Редуктор представляет собой механизм, увеличивающий движущую силу, передаваемую от двигателя к нагрузке. Его работа заключается в уменьшении числа оборотов и увеличении крутящего момента. Редуктор изменяет скорость вращения с помощью шестерен с соответствующей конструкцией и количеством зубьев.
Современные редукторы могут быть сконфигурированы практически для любого применения в любой области промышленности. Внедрение редуктора позволяет повысить эффективность и производительность производственного процесса.
На сегодняшний день редукторы применяются во всех промышленных установках. Широкий перечень требований к приводной технике влияет на ассортимент выпускаемых редукторов. Потребитель может выбирать следующие параметры: тип редуктора, типоразмер, передаточное отношение, схема сборки и вариант исполнения. Благодаря автоматизации производства сегодня освоено серийное производство цилиндрических, конических, червячных, волновых и планетарных редукторов способных обеспечить передачу крутящего момента от 5 до 100000 Нм, в пределах передаточных чисел от 2 - 10000. Перспективные разработки общемашиностроительных редукторов имеют повышенный запас прочности благодаря снижению нагруженности зацеплений. Тем самым создан задел на производство серийных унифицированных моделей, конкурентноспособных на мировом рынке.
Редуктором общепромышленного применения называют механизм, который соответствует техническим требованиям для широкого спектра применений.
Тип редуктора - классификация устройств с одним и тем же принципом работы, и одного назначения. Обычно эти устройства имеют одинаковую конструкцию и схему сборки, а также одинаковый набор основных параметров.
Типоразмер - параметр характерен для одного типа редукторов, имеющих одинаковые размеры.
Передаточное число – отношение частоты вращения ведущего вала к частоте вращения выходного вала.
Крутящий момент (момент силы), как физическая величина, представляет собой произведение силы на длину вращающегося рычага. Это связано с тем, что основной единицей крутящего момента является ньютон-метр [Нм] или 1 Н x 1 м. Чтобы редуктор приводил в движение нагрузку движущая сила, создаваемая им на выходном валу должна уравновешивать силу сопротивления присущую его движению. Мощность и крутящий момент тесно связаны. Так или иначе, мощность – это момент, развиваемый в единицу времени.
Мощность двигателя - является производной от значения крутящего момента и частоты вращения. Чем выше значение крутящего момента в более высоком диапазоне оборотов, тем выше мощность двигателя.
Как легко рассчитать мощность двигателя, имея данные о крутящем моменте и частоте вращения? Достаточно умножить крутящий момент [Нм] на число оборотов [об/мин] и полученный результат разделить на 9549,3. То, что вы получите, будет выражено в киловаттах [кВт]. Следовательно, чтобы получить мощность в лошадиных силах [лс], нужно еще умножить на 1,36.
На рисунке выше представлен простейший редуктор, состоящий из двух зубчатых колёс разного диаметра. В данном редукторе шестерня меньшего диаметра вращается быстрее чем большая шестерня. Хотя большая шестерня вращается медленнее, ее крутящий момент пропорционально больше скорости вращения.
Шестерня или по-другому «зубчатое колесо» — это вращающаяся часть редуктора с нарезанными зубьями, которые для передачи крутящего момента входят в зацепление с другой зубчатой частью шестерни. Две или более шестерни, работающие в тандеме, называются редуктором. Он создает механическое увеличение крутящего момента за счет передаточного отношения и таким образом с помощью небольшого усилия на входе можно приводить в движение большие нагрузки. Помимо крутящего момента редукторы также способны изменять скорость, величину и направление вращения.
Промышленные редукторы используются с целью обеспечения вращательного движения с высоким крутящим моментом, уменьшая скорость вращения исполнительного механизма. То есть редуктор подстраивает скорость под необходимое значение.
Кроме того, они позволяют использовать двигатели малой мощности (кВт) и обеспечивающие большую движущую силу на малых скоростях.
На сегодняшний день редуктор присутствует в разных производственных сегментах в различном оборудовании:
На рынке представлено множество моделей и типов редукторов. Однако чаще всего используются червячные, которые более экономичны и просты в обслуживании.
Предлагаемые на рынке редукторы можно разделить по типу зубчатой передачи, используемой на последней ступени редуктора.
Червячный редуктор — разновидность зубчатого механизма, который широко применяется для передачи вращения под прямым углом. Как следует из названия, отличительной чертой этого типа передач является наличие червячного винта, который так называется, благодаря характерной форме. Червяк находится в зацеплении с червячным колесом, установленным перпендикулярно ему. В настоящий момент простая червячная передача имеет глобоидный тип. Изменение формы винта и червячного колеса позволило в значительной степени снизить возникающие силы трения, что повышало эффективность и срок службы данного решения.
Червячные передачи широко используются машиностроении. Такую популярность они получили благодаря своим техническим характеристикам и простой конструкции. По сравнению с другими видами передач червячные характеризуются возможностью получения больших передаточных чисел на одной ступени от i = 5 до i = 100 и эффективными условиями для передачи больших нагрузок. Кинематическая схема всех червячных передач характеризуется высокой долей проскальзывания в зацеплении, что исключает колебания в каждой паре сопряженных элементов. Это при условии оптимального подбора в свою очередь способствует бесшумной и плавной работе редуктора.
Слабой стороной червячных передач является низкий КПД, который уменьшается с увеличением передаточного отношения.
Гипоидный редуктор представляет собой редуктор со спиральным коническим зубчатым колесом, отличающийся большим передаточным числом и плавной передачей мощности.
Гипоидные передачи - это семейство конических зубчатых колес, которые относятся к прямозубым передачам с косыми осями и дугообразными контурами зубьев. Гипоидная передача отличается от конической поперечным смещением оси шестерни (гипоидным смещением) по отношению к оси венца.
За счет гипоидного смещения активная длина зубьев удлиняется (аналогично паре червяк-червяк), что сказывается на прочности и нагрузочной способности гипоидной передачи.
КПД гипоидной передачи обратно пропорционален передаточному отношению и уменьшается по мере его увеличения. В зависимости от передаточного отношения и механического размера гипоидных передач их КПД колеблется от 94% до 88%.
Планетарный редуктор представляет собой редуктор, в котором используются планетарные передачи, а входной и выходной валы находятся на одной оси. Планетарные редукторы часто используются для многократного замедления частоты вращения.
Планетарная передача имеет относительно небольшие габариты. Однако при этом позволяет передавать большой крутящий момент при высоких передаточных отношениях.
Планетарная передача работает за счет того, что некоторые ее шестерни не имеют постоянного зацепления (крепления) и изменяют свое положение относительно других. Блокировка отдельных передач создает различные конфигурации передаточных чисел.
Волновые зубчатые редукторы также называются «гармоническими редукторами» по названию компании разработчика Harmonic Drive Systems, и часто используются в приводах роботов в качестве редукторов без люфта. Технология волнового привода преимущественно используется в аэрокосмической промышленности, промышленных роботах и прецизионных устройствах.
Волновой редуктор имеет всего три основных элемента: гибкое колесо, генератор волн и жесткое колеса. Гибкое колесо имеет немного меньший внешний диаметр чем внутренний диаметр жесткого колеса. Обычно у гибкого колеса количество зубов на 2 меньше, чем у жесткого.
Эллиптическая форма генератора волн определяет, что точки контакта зуба гибкого колеса и жесткого колеса находятся в двух противоположных точках между центром эллипса. Когда генератор волн вращается гибкие контактные части колеса начинают зацепляться с зубьями жесткого колеса. Если генератор волн поворачивается по часовой стрелке на 180°, то мягкое колесо сдвигается на один зуб против часовой стрелки.
Цилиндрические редукторы имеют огромные преимущества перед другими передачами за счет развития технологий и использования материалов высокого качества. Сочетания многолетнего опыта и лучших профессиональных знаний в области проектирования позволили создать инновационный привод нового поколения. Конечным результатом этой работы является серия цилиндрических редукторов, которые обеспечивают высокую грузоподъемность, высокий КПД, бесшумную работу и надежность.
Независимо от того, какой редуктор вы подобрали, самое главное, чтобы он соответствовал требованиям оборудования, где будет установлен. Грамотный выбор привода означает достижение намеченных целей и характеристик. Стоит отметить, что применение «готового» мотор-редуктора позволяет исключить расчёты и подгонку компонентов друг к другу, так как это полностью ложится на производителя. Но это не означает, что вы не можете подобрать оптимальную конфигурацию самостоятельно.
В некоторых случаях соединение двигателя и редуктора является сложным процессом. Будет ли такой привод безотказно работать, зависит от выполнения двух основных условий. Первое условие заключается в том, что необходимо учитывать точные требования к исполнительному устройству, а также к условиям работы на данном месте. Второе условие заключается в том, чтобы подстраивать под рабочее оборудование возможности компонентов системы привода.
Прежде всего, нужно определить две величины: номинальную скорость вращения и мощность, необходимую для преодоления сопротивления движению исполнительного устройства. Например, в случае конвейеров определяется предполагаемая пропускная способность конвейерной ленты, т. е. объем или масса транспортируемого материала в единицу времени. Нагрузку на редуктор определяют с учетом влияния сил трения, сил инерции и силы тяжести на элементы конвейера.
Также для выбора редуктора необходимо знать, время работы оборудования в сутки и сколько раз в час оно будет включаться. Не менее важно знать, характер нагрузки и в каких условиях окружающей среды будет работать привод. В основном речь идет о внешней температуре и величины воздушного потока месте работы.
Затем собранная информация сравнивается с данными которые указаны производителем в паспорте. На практике это выглядит так, что на основании этих данных из соответствующих таблиц считываются различные коэффициенты, которые учитываются при расчетах требуемого передаточного числа и мощности редуктора. Также нужно точно знать параметры двигателя: мощность, частоту вращения, максимальный стартовый момент.
В каталогах производителей редукторов обычно можно найти описание рекомендуемого порядка выбора данного устройства. В нем выделяют два основных этапа: определение размеров редуктора и определение его допустимой тепловой мощности. Первый, в свою очередь, состоит из трех шагов. Первый заключается в расчете требуемого передаточного числа (i).
Передаточное число - это отношение скорости вращения ведущего устройства (n1) к скорости вращения ведомого устройства (n2): i = n1 / n2. Затем из таблицы мощностей данной серии нужно выбрать редуктор, для которого выполняется условие Рн = P * k1* k2, где Pн - номинальная мощность редуктора, P2 - мощность, необходимая для преодоления сопротивления движению ведомого устройства, k1 - коэффициент вида нагрузки, k2 - коэффициент работы.
Тип коэффициента нагрузки можно найти в соответствующей разделе паспорта изделия. Также коэффициент нагрузки можно классифицировать за счет времени эксплуатации и динамики нагрузок, например, легких, средних и тяжелых.
В каталогах производителя редуктора обычно имеются характеристики вида работы для различных приводных устройств. Коэффициент эксплуатации k2 можно найти в соответствующей таблице для конкретного времени работы в сутки и количества пусков в час.
Следующим шагом является проверка начального условия для выбранного редуктора, т.е. выполнение соотношения Pn = (Tr*n1*k3) / 9550, где Tr - максимальный пусковой момент двигателя, а k3 - пусковой коэффициент.
Затем нужно найти тепловую мощность редуктора (Pt) по формуле: Pt = P2·k4, где k4 – температурный коэффициент окружающей среды. Значение k4 можно найти в соответствующей таблице для заданной температуры окружающей среды приводимого в движение устройства и времени его работы в час. Чтобы не использовать дополнительное охлаждение, необходимо подобрать редуктор так, чтобы выполнялось условие Pt=Pnt, где Pnt - предельная мощность редуктора без охлаждения при заданной скорости воздуха в помещении, где установлен редуктор.
Оборудование, оснащенное редукторами, в настоящее время используются практически во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства. Среди огромного ассортимента техники, которая приводится в движение, мы можем найти миниатюрные редукторы в детских игрушка, а также мощные агрегаты, которые используются в тяжелой промышленности. Современный мир уже не может обойтись без редукторов. Их используют промышленность, транспорт и даже индустрия развлечений. В промышленности их чаще всего применяют в качестве привода конвейеров, буровых установок, миксеров, а также машин, обеспечивающих передвижение продукции по производственной линии заводов. Специальные редукторы используются в местах с тяжелыми условиями эксплуатации, например, с высокой влажностью или запылённостью. Гражданский сектор также не обходится без редукторов. Они применяются в эскалаторах, конвейерах для багажа в аэропортах, игровых аттракционах в парках развлечений и во многих других установках, которые мы используем каждый день.
