Редуктор: назначение, виды и применение¶

Редуктор — механизм, предназначенный для изменения частоты вращения и крутящего момента выходного вала относительно входного, как правило, с одновременным уменьшением частоты вращения и увеличением момента. В общем машиностроении редуктором называют закрытую зубчатую (или червячную) передачу, размещённую в отдельном корпусе и работающую в масляной ванне. Термин происходит от латинского reducere — «отводить назад, понижать» и применяется также в газовой технике, где обозначает устройство для понижения и стабилизации давления газа.

¶Принцип действия

Работа механического редуктора основана на передаче вращения между валами через зацепление зубчатых колёс разного диаметра. Ведущее колесо (шестерня) имеет меньшее число зубьев, ведомое (колесо) — большее. Передаточное отношение определяется отношением чисел зубьев:

u = z₂ / z₁,

где z₁ и z₂ — числа зубьев шестерни и колеса. Во сколько раз снижается частота вращения, во столько же (с учётом КПД) возрастает крутящий момент. Частота вращения выходного вала:

n₂ = n₁ / u,

где n₁ — частота вращения входного вала. КПД одноступенчатой цилиндрической передачи составляет 0,96–0,98, червячной — 0,7–0,9 в зависимости от числа заходов червяка.

¶Классификация

¶По типу передачи

¶По числу ступеней

Одноступенчатые редукторы применяют при небольших передаточных отношениях (до 6–8). Двух- и трёхступенчатые позволяют получать u до 100–200 и более. Многоступенчатые схемы используют в тяжёлом машиностроении, подъёмно-транспортном оборудовании и приводах прокатных станов.

¶По расположению осей

Различают горизонтальные и вертикальные компоновки, соосные и развёрнутые схемы. Соосные редукторы компактны, но имеют увеличенные габариты по длине; развёрнутые обеспечивают лучшее распределение нагрузок.

¶Устройство

Типовой зубчатый редуктор включает:

• корпус (литой чугунный или сварной) с рёбрами жёсткости и разъёмом по осям валов;
• зубчатые колёса и шестерни, изготовляемые из легированных сталей с термообработкой (цементация, азотирование, закалка ТВЧ);
• валы, опирающиеся на подшипники качения или скольжения;
• систему смазки — картерную (окунанием) или циркуляционную;
• уплотнения (манжеты, лабиринты) для предотвращения утечек масла;
• смотровые люки, пробки-сапуны, маслоуказатели.

¶Газовые редукторы

В газовой отрасли редуктором называют устройство для понижения давления газа и поддержания его на заданном уровне независимо от изменения входного давления и расхода. Основные элементы: редуцирующий клапан, чувствительный элемент (мембрана или поршень), пружина настройки. Применяются в баллонных установках (кислородные, пропановые, ацетиленовые), на газораспределительных пунктах, в системах отопления. Различают редукторы прямого и обратного действия, одно- и двухступенчатые.

¶Применение

Редукторы — неотъемлемая часть приводов большинства машин:

• металлургические и прокатные станы;
• конвейеры, элеваторы, краны и лебёдки;
• станки, промышленные роботы;
• автомобильная и тракторная техника (главная передача, коробки передач);
• авиационные и судовые силовые установки;
• ветроэнергетические установки (мультипликаторы);
• бытовая техника (мясорубки, дрели, электроприводы).

¶Расчёт и критерии работоспособности

Основные параметры при проектировании: передаточное отношение, крутящий момент, частота вращения, ресурс. Критерии работоспособности зубчатых передач — контактная выносливость (выкрашивание рабочих поверхностей) и изгибная прочность зубьев. Расчёт ведут по ГОСТ 21354. Для червячных передач дополнительно учитывают нагрев и износ. Материалы колёс подбирают так, чтобы твёрдость шестерни превышала твёрдость колеса на 20–40 единиц HB — это выравнивает долговечность.

¶Обслуживание и неисправности

Типичные отказы: износ и выкрашивание зубьев, разрушение подшипников, течи уплотнений, перегрев из-за недостатка или загрязнения масла. Регламент обслуживания включает контроль уровня и замену масла, осмотр зацепления, проверку люфтов и температуры корпуса. Уровень шума и вибрации служат диагностическими признаками износа.

¶История

Зубчатые передачи известны с античности: их описывал в «Механике» Герон Александрийский, применяли в водяных мельницах и часах. Промышленное производство редукторов началось в XIX веке с развитием паровых машин и металлообработки. В XX веке появились планетарные и волновые схемы, а расчёт передач был формализован в стандартах. Современные редукторы проектируются с применением CAD-систем и численного анализа напряжений.