Короткий посібник з вибору загальнопромислового редуктора

Від того, наскільки правильно обраний редуктор, багато в чому залежить його довговічність і надійність. Будь-які помилки при розрахунку неминуче приведуть до передчасного виходу перетворювача з ладу. Тому, якщо є така можливість, підбір і розрахунок редуктора краще довіряти фахівцям. Але це можливо далеко не завжди. Тому ми вирішили написати статтю, в якій дамо корисні рекомендації по вибору загальнопромислового редуктора. Ця інформація, а також консультація менеджерів компанії «Зевс» допоможуть вам уникнути помилок і не втратити гроші.

Редуктор – механізм, що передає потужність обертанням. Основним його завданням є редукція, тобто, зниження зусилля, яке необхідно, щоб перетворити передану потужність в корисну роботу. Редуктор зменшує частоту обертання тихохідного вала, підвищуючи крутний момент на вихідному валу. Конструктивно це окремий механізм, який працює в парі з двигуном і встановлюється з ним на одній рамі. Також є пристрої, які об'єднують в одному корпусі редуктор і електродвигун. Вони називаються мотор-редукторами.

Канонічний варіант редуктора – пара шестерень, що знаходяться у взаємному зачепленні. Шестерня меншого розміру ведуча, а велика – ведена. Конструкція механічних перетворювачів складається з таких елементів:

• зубчасті колеса, виготовлені з матеріалу підвищеної міцності – сталі марок 40Х, 40ХН, 25ХГМ. Вінці черв'ячних редукторів роблять з бронзи, гнучкі колеса хвильових перетворювачів – з кованої сталі 30 ХГСА;
• вали – тихохідні, швидкохідні, проміжні. Як матеріал для їх виготовлення використовуються чавун і сталь;
• підшипникові вузли, в яких використовуються переважно підшипники кочення, здатні сприймати високі консольні і осьові навантаження;
• шпонкові і шліцьові з'єднання.

Всі конструктивні елементи редуктора поміщаються в корпус, виготовлений з чавуну (у більшості випадків) або сплаву алюмінію. Корпус складається з двох частин – основа і кришка. Під час роботи всі елементи механізму змащуються методом розбризкування. У деяких моделях перетворювачів передбачений спеціальний насос для подачі мастила.

Редуктори прийнято класифікувати за типом зубчастої передачі, яка в них використовується. Зубчастої передачею називається триланковий механізм, що передає потужність обертанням. Дві рухомих ланки механізму – це зубчасті колеса, які на базі третьої нерухомої ланки утворюють зубчасту пару зачеплення.

За типом зубчастої передачі редуктори діляться на такі види:

• циліндричні;
• черв'ячні;
• планетарні;
• конічні;
• хвильові;
• глобоїдні.

Обертання в редукторах може передаватися між пересічними, перехресними або паралельними валами. Перетворювачі дозволяють отримувати передавальні числа, що дорівнюють кільком десяткам тисяч. Значення передавального числа залежить від кількості ступенів передачі. Нижче ми перерахуємо найбільш популярні типи редукторів, які використовуються в промисловій сфері.

Одна з найбільших груп редукторів – механізми з циліндричною зубчастою передачею. У машинобудуванні це найпопулярніші перетворювачі. Пристрої здатні передавати дуже великі потужності, а коефіцієнт корисної дії може досягати 95%.

У редукторах даного типу використовуються циліндричні передачі, основними елементами яких є зубчасті колеса з різним напрямком зубів – косозубі, прямозубі, шевронні. Колеса можуть мати різний діаметр і кількість зубів.

Зубчасті колеса насаджуються на вал. Для запобігання їх провертання застосовують шпонкові з'єднання. Вхідний вал редуктора називається валом-шестернею, так як зубчаста передача є його частиною. Завдяки підшипниковим вузлам забезпечується обертання валів.

Змащування циліндричних редукторів циркулярне або картерне. У першому випадку забезпечується постійне надходження мастильного матеріалу з системи автоматичної подачі, а для видалення відпрацьованої мастила передбачені спеціальні отвори. Картерна схема передбачає ручну заливку мастила в кратер і її додавання або заміну в разі потреби.

Циліндричні редуктори можуть експлуатуватися з частими запусками і зупинками, а також при рівномірних навантаженнях. Механізми здатні протягом тривалого часу працювати без перерв. Ефект самогальмування відсутній, тому вал можна легко повернути рукою, якщо двигун відключений. Люфт вихідного вала відносно невеликий, завдяки чому забезпечується висока кінетична точність. Робочий ресурс механізму може перевищувати 25000 годин.

З недоліків слід виділити низьке передавальне число на одному щаблі передачі, великі габарити потужних моделей, високий рівень шуму під час роботи.

Причина великої популярності черв'ячних редукторів – простота конструкції і низька вартість. Головні елементи механізму – гвинт або «черв'як» і черв'ячні колесо. Провідна ланка в цій парі гвинт, ведена –  колесо.

Крутне зусилля, яке передається на вхідний вал, обертає гвинт. Він, в свою чергу, штовхає зубчасте колесо, передаючи крутний момент. Ця зв'язка працює зі значним зменшенням кутової швидкості, що дозволяє отримувати великий крутний момент на одному ступені передачі.

Гвинти черв'ячного редуктора класифікуються по конфігурації поверхні з різьбленням і підрозділяються на глобоїдні і циліндричні. За формою профілю комплектуючі ділять на три групи:

• архимедови гвинти – профіль прямолінійний трапецеїдальний в перерізі;
• евольвентні – гвинт в торцевому перерізі має профіль у вигляді евольвенти;
• конволюнтні – профіль в перерізі прямолінійний.

Гвинт може мати від одного до чотирьох заходів. Кількість вибирається залежно від необхідного передавального числа.

Як і інші редуктори, черв'ячні можуть складатися з однієї або декількох ступенів. У одноступінчастого перетворювача передавальне відношення може досягати 100, а у двоступеневого доходить і до 1000. Високе передавальне число – одна з ключових переваг даного типу редукторів.

Черв'ячні перетворювачі, особливо одноступінчасті, мають невеликі розміри. Це полегшує транспортування і монтаж пристроїв. До важливих плюсів редукторів варто віднести низький рівень шуму, плавність ходу і гальмування, відсутність зворотного ходу.

 Без мінусів теж не обійшлося. У порівнянні з циліндричними або планетарними редукторами черв'ячні мають дуже низький ККД. Через це корпус пристроїв сильно нагрівається під час роботи. Для передачі можна застосовувати велике зусилля. Люфт між валами збільшується в процесі експлуатації механізму, а також наявний значний знос зубів черв'ячного колеса.

Планетарні редуктори затребувані в важкому машинобудуванні, так як дозволяють отримувати високі передавальні числа. Габарити планетарних редукторів набагато компактніше, ніж перетворювачів з іншими типами зубчастих передач.

Планетарна передача редуктора – набір зубчастих коліс, що знаходяться у взаємному зачепленні. Частина коліс має нерухому вісь обертання, інші – рухливу. Зубчасті колеса, що знаходяться на нерухомій осі, взаємодіють один з одним не безпосередньо, а через колеса, розташовані на рухомих осях.

Основні елементи планетарної передачі:

• сонячна шестерня – мале центральне колесо з зовнішніми зубцями;
• епіцикл (корона, епіциклічна шестерня) – зовнішнє зубчасте колесо з внутрішніми зубцями;
• сателіти – невеликі колеса з зовнішніми зубцями, які взаємодіють з сонячної і епіциклічною шестернями;
• водило – деталь, механічно з'єднує всі сателіти (на ній розташовані їхні осі).

В планетарних редукторах нерухомим елементом найчастіше є епіцикл, вхідним – сонячна шестерня, а вихідним – водило. Перетворювач може включати одну або кілька передач, зібраних послідовно. У цьому випадку кожна передача є ступінню редуктора.

Передавальне число планетарних редукторів може бути в межах від 6 до 450. Переваги пристроїв:

• високий ККД – до 98%;
• компактність і невелика вага;
• рівномірний розподіл навантаження між сателітами;
• передача великих потужностей без втрат на нагрівання.

Для зручності монтажу перетворювачі випускаються з опорними лапами або фланцем. Можливі і комбіновані варіанти.

Конічні редуктори передають крутний момент між валами, які розташовані перпендикулярно один одному. Особливість механізмів – зубчасті колеса в формі усіченого конуса з різьбленням на бічній поверхні. Принцип передачі зусилля від колеса до колеса такий же, як у циліндричних редукторів.

Конічні перетворювачі поділяються на два типи:

• вузькі – ширина зубчастого колеса дорівнює ¼ зовнішнього конусного відстані;
• широкі – ширина колеса 0,3-0,4 зовнішнього конусного відстані.

Конструкція конічних і циліндричних редукторів схожа, тому переваги і недоліки у них практично ідентичні. Розташування валів під кутом дозволяє передати зусилля з двигуна на привідний механізм, якщо їх вали не паралельні. Тому перетворювачі конічного типу затребувані для оснащення обладнання, яке потребує передачі крутного моменту під прямим кутом. Відсутність бронзових коліс, що швидко зношуються дозволяє передавальним механізмам протягом тривалого часу працювати в важких умовах.

Що стосується недоліків, то їх небагато. У конічних редукторів ККД нижче, ніж у циліндричних – різниця складає приблизно 10%. Через особливості конструкції перетворювачів підвищується шанс заїдання.

Конічно-циліндричні редуктори поєднують в одному корпусі передачі двох видів. Конічною рекомендується робити швидкохідну сутпінь через її низьку навантажувальну спроможність.

У двоступеневих моделей передавальне відношення лежить в діапазоні 7-28. Щоб отримати більше значення, рекомендується використовувати прямозубі конічні колеса або кругові зуби. У триступеневий перетворювачів передавальне число може досягати 150.

Вал – одна зі складових будь-якого редуктора. Ці деталі служать для передачі крутного моменту від приводу. При роботі устаткування виникають високі навантаження, тому для виробництва валів використовують міцну леговану сталь.

У конструкції редукторів використовуються кілька видів валів:

• провідний;
• проміжний;
• вихідний.

Ведучий вал приєднується до приводу за допомогою муфти. Для закріплення шестернею є спеціальні пази. У ведучого вала найбільша швидкість обертання, так як він синхронізований з двигуном. Підшипники цього валу експлуатуються під великим навантаженням, тому потребують постійного змащування.

Проміжні вали зменшують частоту обертання, передану від двигуна, і збільшують крутний момент. У одноступінчатих редукторах такої деталі немає. Допоміжний вал завжди знаходиться всередині корпусу, а конструкція і розміри елемента залежать від моделі приводу.

За допомогою вихідного вала знижений крутний момент передається приводного механізму. З обладнанням вихідний вал з'єднується за допомогою муфти або шківа.

На спосіб підключення і конструкцію редуктора впливає розташування його валів. Використовуються три основних способи збирання:

• вали розташовуються паралельно – в циліндричних редукторах;
• вали розташовані перпендикулярно – в черв'ячних редукторах;
• вали перетинаються – в конічної-циліндричних редукторах.

Вали редукторів можуть бути цільними і порожніми. Другі відрізняються меншою міцністю, тому використовуються в конструкціях з розташуванням елементів всередині корпусу.

В першу чергу необхідно визначити підходяще передавальне відношення редуктора. Для цієї мети використовується формула:

U = n_вх / n_вих

n_вх – кількість обертів двигуна або вихідного вала;

n_вих – потрібну кількість оборотів вихідного вала.

Вибираючи електродвигун враховуйте, що частота обертання його вала не повинна перевищувати 1500 об / хв.

Виходячи з розрахованого передавального числа, вибирається необхідна кількість ступенів редуктора. Зробити це можна за допомогою таблиці.

Вихідні дані для правильного вибору редуктора – потужність, обороти електродвигуна, передавальне число. Для розрахунку по допустимому крутним моментом на вихідному валу використовуйте формулу:

Т = (9550 х Р х U х N) / (К х n_вх)

Р - потужність двигуна, кВт;

U - передавальне число;

N - ККД перетворювача (див. Паспортні дані))

n_вх - кількість оборотів вхідного вала редуктора або електродвигуна, об / хв

К - коефіцієнт експлуатації вибирається по таблиці.

На сайті компанії «Зевс» ви можете купити редуктор будь-якого типу: черв'ячний, циліндричний, планетарний, конічний, глобоідний. На сторінках товарів вказані всі необхідні технічні характеристики перетворювачів. Якщо потрібна додаткова інформація або допомога в підборі редуктора, звертайтеся до наших консультантів.