет на 4. Для червячных передач высчитываются зубья колеса и заходы червяка. Общее передаточное число вычисляется как произведение значений у всех пар передач в механизме.

Передаточное отношение

Под передаточным отношением принято понимать зависимость между угловыми скоростями и вращающими моментами валов. В зависимости от величины передаточного отношения механизмы называют:

• редукторами — передаточное отношение больше 1;
• мультипликаторами — передаточное меньше 1. В этом случае первичный или ведущий вал связан с большей шестерней.

Крутящий момент

Значение крутящего момента на выходном валу позволяет определить мощность, с которой будет работать исполнительный механизм. Мощность и момент связаны прямой пропорцией. Момент привода, двигателя на ведущем валу, умножается на значение передаточного числа. Уточненное значение получается, если умножить выражение на размер кпд. Зубчатый редуктор с прямозубой конической передачей имеет КПД 98%. С увеличением количества ступеней КПД немного снижается за счет дополнительного трения в зацеплении.

Чем отличается редуктор от дифференциала

Дифференциал является распределителем полученного крутящего момента между осями. Редуктор же изменяет крутящий момент по величине — в большую или меньшую сторону. Оба механизма являются важными элементами в трансмиссии автомобилей различного класса.

 

Виды редукторов  Основные виды редукторов, получившие максимальное применение во всех сферах промышленности, зубчатые. Данные механизмы разделяют на группы по:

• типу зацепления в передаче;
• количеству пар передач;
• способу установки;
• положению осей в пространстве.

Зубчатое колесо на ведущем валу воспринимает большую нагрузку за счет высоких оборотов от двигателя. По типу зацепления и форме шестерен, из которых состоит механический редуктор, выделяются:

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

 

Скоростной редуктор или мультипликатор предназначается для повышения оборотов на выходном валу механизма. Крутящий момент на выходе такого узла маленький. Шестерня вторичного вала меньшая, выполняется более износостойкой.

Автомобильный редуктор применяется для передачи крутящего момента на колеса. В зависимости от типа привода, устанавливается на обе оси, либо на переднюю или заднюю в отдельности. Помимо этого, на основе винтовой передачи в каждом автомобиле имеется штатный домкрат — грузоподъемный редуктор с эффектом самоторможения.

 

Цилиндрические

Подавляющее большинство выпускаемых редукторов.  Рабочая форма колес и шестерен в таком редукторе представлена цилиндром. К плюсам таких механизмов относят:

• высокий КПД;
• простота в исполнении и обслуживании;
• большое разнообразие для применения в различных сферах промышленности.

У цилиндрических моделей выделяются формы зуба:

• прямые;
• косые;
• шевронные.

Цилиндрический редуктор

Прямозубые передачи фактически не нагреваются и создают минимальную нагрузку на подшипники. Для передачи больших моментов требуется увеличивать размеры рабочих колес.

Косозубая передача имеет увеличенное пятно контакта за счет расположения зубьев под углом. Это делает ее более тихой в работе. Косозубая передача мощнее и более плавная в работе. К недостаткам относится нагрев, поэтому смазке в таких механизмах уделяется особое внимание. 

Шевронными передачами являются узлы с двумя колесами на валу и наклоном зубьев в разные стороны. Такое зацепление еще более мощное, сложность заключается в изготовлении шестерен.

Количество передач и положение валов может быть различным, что существенно увеличивает передаваемый момент в цилиндрических редукторах.

Конические

Поверхность шестерни и колеса в этом случае конической формы, валы устанавливаются под углом. Зачастую применение конической передачи оптимально в комбинированных или понижающих механизмах.

Самым известный пример косозубого зацепления — дифференциал в заднем редукторе.

Конический редуктор

Служит для понижения крутящего момента. Одно ведущее колесо синхронно вращает 2 шестерни. Вращение —  строго в одном направлении.

Червячный

В качестве ведущей шестерни в зацеплении стоит так называемый червяк. Резьба на нем нарезается в 1, 2 или 4 нити (захода). Валы червяка и ведомого колеса перпендикулярны друг другу. Червяк в зацеплении взаимодействует с несколькими зубами колеса. Высокий показатель трения является причиной тормозящего момента. За счет самоторможения в передаче червячные редукторы применяются в подъемных механизмах и системах с повышенной точностью позиционирования.

Червячный редуктор

Червячная передача бесшумна и работает плавно. К недостаткам относится низкий кпд и повышенный нагрев. Поэтому корпуса данных редукторов делают с ребрами, увеличивающими площадь теплоотдачи.

Планетарный

Планетарные модели отличаются уникальной конструкцией. Колесо неподвижно фиксируется в корпусе. В зацеплении задействованы сателлиты в количестве 4 штук. Они синхронно вращаются от ведущей шестерни в центре.

Водило закреплено с выходным валом и движется вокруг центральной шестерни. Валы сателлитов смонтированы на нем посадкой в подшипники.

Несмотря на конструктивную сложность, механизм мощный и компактный. Применяются чаще всего такие устройства в промышленности и производстве.

Комбинированные

К комбинированным редукторам относят механизмы с передачами различного типа. Чаще всего совмещаются цилиндрические с коническими или червячными парами.

Комбинированный редуктор

Отдельно выделяется мотор-редуктор. Механизм включает корпус с двигателем и передаточным устройством. Компактность мотор-редукторов позволяет применять их в оборудовании с небольшим объемом свободного места.

Как определить передаточное число редуктора

Для определения передаточного числа редуктора делают один полный оборот вторичного вала и одновременно считают количество полных вращений первичного вала механизма. К примеру, если на полный оборот вторичного вала, первичный совершил 5 оборотов, то передаточное отношение 1 к 5, а передаточное число 5. Для мультипликаторов обороты у валов считаются наоборот.

Неисправности редуктора

К неисправностям редукторов относятся:

• износ зубьев в передаче;
• износ подшипников;
• разгерметизация сальниковых уплотнений;
• перегрев из-за недостаточного уровня смазки.

Редуктор в автомобиле страдает чаще всего от несвоевременной замены технологической жидкости, эксплуатации в тяжелых условиях. В том числе, вредна эксплуатация в зимних условиях с маслом не соответствующей вязкости. Все это ведет к скорейшему износу передачи главной пары, появлению люфтов и разбиванию подшипников в корпусе.

https://zavod-reduktor.ru/