Что такое тип трансмиссии редуктор

Редукторы и коробки передач (назначение, виды, основные параметры, передаточные отношения, принципы расчета).

Редуктором называется передача, установленная в отдельной закрытой коробке, называемой корпусом, и служащая для снижения угловой скорости и, соответственно, повышения вращающего момента на ведомом валу. Если передача помещается в отдельном корпусе и предназначена для повышения угловой скорости ведомого вала, то она называется ускорителем, или мультипликатором.

По виду передачи редукторы бывают цилиндрические, конические, червячные, планетарные, волновые и комбинированные.

По числу передач –одноступенчатые и многоступенчатые, чаще всего двух – и трехступенчатые.

В большинстве зубчатых редукторов корпус состоит из двух основных деталей –основания и крышки. Для осмотра передач и заливки масла сверху крышки имеется смотровое окно, закрываемое крышкой. Внизу основания –маслоспускное отверстие, закрываемое пробкой.

Корпуса редукторов изготавливают обычно из чугунного литья, а для передачи мощностей и при ударных нагрузках отливают из высокопрочного чугуна или из стали. При индивидуальном или мелкосерийном производстве корпуса редукторов изготовляют сварными из листовой стали. Подшипники устанавливают обычно в специальных приливах корпуса.

Основные размеры корпуса –длина, ширина и высота зависят от размеров зубчатых колес, остальные размеры определяются по эмпирическим формулам.

Валы передач редукторов обычно устанавливают на подшипниках качения. Смазка зубчатых колес редукторов при окружных скоростях до 12-15 м/с осуществляется путем окунания колес в масляную ванну (картерная смазка). В редукторах с быстроходными передачами применяют струйную или циркуляционную смазку (под давлением).

Цилиндрические колеса, у которых зубья расположены по винтовым линиям на делительном цилиндре, называют косозубыми. В отличие от прямозубой в косозубой передаче зубья входят в зацепление не сразу по всей длине, а постепенно. Увеличивается время контакта одной пары зубьев, в течение которого входят в зацепление новые пары зубьев, нагрузка передается по большому числу контактных линий, что значительно снижает шум и динамические нагрузки.

В прямозубых передачах коэффициент перекрытия всегда меньше, чем в косозубых и равен 1+2; для косозубых передач коэффициент перекрытия больше 2. Чем больше угол наклона линии зуба, тем выше плавность зацепления и нагрузочная способность передачи, поэтому в быстроходных и высоконагруженных передачах вместо прямых зубьев применяют косые, шевронные и криволинейные.

Коническая зубчатая передача осуществляет передачу вращения между валами, геометрические оси которых пересекаются.

Передаточное отношение пары зубчатых колес:

Где ⍵1, n1, z1, T1 –соответственно угловая скорость, частота вращения, делительный деаметр, число зубьев и крутящий момент шестерни; ⍵2, n2, z2, T2 –то же, ведомого зубчатого колеса; η –КПД предачи.

Основные параметры цилиндрических зубчатых редукторов: межосевое расстояние aw, передаточное отношение u, коэффициент ширины зубчатых колес ψa нормализованы СТ СЭВ 229-75.

Основные параметры конических зубчатых редукторов: внешний делительный диаметр ведомого колеса dl2, передаточное отношение u и ширина колеса b нормализованы ГОСТ 12289-76.

Коробка передач –это многозвенный механизм, в котором ступенчатое изменение передаточного отношения осуществляется при переключении зубчатых передач, размещенных в отдельном корпусе или в общем корпусе с другими механизмами.

При увеличении пер отношения уменьшается частота вращения колес по сравнению с числом оборотов двигателя и тяговое усилие возрастает; с уменьш пер отнош и увел чмсла оборотоа колес тяговое усилие уменьш, скорость возрастает.

Существует большое разнообразие коробок передач в зависимости от области применения, типа рабочей машины, режима работы и других факторов.

В зависимости от способа изменения передаточного отношения различают ступенчатые коробки передач, бесступенчатые и комбинированные.

По числу передач бывают: 3 –х ступенчатые, 4 –х ступенчатые, пятиступенчатые и многоступенчатые.

По кинематической схеме: простые и планетарные.

По способу переключения: с передвижными шестернями, с зубчатыми муфтами, с синхронизаторами и фрикционными или электромагнитными муфтами.

В автомобилестроении получили широкое применение коробки передач со смешанным переключением: переключение высших передач с помощью синхронизаторов, а низших –с помощью передвижного зубчатого колеса.

Червячная передача. ЧП относится к передачам зацеплением с перекрещивающимися осями валов. Движение в червячных передачах осуществляется по принципу винтовой пары. Существенное отличие червячной передачи от зубчатой заключается в том, что окружные скорости червяка и колеса не совпадают ни по величине, ни по направлению. Поэтому червячные передачи имеют следующие особенности

· Начальные окружности не перекатываются, а скользят;

· Скорость скольжения в передаче весьма значительная;

· Передаточное отношение не может быть выражено отношением диаметров и выражается как , где

⍵1 и ⍵2 –угловые скорости червяка и колеса;

n2, z2, d2 –соответственно частота вращения, число зубьев и начальный диаметр колеса;

n1, z1, d1 –частота вращения, число заходов резьбы и начальный диаметр червяка;

γ –начальный угол подъема резьбы червяка;

Т2 Т1 –крутящие моменты, передаваемые соответственно червячным колесом и червяком;

По сравнению с обыкновенными зубчатыми передачами передаточное отношение червячной передачи может быть значительно большим. При одном и том же передаточном отношении червячная передача гораздо компактнее обыкновенной зубчатой передачи. Возможность осуществления большого передаточного отношения при одной ступени передачи, компактность, плавность и бесшумность работы –основные достоинства червячных передач.

Из червячных редукторов наибольшее распространение имеют одноступенчатые. Диапазон передаточных отношений u = 8÷63.

При больших передаточных отношениях применяют двухступенчатые червячные редукторы или комбинированные зубчато – червячные редукторы.

Применяют редукторы со следующим расположением червяка и червячного колеса:

· Червяк под колесом –при окружной скорости до 4-5 м/с, смазка окунанием червяка; допускает передачу большой мощности по критерию нагрева, но возникает проблема утечки масла;

· Червяк над колесом –в быстроходных передачах; смазка окунанием колеса, во избежание излишних потерь на разбрызгивание масла быстроходным червяком;

· Червяк с горизонтальной осью, расположенной сбоку колеса;

· Червяк расположен вертикально сбоку колеса.

В червячных редукторах с боковым расположением червяка смазка подшипников вертикальных валов затруднена.

В зависимости от формы профиля резьбы различают червяки: архимедовы –с трапецеидальным профилем резьбы в осевом сечении; конволютные –с трапецеидальным профилем в нормальном сечении витков червяка; эвольвентные –с эвольвентным профилем в осевом сечении червяка; червяк с вогнутым профилем витков.

Червяки бывают цилиндрические и глобоидные, однозаходные и многозаходные.

Ведущим звеном червячной передачи в большинстве случаев является червяк, а ведомым –червячное колесо. При этом обычно имеет место явление самоторможения червячной передачи. В самотормозящихся червячных редукторах вращение передается только с червяка на червячное колесо, а с червячного колеса на червяк невозможно, вследствие того, что угол подъема резьбы червяка меньше угла трения.

Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 15 ; Нарушение авторских прав

Дифференциал и редуктор в автомобиле, в чем разница?

Автор статьи: AutoKontact.ru

дата: 04.04.2018

Автомобильный редуктор

Что представляет собой редуктор в автомобиле? Ответ на этот вопрос дать могут не все, даже заядлые автомобилисты. В большинстве случаев покупая автомобиль, пользователи не уделяют внимание каким-то ключевым аспектам. Они лишь придерживают принципа: заправить, обслужить, ездить, отдавать в сервис на ремонт. Итак, давайте разберемся, в чем назначение и что такое редуктор в автомобиле!

Редуктором называется один из узлов трансмиссии, который используется для снижения крутящего момента, получаемого с коленвала. Далее редуктор передает крутящий момент другим узлам трансмиссии, то есть межосевой дифференциал.

Дифференциал и редуктор в автомобиле, в чем разница?

Такой вопрос часто задается автомобилистами, поэтому следует провести четкую грань между этими двумя узлами. Дифференциал используется для распределения приходящего крутящего момента между осями, а редуктор – для повышения/понижения крутящего момента.

Существуют следующие виды редукторов:

• Передний редуктор – в переднм мосту.
• Задний редуктор – в заднем мосту.

Передний редуктор используется в переднеприводных автомобилях, задний – заднеприводных. При этом передний редуктор в автомобиле интегрируется в КПП, а второй – заднюю ось. Исключением являются полноприводные транспортные средства, располагающие одновременно двумя редукторами. В последнем случае узлы трансмиссии сообщаются между собой карданом.

Устройство автомобильного редуктора

• Корпус – изготовляется из стали высокой прочности и ряда легких сплавов. Он используется для защиты межосевого дифференциала от избыточных внешних воздействий.
• Крепления – они обеспечивают прочную связь корпуса к основанию, уплотнителями выступают сальники. Последние, не допускают утечек трансмиссионной жидкости, обеспечивающей функционирование дифференциала и шестерней.

Задний редуктор

• 1) Ведущая шестерня – сообщается с вторичным валом КПП, передавая крутящий момент ведомой шестерне.
• 2) Ведомая шестерня – после принятия крутящего момента передает его межосевому дифференциалу.

Следует отметить, что ведомая шестерня обладает большими габаритами и большим числом зубцов, поскольку она призвана для приема чрезмерно высокого крутящего момента от ведущей.

Межосевой дифференциал

• 1) Корпус и сальники – применяется с целью обеспечения устойчивости шестерней к повреждениям.
• 2) Шестерни – сателлиты – чаще всего в структуре их три и две из них располагаются они параллельно по отношению друг к другу, а третья – перпендикулярно. Перпендикулярную шестерню сообщается с ведомой. Сателлиты необходимы для передачи крутящего момента с ведомой шестерни на шестерни полуосей.
• 3) Шестерни полуосей (колесные) – передача крутящего момента на валы колесных осей.
• 4) Подшипники – отвечают за вращение валов колес и уменьшение трения между составными элементами.

Редукторные передачи

Данная группа составляющих различается по принципу соединения зубцов ведущей и ведомой шестерен. Благодаря использованию различных вариаций, выделяют четыре группы редукторных передач в автомобилях:

• Коническая – конические шестерни в числе двух штук располагаются перпендикулярно друг другу. Эта схема используется в задне- и полноприводных автомобилях.
• Цилиндрическая – две цилиндрические шестерни сообщаются между собой параллельно. Эта схема используется в переднеприводных автомобилях.
• Гипоидная – шестерни располагаются по отношению друг к другу под углом 45 градусов. Эта схема используется в задне и полноприводных автомобилях.
• Червяная – сообщающиеся один винт с червячной ведомой шестерней.

Чем выделяется редуктор в машине?

Каждый редуктор автомобиля обладает присущими характеристиками, основной из которых является – передаточное число, которое отражает отношение между угловой скоростью ведущего/ведомого валов. Высокий показатель передаточного числа характерен для грузовых автомобилей, низкий показатель – для легковых.

Следует отметить, что в легковых автомобилях вес редуктора заметно ниже, благодаря чему они развивают большие скорости. Индекс передаточных чисел определяется числом зацепок ведомой шестерни с ведущей за один оборот. Например, если индекс составляет 4.8, значит за единственный полный оборот ведущей шестерни, ведомая производит сцепку 4 целых и 0,8 раза.

С какими трудностями можно столкнуться?

Чаще всего, слабым местом автомобильного редуктора являются рабочие комплектующие, то есть те, которые подвержены значительному износу. Основной причиной являются повышенные нагрузки и длительное масляное голодание. Последний фактор связан с дефицитом или полным отсутствием трансмиссионной жидкости.

О поломке редуктора в автомобиле свидетельствует неприятный звук, гул, вибрация и щелчки в узлах, в которых сообщаются шестерни и подшипники. Если из строя вышли сальники, наблюдается течь трансмиссионной жидкости, регулярно просачивающиеся через образовавшиеся трещины.

Повреждение корпуса с обрывом креплений – нечастое, но весьма опасное явление. Оно происходит вследствие наезда транспортного средства на какое-то высокое или острое препятствие. В 70% случаев после подобного происшествия в месте крепления корпуса образуется трещина или группа трещин. Сразу они не вызовут никаких проблем, но в дальнейшем в них попадает грязь, пыль, вредящая структуре трансмиссионной жидкости.

Впоследствии сырье не может выполнять ранее возложенные на себя функции охлаждения и смазки шестерен. Это приводит к их перегреву, износу и даже поломке зубьев. Если корпус автомобильного редуктора подвергался повреждениям, об этом может свидетельствовать громкий гул от работающих элементов. Это заметно влияет на акустику и комфорт при езде. В местах повреждения корпуса или его креплений образуется течь масла.

Как решить проблему поломки автомобильного редуктора

Поскольку мы разобрались, для чего необходим редуктор в автомобиле и изучили основные поломки, следует изучить способы решения возникших проблем. Чтобы редуктор не вышел неожиданно из строя, необходимо соблюдать технологический регламент обслуживания транспортного средства и не забывать о замене трансмиссионной жидкости через каждые 100 000 км пробега.

Вторым вариантом, когда потребуется провести срочную замену трансмиссионной жидкости, является вынужденная замена сальников. Такой вариант также приветствуется автомобильными пользователями.

Если вы обнаружили в работе трансмиссии автомобиля какие-то неполадки, указывающие на сбой в работе редуктора в автомобиле, незамедлительно обратитесь в автомобильный сервис для полноценной диагностики. Это позволит избежать непредвиденных трат и заметно сократить стоимость ремонта и обслуживания.

avtoexperts.ru

Многие автомобилисты знают, что в конструкции трансмиссии их машины есть редуктор. Но о том, что это за механизм, как он устроен, какие функции выполняет в зависимости от размещения, какие для него характерны неисправности и как их исправлять, осведомлены немногие. Сегодня мы расскажем обо всех особенностях автомобильного редуктора.

Назначение и устройство редуктора

Свое название этот узел трансмиссии автомобиля получил от английского глагола to reduce (уменьшать). Назначение редуктора – принимать на себя крутящий момент от коленвала двигатели и, уменьшив его, передавать далее узлам трансмиссии (межосевому дифференциалу, который распределяет момент на ведущие колеса в определенной пропорции). В зависимости от того, где он установлен, различают редуктор переднего и заднего мостов. В переднеприводных автомобилях применяется редуктор переднего моста, который интегрирован в коробку передач, а в заднеприводных машинах этот узел установлен на задней оси. В полноприводных автомобилях применяют два редуктора – передний расположен в КПП, а задний – на оси, оба редуктора соединены между собой при помощи карданного вала.

Механизм редуктора выглядит следующим образом:

• Корпус с уплотнителями (сальниками) и креплениями. Изготовлен из высокопрочной стали или легких сплавов, обеспечивает защиту главной передачи и межколесного дифференциала от внешних воздействий. Крепления служат для привязки корпуса редуктора к основаниям, а сальники предотвращают утечку трансмиссионной жидкости, которая смазывает шестерни редуктора и дифференциала.

• Главная передача. а) ведущая шестерня. Предназначена для приема крутящего момента от вторичного вала коробки передач и последующей передачи его на ведомую шестерню. б) ведомая шестерня. Принимает крутящий момент от ведущей шестерни и передает его далее, к механизму межколесного дифференциала. Ведомая шестерня больше по размеру, чем ведущая, имеет большее количество зубцов – это сделано для того, чтобы уменьшать высокий крутящий момент, поступающий от ведущей шестерни.

• Межколесный дифференциал. а) корпус с сальниками. Оберегает шестерни дифференциала от повреждений. б)сателлитные шестерни. Обычно их три, две расположены параллельно друг другу, а одна – перпендикулярно, она соединяется с ведомой шестерней главной передачи. Функция сателлитов – передача момента с ведомой шестерни на шестерни полуосей. в) шестерни полуосей колес. Принимают уменьшенный крутящий момент от сателлитов и передают его на валы колесных полуосей. г) подшипники. Установлены между шестернями полуосей и приводным валом. Обеспечивают вращение валов полуосей колес.

Если главная передача отвечает за получение крутящего момента, уменьшение или увеличение его, то межколесный дифференциал, помимо распределения полученного от редукторной передачи крутящего момента между колесами, регулирует скорости вращения колес при поворотах автомобиля. Когда автомобиль поворачивает, то внешнее колесо получает больше крутящего момента, а внутреннее – меньше. Без дифференциала такая операция была бы невозможна.

В зависимости от того, каким образом соединены зубцы ведущей и ведомой шестерен, выделяют четыре типа редукторных передач:

• Коническая, представляет собой две расположенные под углом 90 градусов конические шестерни. Применяется на автомобилях с задним и полным приводом.

• Цилиндрическая, представляет собой две сцепленные параллельно цилиндрические шестерни. Этот тип главной передачи применяется на автомобилях с передним приводом.

• Гипоидная, представляет собой шестерни, расположенные под углом 45 градусов по отношению друг к другу. Применяется на автомобилях с задним и полным приводом.

• Червячная, представляет собой сцепленный перпендикулярно винт (червяк) и червячную ведомую шестерню. Применяется в рулевом механизме, в трансмиссии автомобилей не применяется.

Главная характеристика редуктора – передаточное число, отражающее отношение угловой скорости ведущего вала к угловой скорости ведомого вала. Редукторы с высоким передаточным числом устанавливаются на трансмиссии автомобилей, обладающих большой снаряженной массой. Такие машины передвигаются с небольшой скоростью, но обладают большей грузоподъемностью. Редукторы с низким передаточным числом устанавливают на трансмиссии машин с небольшой снаряженной массой, что обеспечивает их высокую скорость движения. Передаточное число редуктора определяется по количеству зацеплений ведущей шестерни с ведомой. Например, если передаточное число равно 5.1, то за один оборот ведущей шестерни ведомая войдет с ней в зацепление и выйдет из него 5 целых и 1 десятую раза.

Чем отличается редуктор от дифференциала

Этот вопрос часто задают начинающие автомобилисты. Редуктор, как мы сказали выше, это узел, который повышает или понижает крутящий момент, приходящий на него от коленвала двигателя. А дифференциал – узел, который делит приходящий от редуктора крутящий момент между осями (межосевой дифференциал) или полуосями (межколесный дифференциал) в определенной пропорции, а также отвечает за подачу большего или меньшего крутящего момента на внешнее колесо при повороте автомобиля.

Поломки и ремонт редуктора

Наиболее часто в автомобильных редукторах выходят из строя шестерни, сальники и подшипники. Причина – износ этих деталей вследствие эксплуатации с повышенными нагрузками, длительного масляного голодания по причине недостатка трансмиссионной жидкости. Диагностируются эти поломки по наличию гула или щелчков в местах соединений шестерен и подшипников. Износ сальников можно определить по каплям трансмиссионной жидкости, которая просачивается через появившиеся трещины в уплотнителях. Рекомендуется при каждом ТО проверять работу этих элементов редуктора и при необходимости – заменять износившиеся детали на новые.

Реже происходит поломка самого корпуса автомобильного редуктора или обрыв креплений, при помощи которых он присоединяется к основанию. Эта поломка может произойти при наезде автомобиля на какое-нибудь препятствие. В образовавшуюся при поломке щель может попасть пыль и грязь, которая повлияет на состояние трансмиссионной жидкости. Та, в свою очередь, не сможет выполнять свои функции, что приведет к перегреву шестерен, поломке или износу их зубьев. Повреждение корпуса редуктора чревато еще и появлением громкого гула, который производят работающие элементы, что скажется на акустическом комфорте при езде. Диагностировать неисправность корпуса редуктора можно по появлению под ним следов трансмиссионного масла. В этом случае можно заварить корпус редуктора или заменить его на новый.

В любом случае, чтобы не допустить выхода из строя редуктора, нужно следить за уровнем залитой в него трансмиссионной жидкости, менять ее через каждые 100 тысяч километров пробега или при вынужденной замене сальников. Рекомендуется также периодически диагностировать работу трансмиссии и при появлении малейших признаков поломки элементов редуктора своевременно проводить их замену и текущий ремонт.

Що таке Редуктор і як працює? Принцип роботи і для чого потрібен.

Редуктор — це важливий вузол трансмісії, призначення якого полягає в зменшенні крутного моменту двигуна і передачі його на диференціал, що обертає колеса. Пристрої відрізняються в залежності від місця установки і особливостей конструкції.

Види і типи редукторів

За місцем установки і призначення розрізняють два типи редукторів:

Передній, інтегрований в КПП. Призначений для передачі моменту на передні колеса повнопривідних авто і машин з переднім приводом;

Задній, встановлений на задній осі. Вузол приводить в рух задні колеса повнопривідних машин і автомобілів з заднім приводом.

У головній передачі авто використовуються багатоступінчасті приводи, в яких використовується кілька послідовно з’єднаних шестерінок. У класичній конструкції заднього редуктора таких ступенів дві — ведуча і ведена шестерні.

В залежності від способу сполучення шестерень, розрізняють конічну, циліндричну і гипоидную редукторную передачу. В рульових механізмах авто також використовуються черв’ячні редуктори.

Конічний

У пристрої використовується пара конічних шестерень, встановлених під кутом 90 градусів. Такі вузли застосовуються на задньопривідних і повнопривідних машинах.

Циліндричний

Пристрій складається з пари прямих циліндричних шестерень, зчеплених разом і встановлених паралельно один одному. Така головна передача використовується КПП передньопривідних автомобілів.

Гіпоїдних

Дві сполучені шестерні, встановлені під кутом 45 градусів, використовуються для передачі моменту на повнопривідних і задньопривідних авто.

Планетарний

Пристрій виконано у вигляді декількох шестерень, розташованих в одній площині і зчеплених між собою.

Черв’ячний

Вузол, що застосовується лише в рульовому управлінні, являє собою черв’ячну і ведену коліщатка, встановлені перпендикулярно.

В трансмісії авто часто застосовуються комбіновані циліндрично-конічні вузли, ведучий і ведений вали яких можуть перетинатися або розташовуватися паралельно.

Автомобільні редуктори характеризуються передавальним числом. Це співвідношення кутових швидкостей ведучого і веденого вала. На машинах з великою спорядженої масою, встановлюються редуктори з великим передавальним числом. Це забезпечує їм високий крутний момент у поєднанні з невеликою максимальною швидкістю. Для забезпечення високої швидкості на легких автомобілях встановлюються механізми з передаточним числом порядку 5.

Редуктор і диференціал мають принципово різне призначення: перший підвищує або знижує крутний момент, другий — розподіляє його між осями і колесами.

Пристрій, конструкція і принцип роботи редуктора

Задній редуктор більшості повно — і задньопривідних машин конструктивно об’єднаний з диференціалом. Цей вузол, закріплений на задньому мосту авто, складається з наступних деталей:

ведена шестерня, яка через сателітів передає обертання шестерням півосей;

провідна шестірня, приєднана до карданного валу;

сателіти диференціала, що передають момент на шестерні лівої і правої півосі.

Принцип роботи головної передачі (редуктора) заднього моста заснований на гіпоїдною передачі. Сайт працює наступним чином:

кардан передає крутний момент на провідну шестерню;

за рахунок розміру та положення веденої шестерні збільшується момент і напрямок обертання;

на шестерні півосей потужність передається через диференціал, виконаний з допомогою шестерень-сателітів.

Використання гіпоїдною передачі забезпечує невисокий рівень шуму і плавну роботу головної передачі. Подібні пристрої використовуються на більшості задньопривідних легковиків і вантажівок. Позашляховики оснащені редуктором з гіпоїдною передачею і блокується диференціалом, підвищує прохідність.

На частини позашляховиків, особливо на вантажівках підвищеної прохідності, застосовується передній міст з гіпоїдною передачею, аналогічної використовуваної на задньопривідних авто.

У передньопривідних ТЗ та частини позашляховиків не використовується передній міст, з редуктором. Функцію редуктора бере на себе коробка перемикання передач, яка змінює кутову швидкість і обертаючий момент. В КПП використовується складна система осей і шестерень, що утворюють планетарні, циліндричні і гіпоїдні передачі.

Навіщо потрібен редуктор

Як і коробка передач, редуктор використовується для зниження швидкості обертання коліс і підвищення крутного моменту. Його використання покращує ходові якості машини і знижує навантаження на двигун і КПП.

Двигуни внутрішнього згоряння, що використовуються в МС, відрізняються високими оборотами при низькому крутному моменті. Якщо підключати повний привід коліс безпосередньо, навантаження на них «задушить» мотор і автомобілю буде складно рушити з місця.

КПП або варіатор збільшує крутний момент і знижує оберти, дозволяючи машині повільно їхати незалежно від оборотів двигуна. Редуктор додатково збільшує крутний момент, знижуючи навантаження на інші частини трансмісії (КПП, кардан). Це збільшує моторесурс агрегатів, зменшує шум і дозволяє використовувати більш «ніжні» і легкі деталі трансмісії. За рахунок застосування редуктора підвищується ККД, зменшується витрата палива і знижується кількість шкідливих викидів.

Кто в масле катается

Обзор основных классов механических редукторов

Иллюстрация: Яковлев Артем / edu.ascon.ru

Недавно европеец Оскар Ван Девентер напечатал на 3D-принтере редуктор с экстремально высоким передаточным числом — 11373076. В этом механизме изобретатель соединил два планетарных редуктора. При увеличении количества зубцов шестеренок, использованных в механизме, передаточное число можно увеличить и до 1141624705. Чем такой редуктор может быть полезен, Ван Девентер не объяснил, рассказав только, что при его помощи обычной стоматологической бормашиной можно сдвинуть локомотив. Правда, с очень небольшой скоростью. Вдохновившись разработкой европейца мы решили разобраться в основных типах механических редукторов.

Редуктор представляет собой механизм, позволяющий передавать и преобразовывать крутящий момент с одного вала на другой. Если такой механизм преобразует высокую угловую скорость ведущего вала в более низкую ведомого, его называют демультипликатором, а если наоборот — мультипликатором. Впрочем, так сложилось, что термин демультипликатор используется крайне редко, а устройство, понижающее угловую скорость, называют просто редуктором. В зависимости от типа такой механизм может состоять из нескольких типов шестерен, червяков и валов.

Основными характеристиками редукторов являются передаваемая мощность, угловые скорости и количество валов, а также передаточное число. Любые редукторы уменьшают передаваемую мощность за счет потерь на механическую передачу крутящего момента — из-за трения, массивности конструкции, нагрузок на валах. Угловые скорости на ведущем валу и ведомом могут различаться в десятки, сотни и тысяч раз благодаря передаточному числу редуктора.

Передаточным числом называется соотношение количества зубьев шестеренки на ведущем валу к их числу у шестеренки на ведомом. Оно записывается целым или дробным числом и фактически обозначает, сколько именно раз должен провернуться ведущий вал, чтобы ведомый совершил один полный оборот. В случае с редуктором Ван Девентера, ведущий вал необходимо повернуть 11 миллионов 373 тысячи 76 раз. Только тогда ведомый вал совершит один полный оборот.

В целом редукторы позволяют увеличить усилие на ведомом валу, при этом потратив часть мощности на ведущем и уменьшив скорость вращения. Эту особенность используют тогда, когда необходимо работать с большими нагрузками, например, при помощи относительно маломощного мотора приводить в движение большой по массе транспорт. Например, двигатель седельного тягача КамАЗ-65225 мощностью 400 лошадиных сил может через коробку передач (многоступенчатая разновидность редуктора) сдвигать автопоезд полной массой до 75 тонн.

Сегодня редукторы используются во многих отраслях: на автомобилях, в самолетах и вертолетах, в поездах, станках, велосипедах, то есть везде, где нужно передавать вращательный момент с одного агрегата на другой. Механизмы, позволяющие передавать крутящий момент с одного вала на другой, принято делить на пять наиболее распространенных основных классов: цилиндрические, конические, червячные, планетарные и комбинированные. В последних могут сочетаться несколько типов редукторов.

Иллюстрация: Чабанный Александр / edu.ascon.ru

Цилиндрический редуктор представляет собой механизм, в котором ведущий вал и ведомый находятся в параллельных плоскостях. Передача в них осуществляется с большей шестеренки с прямыми или косыми зубцами на меньшую, по своей форме напоминающую цилиндр. Такие редукторы делятся на несколько подтипов: вертикальные (валы находятся друг над другом) и горизонтальные. Цилиндрические редукторы бывают одно-, двух-, трех- и четырехступенчатыми в зависимости от количества шестерен, установленных между ведущим и ведомым валами.

Цилиндрические редукторы имеют очень высокий коэффициент полезного действия, который может достигать 98 процентов, то есть потеря мощности при передаче вращательного момента с одного вала на другой будет относительно небольшой. Благодаря высокому коэффициенту полезного действия в цилиндрических редукторах практически отсутствует эффект рассеивания передаваемой энергии, а значит рабочие элементы редуктора практически не нагреваются.

Такие механизмы используются преимущественно в различных металлорежущих станках, станках для обработки древесины, измельчителях и бетономешалках, на мельницах. Цилиндрические редукторы малочувствительны к рывковым нагрузкам, выдерживают большое количество пусков и остановок. При этом они лишены самоторможения, то есть, приложив определенное усилие на ведомый вал, можно провернуть ведущий. При этом конструкция таких редукторов достаточно шумная, а сами они обладают низким передаточным числом.

Иллюстрация: Manuel Neuer / grabcad.com

Конический редуктор используется для передачи вращательного момента с ведущего вала на ведомый в случае, если плоскости их осей пересекаются. В них используются конические шестеренки. Такие механизмы имеют меньшую надежность по сравнению с цилиндрическими, но обладают довольно высоким коэффициентом полезного действия, который может достигать 95 процентов. Благодаря конической конструкции шестерен таких редукторов, они могут иметь несколько выходных валов, оси вращения которых, например, можно расположить в виде креста.

В современных конических редукторах как правило используется колесное соединение — внутри них на концах валов установлены конические шестеренки, которые своими конусами опираются на другую шестеренку. Плоскость последней находится в одной плоскости с плоскостями осей валов. В этом случае, если колесное соединение одно, ведомый и ведущий валы будут вращаться в одном направлении. Конические редукторы нередко используются для изменения направления передачи.

Как правило диапазон передаточных чисел в конических редукторах составляет от одного до пяти, но углы наклона оси ведомого вала к ведущему могут быть самыми разнообразными. Такие механизмы, как и цилиндрические, чаще всего используются в различных станках, например, сверлильных. Как и цилиндрические, конические редукторы обратимы, то есть вращая их ведомый вал, можно провернуть ведущий. Однако, из-за особенностей своей конструкции, конические редукторы могут иногда заедать.

Иллюстрация: Исаков Сергей / edu.ascon.ru

Червячные редукторы получили название от типа используемой в них передачи. В самом простом исполнении эти механизмы состоят из червячного колеса (шестеренки с косыми зубцами) и самого червяка. Последний представляет собой цилиндр с нанесенной на него резбой, которая при вращении напоминает червяка. В таком редукторе ведущий вал приводит в движение червяка, резьба которого сдвигает косые зубья червячного колеса, заставляя его вращаться.

Редукторы с червячной передачей придумали как альтернативу механизмам с обыкновенной зубчатой передачей, например, цилиндрическим. Они обладают гораздо меньшими размерами, но имеют большее передаточное число. Например, при двухзаходном червяке (имеет две параллельных резьбы) и червячном колесе с сотней зубьев передаточное число составит 50. Это означает, что ведущий вал должен будет совершить 50 полных оборотов, чтобы ведомый вал повернулся один раз.

Червячные редукторы имеют очень высокий коэффициент самоторможения. Это означает, что приложив усилие к ведомому валу провернуть ведущий скорее всего не удастся. Кроме того, червячные редукторы имеют относительно невысокий коэффициент полезного действия (от 70 до 92 процентов) и крайне чувствительны к смазке. Их используют для передачи малой мощности в условиях, когда нет достаточного места для размещения цилиндрического или конического редукторов. Чаще всего червячные редукторы используют для привода конвейеров или ворот.

Иллюстрация: Филимонов Илья / edu.ascon.ru

Планетарный редуктор — это уже более сложное механическое устройство, получившее свое название из-за способа размещения ведущей, передаточных и ведомой шестерен. Механизм состоит из солнечной шестерни, расположенной в центре конструкции, сателлитов (меньших шестеренок) и эпицикла (коронной шестерни), расположенной на периферии. Вращение коронной шестерни осуществляется солнечной через сателлиты. Последние механически соединяются водилом, кольцом со штырями, на которые и крепятся сателлиты.

Особенностью планетарного редуктора является то, что вращение можно подводить к любому из его элементов и снимать с любого другого. При этом третий элемент необходимо остановить. Например, вращение можно подвести к одному из сателлитов, а снимать его с коронной шестерни. В этом случае солнечная шестерня должна быть неподвижной. При подведении вращения к солнечной шестерне и снятия его с коронной в редукторе неподвижным остается водило. В некоторых редукторах водила нет.

Благодаря изменению схемы подвода и снятия вращения можно не меняя сам редуктор изменять его передаточные числа в очень широком диапазоне. Именно по этой причине, планетарные редукторы, пожалуй, могут иметь наибольшие передаточные числа среди таких механизмов других классов. Коэффициент самоторможения у планетарных редукторов зависит от их передаточного числа, но при вращении ведомого вала все же можно добиться и вращения ведущего.

Планетарные редукторы коробки переключения передач во втулке заднего колеса велосипеда.

Редуктор: особенности конструкции

Для изменения характеристик крутящего момента используется специальный механизм, который получил название «редуктор». Данное слово образовано от латинского reductor — отводящий назад или возвращающий, что очень точно отображает принцип работы этого механизма. На данный момент существует несколько видов редукторов, которые применяются в различных агрегатах для трансформации и передачи крутящего момента от двигателя устройства, к потребителям мощности.

Виды редукторов

Данные устройства отличаются по типу передачи крутящего момента.

• Червячные редукторы. Передаточная система этих устройств содержит червячную передачу, которая позволяет не только значительно уменьшить обороты рабочего вала, но и изменить направление вращения. Вал редуктора на выходе устройства, обычно расположен под прямым углом по отношению к входному валу. Такая особенность червячных устройств позволяет наиболее компактно разместить двигатель совместно с передающим крутящий момент механизмом. Передаточное число редуктора этого типа может быть до 1 к 100 и более;
• Зубчатые редукторы. Зубчатые механизмы трансформации крутящего момента, часто применяются в агрегатах, в которых необходимо осуществить различное соотношение передаточного числа между входным и выходным валом. Устройство редуктора этого типа может выполнено с одним передаточным механизмом, или с использованием нескольких шестерён при значительном передаточном соотношении. Зубья, в таких устройствах, могут иметь различную форму, но качество обработки таких деталей должно быть наивысшим;
• Гидравлические редукторы. Такие устройства устанавливаются между насосом и гидравлическими механизмами. Используется гидравлический редуктор с той же целью, что и механические — для уменьшения передаваемой энергии или частоты вращения;
• Мотор-редуктор. Эта система также используется для трансформации крутящего момента и представляет собой объединённый в одном корпусе редуктор и двигатель. Наиболее часто встречаются мотор-редукторы, работающие на электрической тяге. В этом случае удаётся значительно уменьшить размер редуктора и увеличить КПД устройства;
• Планетарные редукторы. Передающая система и схема редуктора планетарного типа, представляет собой разновидность зубчатого механизма, но благодаря оригинальности применяемого способа передачи крутящего момента может считаться отдельным видом. Такие механизмы компактны и очень надёжны в эксплуатации, но требуют точного расчёта при производстве. Зубья планетарных редукторов должны находиться в плотном зацеплении между собой, но легко приводиться в движение.

Перечисленные виды редукторов, могут разделяться по количеству передач, которые применяются для трансформации крутящего момента. Наиболее распространённые устройства состоят из одной передачи, но если необходимо изменять соотношения частоты вращения входного и выходного вала, то используются механизмы с большим количеством передач.

Рабочие части редукторов, обязательно должны работать в смазке, для снижения коэффициента трения и потери мощности. Способ нанесения смазочных материалов зависит от вида редуктора и мощности передаваемой энергии. Если передаточная система не работает в условиях повышенных скоростей вращения, то достаточно однократного нанесения смазки на рабочие поверхности в течение всего срока эксплуатации. Для мощных устройств применяется специальная система принудительной подачи смазочной жидкости, с последующим охлаждением и очисткой.

Корпус редуктора может быть разборной и неразборной конструкции.

Изделия неразборного вида, как правило, работают при незначительных мощностных показателях и в тех сферах, где не требуется эксплуатации устройства в жёстких режимах. Редукторы, которые используются для трансформации больших мощностей располагаются в корпусе разборной конструкции, которая позволяет, в случае необходимости, осуществить плановый или экстренный ремонт и настройку механизма.

Корпус редуктора может быть изготовлен из различных материалов. Подбор материала зависит от условий эксплуатации и мощности устройства. Редуктор для маломощных устройств бытового назначения может быть сделан из высокопрочного пластика или алюминиевого сплава.

Где применяются редукторы

Редукторы применяются в автомобилестроении, станкостроении, кухонной и бытовой электротехнике, бензоинструментах. Учитывая тот факт, что каждый вид передачи крутящего момента, имеет свои положительные характеристики и недостатки, которые определяют возможность использовать тот или иной вид редуктора в определённых технических условиях.

Червячные редукторы, не способны трансформировать крутящий момент слишком большой мощности, поэтому основная сфера применения таких устройств — это электрические мотор-редукторы. Например, такой механизм успешно реализован в приводе стеклоочистителей автомобиля.

В мостовой передаче автомобилей, как правило, используется зубчатая передача, которая позволяет не только изменить направление крутящего момента, но и изменить силу и распределить усилие равномерно между осями привода колёс. Зубья позволяют передавать мощность с минимальными потерями, поэтому если для функционирования механизма не требуется повышенной плавности хода, а мощность редуктора требуется достаточно большая, то применяются зубчатые механизмы для передачи крутящего момента.

Если в механизме необходимо исключить вероятность обратной передачи крутящего момента к двигателю устройства, то применяются червячные редукторы, которые полностью лишены такого недостатка.

Червячный механизм, позволяет передавать вращение с соотношением более 100 к 1, но низкий КПД таких устройств, не позволяет их применять в мощных агрегатах.

Различные типы редукторов, которые будут использованы в тех или иных механизмах должны быть подобраны только профессиональными инженерами. Расчёт редуктора должен осуществляться в КБ, которое имеет специалистов высокого уровня. Чертёж редуктора должен быть выполнен до мельчайших подробностей и гаек, которые могут быть использованы в данном механизме.

Даже если известны характеристики редукторов, которые необходимо применить в передаточном механизме, не следует доверять работу по проектированию таких сложных механизмов случайным людям. Если требуется новая крышка редуктора, или гайка редуктора, то лучше заказать оригинальную деталь на предприятии, где был произведён механизм.