(495) 227-63-20, 227-64-20

пн-пт: с 9-00 до 18-00 ч, сб-вс: выходной

Каталог товаров

Справочная информация. Что такое редукторы и где они применяются

Функциональное назначение редукторов
КПД редукторов
Соотношение мощности и веса
Типовые сферы применения
Цилиндрический редуктор — максимальный КПД и надежность
Смазка и охлаждение
Монтаж, климатическое исполнение и антикоррозийная защита
Правила выбора редуктора

Как устроен редуктор

Редукторы, наряду с электродвигателями, являются основой промышленного привода, без которого невозможно было бы изготовление товаров. Их разработано множество типов с задачей максимального повышения КПД и надежности в каждой конкретной производственной задаче. Поскольку промышленный привод используется уже несколько столетий, давно выверены оптимизированные конструкции редукторов, как с точки зрения практичности в производстве и эксплуатации, так и с точки зрения теоретического математического расчета передаточных пар с максимально возможным КПД.

Любой редуктор имеет в своем составе стальные шестерни, подшипники и корпус, который может быть чугунным, стальным, алюминиевым или даже пластиковым. Разнообразие конструкций там невелико и унификация элементов дает значительную выгоду, снижая стоимость ремонта и обслуживания в разы.

Везде, где можно, стараются обойтись без редукторов, передавая мощность на полезную нагрузку сразу же с вала двигателя. По такой схемы реализуется выработка электроэнергии на ТЭС и АЭС (на турбогенераторах), привод различных высокоскоростных механизмов. В металлообработке обойтись без редукторов нельзя, поэтому именно в этой отрасли требуется наибольшее их число. Унифицированное изготовление позволяет понизить их стоимость.

Необходимость использования редуктора вызвана тем, что оптимальная скорость вращения двигателя, на которой обеспечивается максимальный КПД, не соответствует необходимой скорости для механизмов привода. Более 99,9% редукторов изготавливаются понижающими. Если необходима высокая скорость вращения, то просто используется более высокоскоростной электродвигатель. Повышающие редукторы выпускаются очень ограниченными сериями для специфических применений, например, привод вентиляторов градирен или центрифуг. Шестеренчатые приводы, вообще, очень плохо работают на высокой скорости, быстро перегреваются, стираются и выходят из строя. Золотым стандартном считается 1500 и 3000 об/мин, что соответствует частоте переменного тока 50 Гц.

Функциональное назначение редукторов

Основное число редукторов используется в станочном оборудовании отрасли машиностроения. Именно металлообработка требует самых значительных затрат на кинетическую энергию и там нельзя задействовать высокоскоростные обрабатывающие инструменты, так как это приведет к перегреву как самого резца на станке, так и заготовки. Единственный выход заключается в использовании понижающего редуктора.

Основу машиностроения составляют тела вращения (подшипники валы, шестерни, детали ДВС), поэтому ведущее место занимает токарная обработка. Основной двигатель, который воспринимает на себя нагрузку резания, делается с приводом через цилиндрический редуктор, либо его разновидность — планетарный приводной механизм. Подача инструмента, различные вспомогательные движения реализуются с помощью червячных приводов, которые в отличие от цилиндрических недороги в производстве.

Металлообрабатывающие станки разрабатываются под унифицированные общепромышленные редукторы. Их ремонт и замена проводится по истечении довольно большого срока службы (свыше 10 000 ч).

КПД редукторов

Редуктор представляет собой одну или несколько шестеренчатых пар. Каждая из них приводит к потерям механической мощности за счет трения, превращая её в тепло. Именно по этой причине редукторы так нагреваются во время работы. Конструкторы разработали массу различных решений, с целью повысить КПД зубчатых передач и подшипников, которые являются причиной потерь мощности.

Тип зубчатой передачи Значения КПД в %
червячная 85
волновая 93
коническая 96
цилиндрическая 97
планетарная 93

Подшипники ставятся унифицированные, где давно все оптимизировано: диаметр шариков, точность обработки, закалка и марки сталей. Производство подшипников сейчас ведется на роботизированных линиях, благодаря чуму их стоимость резко упала. Даже в автомобильном транспорте часто устанавливают защищенные необслуживаемые и неразборные подшипники. Несколько сложнее обстоит дело с самими зубчатыми передачами.

Профиль зубьев шестерен рассчитан математически. Мало того, выбрано оптимальное соотношение диаметра и ширины, при котором обеспечивается максимальный КПД. Это некое золотое сечение зубчатой передачи. От него отступают в случаях, когда другие параметры важнее, например, габариты или надежность.

Самым высоким КПД обладают прямозубые передачи, используемые в цилиндрических редукторах. Везде где можно, стараются использовать именно их. Планетарная передача имеет такой же КПД, как и прямозубая, потому что, профиль зубьев там одинаковый.

Самый низкий КПД у глобоидной и червяной передачи. Такие редукторы используют из-за дешевизны и чрезвычайной надежности (только для глобоидных), а большую мощность через них передавать нельзя. Среднее значение имеют конические зубчатые передачи. Их тоже ставят только там, где без них нельзя обойтись.

Соотношение мощности и веса

Для общепромышленного применения такая характеристика как, соотношение мощности и веса, неважна. Поэтому общепромышленные редукторы очень тяжелые и громоздкие. В них все оптимизировано под долгий срок службы, а не под то, чтобы сделать их легкими. Результат такого подхода налицо — их срок службы превышает автомобильные зубчатые передачи в разы. Например, КПП или АКПП проработает около 5000 ч, а общепромышленные редуктор, построенный на тех же самых прямозубых цилиндрических передачах — 15 000 ч.

Соотношение мощности и веса является важным для редукторов на транспорте. Самые строгие требования к нему в авиации. Турбинные двигатели имеют чрезвычайно высокие скорости вращения, в десятки раз превышающие общепромышленные электромоторы, а воздушным винтам, наоборот, требуется низкие скорости. В авиации используется одна схема редуктора — планетарная. В вертолетном редукторе ее совмещают с коническими парами, чтобы передать вращение на хвостовой винт.

Авиационные редукторы обладают чрезвычайно высоким отношением передаваемой мощности к собственному весу. За это они «расплачиваются» очень низким сроком службы. Life time («жизненное время» или «лайф-тайм») авиационного редуктора всего 2 000 часов.

Хороший баланс между передаваемой мощностью, весом и приемлемым сроком службы есть у автомобильных редукторов. Их гарантийный срок службы 5000 часов, но на практике они почти все работают в разы дольше. Одни и те же конструктивные решения применяются для мостов, КПП и АКПП. По планетарной схеме изготавливаются редукторы для автобеносмесителей (миксеров).

Типовые сферы применения

Цилиндрический редуктор в разрезе

Цилиндрические. Все механизмы, где требуется передача мощности в длительном режиме: токарные и фрезерные станки, дробильное оборудование, прокатные станы, горнорудная промышленность (крановые, экскаваторные лебедки, рельсовой электротранспорт). Вообще, вся тяжелая промышленность просто невозможна без цилиндрических редукторов, способных создавать крутящий момент в тысячи Ньютон/метров. Именно за счет них вкупе с электродвигателями обеспечивается такая низкая стоимость выплавки металла и его последующей станочной обработки.

Коническо-цилиндрический редуктор в разрезе

Коническо-цилиндрические. Вариант обычного цилиндрического редуктора, но с парой конических шестерней, позволяющих расположить электродвигатель вдоль корпуса, что экономит пространство. Такая схема необходима для привода транспортеров.

Червячный редуктор в разрезе

Червячные приводные механизмы. Разнообразные промышленные сервоприводы, не требующие значительной мощности. Они могут работать как в циклическом режиме, так и в постоянном. Если у цилиндрической схемы главное преимущество мощность, то у червячной — дешевизна в производстве. Эти недорогие приводные механизмы позволили удешевить сложные технологические процессы сборки. Через червяные редукторы приводится в движение сборочные конвейеры, манипуляторы, дозаторы, сортировочное оборудование. Для привода манипуляторов они особенно удобны не только из-за дешевизны, но и из-за автоматического самоторможения.

Планетарный редуктор в разрезе

Планетарные редукторы. Это передаточные механизмы с наилучшим отношением передаваемой мощности и веса. Сначала, ввиду повышенной сложности изготовления, они выпускались для самолетов и вертолетов. Сейчас, в связи с многократным снижением стоимости, они стали устанавливаться на станках металлообработки. Применение планетарных шестерен оправдано везде, где критичен вес оборудования. Сейчас получают распространение автомобильные автоматические коробки передач с планетарными парами.

Глобоидный редуктор в разрезе

Глобоидные редукторы — разновидность червячных. Это самотормозящиеся зубчатые передачи с низким КПД, но с очень высокой надежностью. Сфера их применения — пассажирские лифты. Еще один вариант червяной передачи — червяные двухступенчатые редукторы. Передаточное число может доходить до 10 000 раз. Применяются для привода различных механизмов, требующих очень медленного вращения с небольшой мощностью.

Волновой редуктор в разрезе

Волновые редукторы. Специальная схема редукторов с гибкими шестернями. Обеспечивают очень большое передаточное число (свыше 100) при минимальном числе элементов в конструкции. Используются в промышленных роботах-манипуляторах, обеспечивая им плавные и точные движения. Волновая передача подходит для привода компактных буровых станков. У нее те же преимущества, что и у планетарной, но с меньшей надежностью из-за гибкой шестерни.

Конические редукторы. Узкоспециальный вид редукторов с одной конической парой. Обеспечить большое передаточное отношение таким образом невозможно, поэтому их передаточное число составляет всего 3-7 раз. Угловая передача часто комплектуется с длинными валами и используется для привода вентиляторов градирен. Вариант конструкции — конический параллельный редуктор, которые имеет выходной вал, выведенный в обе стороны.

Цилиндрический редуктор — максимальный КПД и надежность

Цилиндрические шестерни оптимизированы с точки зрения математического моделирования зубчатого зацепления. Коэффициент трения в них минимален. При нынешних технологиях металлообработки, точности изготовления зубьев и поверхности потери на каждом зацеплении составляют всего 2-3%. Например, цилиндрический трехступенчатый редуктор потеряет всего 10% мощности, то есть, в среднем по 3% на каждой ступени.

Цилиндрические редукторы (и их разновидность планетарные) единственное решение для передачи больших мощностей. Помимо этого преимущества одни еще и самые простые в изготовлении. Шестерни изготавливаются либо цельными, либо зубчатый обод набирается отдельно. Сборка одного зубчатого колеса из нескольких элементов позволяет изготавливать редукторы очень большой мощности. По такой схеме собирают приводы прокатных станов, передающих 100 000 Нм крутящего момента.

Смазка и охлаждение

Редукторы являются узлами трения, поэтому они обязательно смазываются. Как правило, отдельной специальной системы смазки не требуется. Наиболее высокий срок службы имеют шестеренчатые передачи, размещенные в герметичном картере с частичным заполнением маслом. Полностью герметичным он не делается, так как нагрев при работе и охлаждение после отключения в скором времени приведет к разгерметизации. Устанавливается  аналог автомобильного сапуна (клапана для выравнивания давления окружающего и внутреннего воздуха).

Для смазки используется обычное индустриальное масло, которое заливается в картер и меняется по срокам, указанным в регламенте. Срок замены масла определяется как часами работы, так и количеством времени простоя, так как от времени его параметры (главным образом, вязкость) значительно изменяются.

Редукторы, заливаемые жидким маслом, имеют в разы больший ресурс, чем те, что работают с сухим картером и густой смазкой (обычно литол). По этим причинам они являются лучшей конфигурацией. Густая смазка применяется в тех случаях, где нельзя обеспечить поддон с картером, заливаемым жидким маслом.

Масло заливается на дно картера до специальной отметки уровня. Здесь применены все те же конструктивные решения, что и в автомобилях. Уровень не должен быть выше нормы, так как это создаст дополнительное сопротивление вращению, и редуктор будет больше нагреваться. Именно по этой же причине так греются гидротрансформаторы в автомобильных коробках передач.

Монтаж, климатическое исполнение и антикоррозийная защита

Монтаж возможен в диапазоне тех эксплуатационных значений и допусков, которые указаны в спецификации, находясь в диапазоне допустимых. Тут учитывается многое: эксплуатационные нагрузки, скорость вращения, температура, влажность воздуха и даже высота над уровнем моря. Несоблюдение этих требований чревато выходом из строя не только самого редуктора, но и приводимого им оборудования и электродвигателя. Например, использование червяного редуктора для передачи постоянной значительной мощности приводит к его перегреву с возможным возгоранием масла внутри картера. Соблюдение регламентных эксплуатационных норм защищает от таких неисправностей.

Климатическое исполнение учитывается с целью защиты от коррозии. Наибольшее число редукторов выпускается в исполнении УХЛ, что читается как для «умеренного холодного климата». Тропическое исполнение маркируется буквой «Т» в названии. Стандарты предусматривают множество других действующих обозначений, поэтому, если они непонятны, необходимо запросить документацию на оборудование у завода-изготовителя.

Смазка одновременно выполняет функцию антикоррозийной защиты картера изнутри, всех шестерен и подшипников. Снаружи редуктор защищается алкидной эмалью в два слоя. Чугунные картеры в покраске обязательны. Алюминиевые и пластиковые (используются в маломощных редукторах) могут быть неокрашенными.

Правила выбора редуктора

Подбор редуктора не простая задача, которую должен решать грамотный специалист. Основные параметры, которые необходимо знать: передаточное отношение и максимальный крутящий момент. К второстепенным параметрам относятся: рабочий цикл, радиальные и осевые нагрузки, инерция и окружающая среда.

Всего пять основных параметров позволяют подобрать любой редуктор. По вопросам покупки приводных систем обращайтесь в наш отдел продаж.

Заказать обратный звонок

(с кодом города)
ЗВОНОК БЕСПЛАТНЫЙ