Редуктор цилиндрический: конструкция, виды и применение

Редуктором является отдельный механизм с передачей зацеплением. Он обеспечивает уменьшение частоты вращения с пропорциональным увеличением крутящего момента. Редуктор цилиндрический характеризуется параллельными осями валов и зубчатыми передачами между колесами.

Классификация

Типы цилиндрического редуктора разделяются по нескольким признакам.

1. Количество передач - от одной до четырех.
2. Механизмы с параллельными валами и соосные. У последних расстояние между осями на входном и выходном валах меньше чем межосевое расстояние передач.
3. Установка на лапах, на фланце или насадная (выходной вал - полый).
4. Расположения валов в пространстве горизонтальные и вертикальные.

Достоинства цилиндрических редукторов

Группа наиболее распространена, благодаря ряду преимуществ.

1. Высокий КПД, составляющий 95-98 %. С увеличением количества ступеней его величина несколько снижается. Низкие потери энергии вызваны небольшими силами трения в процессе работы.
2. Высокая нагрузочная способность. При подходящих габаритах редуктор цилиндрический способен пропустить через себя и передать на расстояние значительную мощность. Конструктивные особенности механизмов не создают заеданий в зацеплениях. В большинстве устройств потерями пренебрегают, но в крупных и высокоскоростных агрегатах их необходимо учитывать.
3. Незначительный люфт вала на выходе позволяет достичь высокой кинематической точности механизма.
4. Отсутствие больших потерь энергии не приводит к перегреву агрегата. Основная мощность передается от привода к потребителю. На нагрев идет незначительная доля энергии, не вызывающая сильный нагрев деталей. Для большинства передач не нужны системы охлаждения.
5. Надежная работа при динамических воздействиях (частые пуски, неравномерные нагрузки). В связи с этим цилиндрические редукторы широко применяются в оборудовании, где на рабочие органы действуют значительные импульсные нагрузки: дробилки, измельчители, шредеры и др. Преимущество обеспечивается за счет небольшой величины трения скольжения, благодаря которому мало изнашиваются детали. Высокий ресурс валов, передач и подшипников.
6. Большой выбор устройств с разными передаточными числами.

Недостатки цилиндрических редукторов

Наряду с достоинствами, цилиндрический тип передач имеет недостатки.

1. Одна ступень не обеспечивает большое передаточное число. Минимальное количество зубьев колеса равно 17. Это требует значительного увеличения габаритов при максимально возможных передаточных числах (до 1:12.5).
2. Высокий уровень шума, создаваемого при поочередном входе в контакт пар зубьев. Простейшая конструкция, когда они прямые. Контакт здесь происходит по всей длине зуба. Это обеспечивает передачу большой мощности, но также значительный износ и повышенный шум при вращении. В косозубых зацеплениях захват каждого последующего звена производится постепенно, что снижает вибрацию и удары. При этом требуются меньшие усилия для вращения вала.
3. Нет самоторможения. Наружная нагрузка может вращать выходной вал, что не всегда целесообразно. В одном случае это является недостатком, в другом – преимуществом.
4. Зубчатые колеса обладают высокой жесткостью и не дают возможности компенсировать динамические нагрузки.

Применение цилиндрических редукторов

Благодаря высокому КПД, цилиндрические редукторы наиболее распространены. Их используют в приводах прокатных валков, металлообрабатывающих станков, мешалок и др. Нагрузка может быть равномерной, переменной, реверсивной, однонаправленной. Другие типы передач применяются, когда необходимо обеспечить особые условия: плавный ход, высокое передаточное число при небольших габаритах, угловую компоновку привода.

Редукторы применяются для следующих целей:

• ступенчатое снижение скорости вращения – коробка передач;
• бесступенчатое изменение угловой скорости – вариатор;
• преобразование низкой скорости в высокую – мультипликатор;
• совмещение с двигателем в одном блоке – мотор-редуктор.

Редуктор с одной ступенью

Больше распространен редуктор цилиндрический одноступенчатый горизонтального исполнения.

Вертикальные модели также применяются. Та или иная конструкция связана с удобством компоновки привода. Колеса выполняются с прямыми, косыми или шевронными зубьями. Корпус цилиндрического редуктора изготавливается из чугунного литья или делается сваренным из стали.

Применяются подшипники качения и реже – скольжения (для тяжело нагруженных передач).

Редуктор цилиндрический горизонтальный имеет передаточное число не выше 6.3. Дальнейший рост передаточного числа (допускается его увеличение до 12.5) нерационально увеличивает габариты агрегата. Если редуктор цилиндрический одноступенчатый превышает допустимые габариты, применяют устройство меньшего размера с 2 ступенями.

Двухступенчатый редуктор

Распространены механизмы горизонтального типа. Редуктор цилиндрический двухступенчатый содержит ведущий, промежуточный и ведомый валы. Первая ступень называется быстроходной, а вторая – тихоходной.

Рациональная двухступенчатая конструкция цилиндрического редуктора имеет передаточное число не более 50. При дальнейшем его увеличении значительно увеличиваются масса и габариты устройства. Для больших передаточных чисел рекомендуется применять трехступенчатый тип.

Редуктор цилиндрический двухступенчатый может быть выполнен с раздвоенной, сосной или развернутой схемой. Последняя наиболее распространена из-за простоты конструкции. Несимметричное размещение колес приводит к неравномерной нагрузке на подшипники и зубья.

При раздвоенной быстроходной ступени с противоположным наклоном зубьев на колесах осевые усилия уравновешиваются, а окружные – выравниваются за счет самоустановки ведущего вала.

Компоновка редукторов

Быстроходная ступень выполняется чаще косозубой, а тихоходная – прямозубой. Для массового производства косозубых передач принято изготавливать шестерни с левым направлением зуба, а колеса – с правым. В производстве мелкими сериями шестерни первой ступени изготавливают как обычно, а второй – с правым направлением. За счет этого происходит уравновешивание осевых сил на промежуточном валу.

Если требуется передавать крутящий момент, не зависящий от угла подведения, применяются конически-цилиндрические передачи. Вертикальные устройства изготавливаются червячно-цилиндрического типа. У них ниже КПД, поэтому редукторы применяются преимущественно при кратковременных режимах работы.

Развернутая схема больше распространена, так как компоненты механизма (валы, колеса, шестерни) используются для изготовления нескольких типоразмеров редукторов. Недостатком является повышенная концентрация напряжений на рабочем участке зуба, что требует применения жестких валов.

Редукторы с раздвоенной схемой имеют массу на 20 % меньше, благодаря большей компактности.

Смазывание редукторов

В зацепление редуктора подается жидкое масло. Применяются следующие способы смазывания.

1. Картерный – погружение в масляную ванну, если скорость не выше 10 м/с. При дальнейшем ее увеличении значительно возрастают потери энергии на разбрызгивание масла. Зубчатое колесо находится нижней частью на глубине двух-трех высот зуба.
2. Картерный проточный: с одной стороны в ванну агрегата подается масло, а с другой - отводится. При этом производится охлаждение масла.
3. Централизованный (струйный). Способ применяется при максимальной окружной скорости передачи более 10 м/с. Масло подается насосом к зацеплению и подшипникам. При этом оно очищается в сетчатых или пластинчатых фильтрах и охлаждается водой через стенки трубчатых холодильников.
4. Комбинированный: одна ступень может смазываться централизованно, а другая – картерным способом.

Вертикальные редукторы

Вертикальные схемы требуются для механизмов, которые не могут работать с применением обычных горизонтальных передач. Вертикальный цилиндрический редуктор от одной до трех ступеней чаще всего применяют в механизмах, работающих в крановых режимах. Его можно эксплуатировать также в наклонном положении.

Ступени обычно выполняются с косозубыми передачами. Колеса и шестерни изготавливаются из кованых легированных сталей с термообработкой. В качестве опор применяются однорядные конические роликоподшипники.

Производители

Отечественное производство заметно отстает от зарубежного. Импортные модели поступают на российский рынок без адаптации к местным условиям. Традиционные российские редукторы представляют собой предельно упрощенные конструкции, что дает им возможность хоть как-то снизить цены и поддержать спрос. Потребитель все больше убеждается в их низкой надежности, предпочитая приобретать импортные изделия. Отечественный редуктор цилиндрический обладает следующими недостатками:

• отсутствие чистовой и отделочной операций по обработке поверхности зубьев;
• низкая мощность и крутящий момент, недолговечность и недостаточная надежность;
• существенное ограничение разнообразия конструкций, что не дает возможности применять их в современных машинах и механизмах с многофункциональным приводом.

Очень мало предприятий занимается совершенствованием отечественных изделий, улучшая их показатели до зарубежного уровня. Среди них выделяется НТЦ «Редуктор», главным направлением которого является модернизация типовых изделий за счет применения достижений науки о редукторах и внедрения зарубежных новинок.

Заключение

Редуктор цилиндрический наиболее распространен благодаря своим преимуществам, основными из которых являются небольшие габариты, высокий КПД и долговечность. Они проявляются при точном изготовлении механизмов за счет применения качественных материалов и современных способов обработки деталей.