Цилиндрический редуктор это: устройство, принцип работы, виды

Редуктор – механизм для преобразования скорости и момента, изменения направления движения. Устройства широко используют в кинематике оборудования, приводе машин и механизмов различного назначения. Рассмотрим конструкцию, назначение, виды, достоинства и недостатки, параметры выбора цилиндрического редуктора.

Принцип действия и конструкция

Главная часть цилиндрического редуктора – кинематическая передача из 2 сопряженных зубчатых колес. Кроме этого состав оборудования включает:

• Корпус с крышкой.
• Быстроходный вал с насаженной на него шестерней.
• Тихоходный вал с зубчатым колесом.
• Подшипники.
• Систему смазки.
• Регулировочные винты и кладки.
• Бобышки, соединительные винты и прочие вспомогательные детали.

Шестеренки имеют цилиндрическую форму, различную ширину, диаметр и разное количество зубьев. Зубчатые элементы насажены на валы, один из них, соединенный с силовым агрегатом, называется ведущим, второй, соединенный с механизмом оборудования, – ведомым.

При сообщении движения от двигателя вал с ведущей шестеренкой начинает вращаться, вращение передается ведомому звену через зубчатое зацепление. При этом момент и скорость на входном валу неравны аналогичным параметрам на выходном. Разницу характеризует один из главных параметров цилиндрических редукторов – передаточное число. Оно определяется как: I=n1/n2, где n1 – количество зубьев большей шестерни, n2 – количество зубьев меньшего зубчатого колеса.

Таким образом, механизм цилиндрического типа изменяет скорость или момент, передаваемый от вала двигателя. В промышленности наиболее распространены понижающие редукторы, которые уменьшают скорость и повышают момент.

Зубчатые колеса для цилиндрических механизмов изготавливают из улучшенных или нормализованных сталей. Твердость зубьев ведомой шестерни обычно должна превышать аналогичный параметр ведущего колеса. Выбор материала и термообработки зависит от нагрузки, габаритов и других особенностей передачи. Для увеличения твердости венца применяют объемную и сквозную закалку, термообработку по контуру, цементацию, нитроцементацию, азотирование.

Назначение и сферы применения

Цилиндрические редукторы служат для преобразования скорости и момента механической энергии вращения, а также для изменения направления движения. Механизмы с передачами такого типа получили самое широкое распространение.

Устройства применяются в приводе и кинематических схемах:

• Грузоподъемного оборудования, лифтов, подъемников, лебедок, кранов.
• Различных станков для металло- и деревообработки.
• Обрабатывающего оборудования: мельниц, мешалок, дробилок, грохотов и т.д.
• Насосных и компрессорных агрегатов.
• Исполнительно-регулирующих механизмов.
• Точного оборудования: экструдеров, дозаторов, манипуляторов.
• Транспортеров и конвейеров.
• Привода промышленных роботов.

Цилиндрические редукторы также используют в сельскохозяйственных машинах, спецтехнике и других сферах.

Классификация цилиндрических редукторов

Цилиндрические передаточные механизмы классифицируют по количеству ступеней, расположению зубьев относительно образующих шестеренок и другим параметрам. Рассмотрим виды механизмов подробнее.

По количеству ступеней различают одно-, двух и многоступенчатые механизмы. Ступенью называют кинематическую пару из 2 зацепленных шестеренок. Ступеней редуктора может 1, 2, 3 и больше. В двух- и многоступенчатых механизмах ведомая шестеренка более высокой ступени находится в зацеплении с ведущим зубчатым колесом следующего звена. Таким образом все звенья передают движение последовательно. Это необходимо для увеличения передаточного числа и создания более высокого крутящего момента на выходном валу.

По конструкции различают цилиндрические редукторы:

• С прямыми зубьями. При работе таких передач зубья ведущего и ведомого колес входят в зацепление сразу по всей площади. Цилиндрический прямозубый редуктор работает в интервале скоростей от ≤ 3 и до 15 м/c. Применяются такие передачи в механизмах с небольшими и средними нагрузками. Устройства просты в производстве, однако требуют высокой точности изготовления и тщательной подгонки.
• С косыми зубьями. Кинематические звенья входят в зацепление постепенно, сразу нескольким зубьями, расположенными под углом к образующей. Редукторы с такими шестернями используют в механизмах, работающих во всем диапазоне скоростей от ≤ 3 до 30 м/с, в оборудовании со средними и высокими нагрузками. К недостаткам относят значительная осевая сила, которая требует усиления подшипников и вала.
• С шевронными зубьями. Зубья расположены по винтовым линиям, которые направленны в разные стороны, это позволяет уравновесить осевые нагрузи и сохранить все преимущества косозубых цилиндрических передач. Шестерни и колеса с шевронными венцами сложны в производстве, область применения таких передач – редукторы, работающие при высоких нагрузках.

По окружной скорости различают следующие виды цилиндрических механизмов:

• Тихоходные. Окружная скорость таких передач – до 3 м/с.
• Среднескоростные. Окружная частота вращения – 3-15 м/с.
• Быстроходные. Окружная скорость составляет более 15 м/с.

По конструкции передачи различают редукторы:

• C внешним зацеплением. Венцы обеих шестеренок выполнены по внешнему диаметру, зацепление осуществляется по внешней стороне.
• С внутренним зацеплением. Зубья большого по диаметру колеса сделаны по внутреннему диаметру, меньшая шестеренка со стандартным венцом размещена внутри. Зацепление осуществляется по внутренней стороне большего зубчатого колеса.

По исполнению различают:

• Открытые редукторы. Передачи не защищены от внешней среды, смазка осуществляется консистентными материалами.
• Закрытые механизмы. Кинематические элементы размещены в корпусе, зубчатые колеса расположены таким образом, что нижняя часть была погружена в масляную ванну. Смазка осуществляется разбрызгиванием при вращении шестеренок.

По способу охлаждения различают механизмы с принудительным и естественным отводом тепла. Для снижения избыточной температуры механизма в первом случае используют обдув потоком воздуха или систему циркуляции с искусственным охлаждением смазочной жидкости. Во втором случае для отвода тепла помещают редукторы в ребристые корпуса. Отдача тепла осуществляется естественным образом.

По взаимному расположению осей валов различают редукторы с параллельными и скрещивающимися осями. Также существует классификация по положению осей в пространстве: оно бывает вертикальное и горизонтальное.

ГОСТ 1643-81 также устанавливает классификацию по степени точности. Наиболее часто встречающиеся цилиндрические передачи – 6, 7, 8 и 9 степени точности. Сферы применения механизмов приведены в таблице ниже.

Класс точности	Окружная скорость в м/с		Область применения
	цилиндрических прямозубых редукторов	цилиндрических косозубых редукторов
6	20	30	Высокоскоростные точные редукторы, рассчитанные на высокую нагрузку.
7	12	20	Точные редукторы и механизмы оборудования, работающего под средней или низкой нагрузкой на высоких скоростях или наоборот.
8	6	10	Редукторы общего назначения.
9	3	5	Тихоходные редукторы и машины низкой точности.

Достоинства и недостатки

Преимущества и недостатки цилиндрических редукторов обусловлены особенностями кинематической передачи. Механизмы обладают следующими достоинствами:

• Возможность передачи значительной мощности. Цилиндрические передачи промышленного назначения рассчитаны на мощность более 5000 кВт.
• Высокая кинематическая точность. Небольшой люфт вала на выходе.
• Высокой КПД. Особенности зацепления позволяют передавать механическую энергию с минимальными потерями, КПД цилиндрических редукторов составляет до 98%.
• Небольшой нагрев при работе. При эксплуатации механизма только незначительная часть энергии расходуется на трение и переходит в тепло. Цилиндрические редукторы реже требуют принудительного охлаждения.
• Возможность реверса. Цилиндрические механизмы могут передавать вращение по и против часовой стрелки, что позволяет применять их в реверсивном оборудовании.
• Стабильные параметры в повторно-кратковременном режиме работы. Передачи цилиндрического типа нечувствительны к частым остановкам, повторным включениям, резкому изменению нагрузки.

Недостатки редукторов – небольшое передаточное число, оно составляет от 1,6 до 6,3 для одной ступени, высокий уровень шума, особенно у устройств с прямозубыми шестеренками.

Для увеличения передаточного числа добавляют дополнительные ступени. Редукторы такой конструкции могут комбинировать разнотипные передачи, например коническо-цилиндрические, цилиндро-червячные и т.д.

Характеристики

Цилиндрические редукторы подбирают по техническим характеристикам. К основным параметрам относятся:

• Номинальный входной и выходной момент. По его величине подбирают двигатель и рассчитывают приведенный момент, необходимый для выбора приводного механизма.
• Номинальная скорость на входном и выходном валу. Показывает требуемую частоту вращения вала силового агрегата и подключаемого оборудования.
• Сервис-фактор – отношение максимально допустимого длительного момента на валу к номинальному моменту нагрузки. Ряд производителей указывает характеристику с учетом температуры эксплуатации оборудования. Величина сервис фактора требуется для выбора оборудования.
• Передаточное число – отношение числа зубьев ведущего звена к количеству зубьев ведомого. Параметр характеризует величину преобразования момента или угловой скорости.
• Передаточное отношение — отношение скоростей вращения входного и выходного вала, либо крутящих моментов ведущего и ведомого звена редуктора.
• КПД цилиндрического редуктора. Отношение механической мощности на входном валу к тому же параметру на выходном. Параметр характеризует получаемую полезную мощность на выходе редуктора и ее потери в механизме передачи, может выражаться в % или отвлеченной величине.
• Радиальная и осевая нагрузка – параметры характеризуют величину допустимых нагрузок, которые возникают в процессе работы.

К основным характеристикам также относят исполнение, монтажное положение, степень защиты от влаги и пыли, температуру окружающей среды в месте эксплуатации цилиндрического редуктора и другие характеристики.

Как выбрать цилиндрический редуктор

Выбор редуктора осуществляется по нескольким ключевым факторам. К ним относят:

• Типоразмер оборудования.
• Значение сервис-фактора редуктора.
• Количество и тип ступеней.
• Допустимый и номинальный момент и номинальную скорость входного вала.
• Допустимый и номинальный момент и номинальную скорость выходного вала
• Исполнение по способу монтажа.
• Положение входного и выходного валов в пространстве и относительно друг друга.
• Класс точности редукторного механизма.
• Климатическое исполнение.
• Исполнение выходных концов валов.
• Вес и габариты оборудования.
• Допустимые осевые и радиальные нагрузки.

Требуемую величину сервис-фактора редуктора рассчитывают исходя величины и характера нагрузки, количества пусков и остановок, времени работы в сутки, температуры эксплуатации. Затем выбирают цилиндрический редуктор из таблицы типоразмеров с близким по значению сервис-фактором. Выбор делают с небольшим запасом в большую сторону.

Остальные характеристики механизма подбираются согласно заданным требованиям, по этим условиям подбирают механизм с требуемыми параметрами из номенклатуры производителя.