А что же такое РЕДУКТОР?
Всем привет, сам не зная что такое редуктор я решил все таки узнать это, ведь когда нибудь я с этим столкнусь.
Редуктор — устройство, передающее и преобразующее вращающий момент, с одной или несколькими механическими передачами. У редукторов есть много характеристик, такие как КПД, передаточное отношение, передаваемая мощность, максимальные угловые скорости валов, количество ведущих и ведомых валов, тип и количество передач и ступеней.
Автомобильный редуктор ВАЗ имеет одну механическую передачу, один ведущий и два ведомых вала. В первую очередь в выборе редуктора нужно обращать на передаточное отношение. Заводом на ВАЗ за все время устанавливались редукторы с отношением 3.9 4.1 4.3 4.44. Эти цифры означают, что для того, что бы колесо сделало один оборот карданному валу нужно сделать 3.9, 4.1, 4.3 и 4.44 оборота соответственно.
На графике представлена зависимость скорости автомобиля от оборотов двигателя с разными главными парами в редукторе(при неизменных отношениях коробки передач)
график зависимости скорости от оборотов двигателя
Как видно из графика чем выше отношение главной пары в редукторе, тем быстрее машина набирает скорость, но в то же время теряется максимальная скорость. Поэтому выбирая главную пару нужно учитывать степень подготовки двигателя и тип поведения машины. На каждое переключение передачи тратится время, как на сам процесс перемены передач, так и на и время пробуксовки сцепления. В случае с короткой главной парой имеем очень хороший уровень ускорения, но очень недолго, и приходится чаще делать перерывы в разгоне для переключения передач, что сводит на нет все преимущества короткой главной пары. С другой стороны в ралли короткие ГП пользуются заслуженным успехом, как и максимально сближенные ряды коробки передач, для того, чтобы в любой точке любого поворота иметь максимально возможную для него скорость, поэтому раллисты жертвуют и максимальной скоростью и разгоном на прямой ради того, чтобы всегда иметь верную передачу в повороте. Но в случае с дрэгом всё иначе, и короткой трансмиссией спасаются те, у кого относительно слабый мотор, и финишируют на отсечке на 5-6 передаче.
Кроме редукторов со стандартным передаточным отношением существуют «спортивные» с передаточным числом 4.78 5.13 5.38.
Еще одним важным моментом, если машина всё таки используется в спорте, является блокировка дифференциала. В редукторе кроме шестерней главной передачи находится так же и дифференциал, который распределяет вращение на колеса. Например, при повороте машины внутреннее, относительно поворота, колесо пройдет меньшее расстояние, чем внешнее, поэтому для компенсации этой разницы оборотов колес и существует дифференциал. Но если машина одним ведущим колесом встанет на поверхность с меньшим коэффициентом трения, чем другое колесо, то существует вероятность того, что одно колесо будет крутится на месте, а другое стоять на месте, так как весь момент будет передаваться на то колесо которое меньше сопротивляется вращению. Для избежания таких случаев существуют так называемые блокировки дифференциала.
Сделать самоблокирующийся дифференциал сложно, поэтому некоторые делают заблокированный дифференциал. Для этого просто заваривают сателлиты в редукторе. Однако такой способ плох тем, что у самоблокирующегося дифференциала есть определенный момент, при котором происходит блокировка, т.е. в поворотах он все таки работает как дифференциал, а просто «заваренный редуктор» будет заблокирован всегда, соответственно руление машиной на малых скоростях будет затруднительным. Но если машина используется в дрэге, кроссе или ралли то можно заварить дифференциал, как показано на рисунках, завариваются сателлиты.
Что такое Редуктор и как работает? Принцип работы и для чего нужен.
Редуктор — это важный узел трансмиссии, назначение которого состоит в уменьшении крутящего момента коленвала и передаче его на дифференциал, вращающий колеса. Устройства отличаются в зависимости от места установки и особенностей конструкции.
Виды и типы редукторов
По месту установки и назначения различают два типа редукторов:
Передний, интегрированный в КПП. Предназначен для передачи момента на передние колеса полноприводных авто и машин с передним приводом;
Задний, устанавливаемый в задней оси. Узел приводит в движение задние колеса полноприводных машин и автомобилей с задним приводом.
В главной передаче авто используются многоступенчатые приводы, в которых используется несколько последовательно соединенных шестеренок. В классической конструкции заднего редуктора таких ступеней две — ведущая и ведомая шестерни.
В зависимости от способа сопряжения шестеренок, различают коническую, цилиндрическую и гипоидную редукторную передачу. В рулевых механизмах авто также используются червячные редукторы.
Конический
В устройстве используется пара конических шестерен, установленных под углом 90 градусов. Такие узлы применяются на заднеприводных и полноприводных машинах.
Цилиндрический
Устройство состоит из пары прямых цилиндрических шестерен, сцепленных вместе и установленных параллельно друг другу. Такая главная передача используется в КПП переднеприводных автомобилей.
Гипоидный
Две соединенные шестерни, установленные под углом 45 градусов, используются для передачи момента на полноприводных и заднеприводных авто.
Планетарный
Устройство выполнено в виде нескольких шестерен, расположенных в одной плоскости и сцепленных между собой.
Червячный
Узел, применяющийся только лишь в рулевом управлении, представляет собой червячную и ведомую шестерни, установленные перпендикулярно.
В трансмиссии авто зачастую применяются комбинированные цилиндрическо-конические узлы, ведущий и ведомый валы которых могут пересекаться или располагаться параллельно.
Автомобильные редукторы характеризуются передаточным числом. Это соотношение угловых скоростей ведущего и ведомого вала. На машинах с большой снаряженной массой, устанавливаются редукторы с большим передаточным числом. Это обеспечивает им высокий крутящий момент в сочетании с небольшой максимальной скоростью. Для обеспечения высокой скорости на легких автомобилях устанавливаются механизмы с передаточным числом порядка 5.
Редуктор и дифференциал имеют принципиально разное назначение: первый повышает или понижает крутящий момент, второй — распределяет его между осями и колесами.
Устройство, конструкция и принцип работы редуктора
Задний редуктор большинства полно- и заднеприводных машин конструктивно объединен с дифференциалом. Этот узел, закрепленный на заднем мосту авто, состоит из следующих деталей:
ведомая шестерня, которая через сателлитов передает вращение шестерням полуосей;
ведущая шестерня, присоединенная к карданному валу;
сателлиты, дифференциала, передающие момент на шестерни левой и правой полуоси.
Принцип работы главной передачи (редуктора) заднего моста основан на гипоидной передаче. Узел работает следующим образом:
кардан передает крутящий момент на ведущую шестерню;
за счет размера и положения ведомой шестерни увеличивается момент и направление вращения;
на шестерни полуосей мощность передается через дифференциал, выполненный с помощью шестерен-сателлитов.
Использование гипоидной передачи обеспечивает невысокий уровень шума и плавную работу главной передачи. Подобные устройства используются на большинстве заднеприводных легковушек и грузовиков. Внедорожники оснащены редуктором с гипоидной передачей и блокирующимся дифференциалом, повышающим проходимость.
На части внедорожников, в особенности на грузовиках повышенной проходимости, применяется передний мост с гипоидной передачей, аналогичной используемой на заднеприводных авто.
В переднеприводных ТС и части внедорожников не используется передний мост с редуктором. Функцию редуктора берет на себя коробка переключения передач, которая меняет угловую скорость и вращающий момент. В КПП используется сложная система осей и шестерен, образующих планетарные, цилиндрические и гипоидные передачи.
Зачем нужен редуктор
Как и коробка передач, редуктор используется для снижения скорости вращения колес и повышения крутящего момента. Его использование улучшает ходовые качества машины и снижает нагрузку на двигатель и КПП.
Двигатели внутреннего сгорания, используемые в ТС, отличаются высокими оборотами при низком крутящем моменте. Если подключать привод колес напрямую, нагрузка на них «задушит» мотор и автомобилю будет сложно тронуться с места.
КПП или вариатор увеличивает крутящий момент и снижает обороты, позволяя машине медленно ехать независимо от оборотов мотора. Редуктор дополнительно увеличивает крутящий момент, снижая нагрузку на остальные части трансмиссии (КПП, кардан). Это увеличивает моторесурс агрегатов, уменьшает шум и позволяет использовать более «нежные» и легкие детали трансмиссии. За счет применения редуктора повышается КПД, уменьшается расход топлива и снижается количество вредных выбросов.
Редуктор: определение, назначение, устройство, виды
Редуктор – механизм, изменяющий крутящий момент и мощность двигателя, присутствует практически в любой машине и станке. Он является частью трансмиссии автомобиля и регулирует с высокой точностью перемещение в точных приборах. Что такое редуктор с технической точки зрения? Это одно или несколько зубчатых зацеплений, взаимодействующих между собой и понижающих количество оборотов двигателя до приемлемой скорости вращения исполняющего узла. Вместо ведущей шестерни может быть червяк.
Устройство и принцип работы
Редуктор без дополнений газовый или гидравлический, подразумевает механическое устройство для изменения угловой скорости и крутящего момента. Он работает по принципу Золотого правила, когда передаваемая вращением мощность практически не изменяется, уменьшается на КПД.
Устройство
Простейшее устройство редуктора, это зацепление из шестерни и зубчатого колеса. Крутящий момент передается через непосредственный контакт зубьев – элементов детали. Они движутся с одинаковой линейной скоростью, но разной угловой. Количество вращений шестерни и колеса за единицу времени разное, зависит от диаметров деталей и количества зубьев.
Шестерни и колеса неподвижно закреплены на валах или изготовлены совместно с ними. В корпусе может быть от одной до нескольких пар зубчатых зацеплений. На сборочном чертеже редуктора хорошо видно его устройство и составные части:
Корпус в самом низу имеет отверстие для слива масла и приспособление контроля уровня смазочных материалов, глазок или щуп. Разъем с крышкой совпадает с плоскостью расположения осей.
На кинематической схеме редуктора схематически указаны зубчатые соединения, расположений валов и направление вращения. Также показан тип зуба, прямой или наклонный. По кинематической схеме можно определить количество ступеней, передаточное число и другие характеристики, как работает данный редуктор.
Принцип действия
Принцип работы механического редуктора основан на передаче вращательного момента от одного вала другому посредством взаимодействия зубчатых деталей, неподвижно закрепленных на них. Линейная скорость зубьев одинаковая. Она не может быть разной, поскольку контакт жесткий.
Принципом действия редуктора является давление зуба на поверхность аналогичного со смежной детали и передача при этом усилия, двигающего ведомое колесо. В результате скорость вращения уменьшается. На выходном валу создается усилие, которое способно привести в движение исполняющий механизм.
Главная пара всегда первая, быстроходная шестерня или червяк, соединенный с двигателем и соответствующее ему колесо. По ее типу определяется и весь узел. Количество ступеней равно количеству зацеплений, имеющих передаточное число больше 1.
Кроме рабочих шестерен могут использоваться паразитки – шестерни, которые не изменяют крутящий момент, только направление вращения колеса и соответственно вала, на котором оно расположено.
Маркировка
В условном обозначении редуктора имеется ряд цифр и букв, указывающих на его параметры и тип. Первым стоит указание на количество ступеней и вид зубчатого зацепления:
Комбинированные модели обозначаются несколькими буквами, начиная с первой пары:
Количество передач данного вида указывается цифрой перед буквой.
Горизонтальное расположение считается нормой и не имеет своего обозначения. Для вертикального узла после обозначения типа передач ставится буква В. Б – означает быстроходную модель. За ним ставится условное числовое обозначение варианта сборки.
Далее указывается расстояние между осями ведущего и выходного вала, передаточное число цифрами и форма выходного вала буквенным обозначением, например, Ц – цилиндрический хвостовик, К – конический.
В маркировке может присутствовать указание на климатическое исполнение, например, для тропиков, северных районов, по какому госту выполнено.
Например: 1Ц2У-250-31,5-22-М-У2. Двухступенчатый цилиндрический с горизонтальным расположением. Межцентровое расстояние валов тихоходной ступени 250 мм, передаточное число 31,5. Вариант сборки узла 22, хвостовик по типу муфты, климатическое исполнение соответствует ГОСТ 15150-69.
Электрический привод – мотор и передаточный узел в одном корпусе, имеет несколько отличающуюся маркировку. Вначале стоит буквенное обозначение марки сборного привода, указывается скорость вращения выходного колеса, поскольку она постоянна, соединена с одним электродвигателем.
Технические характеристики
Редуктора отличаются внешне по размерам и форме. Внутреннее строение разнообразное. Объединяет их всех перечень технических характеристик, по которым они подбираются на различные машины и станки. К основным параметрам редуктора относятся:
Передаточное число берется общее, всех передач, и одновременно указывается таблица передаточных чисел, если узел имеет 2 и более ступени. По нему подбирают узел, который преобразует вращение электродвигателя или мотора с нужное количество оборотов.
При этом важно знать величину крутящего момента на выходном валу редуктора, чтобы определить, будет ли достаточной мощность, чтобы привести в движение агрегат.
Передаточное число
Основная характеристика зубчатого зацепления, по которой определяются все остальные параметры. Показывает, на сколько оборотов меньше делает колесо относительно шестерни. Формула передаточного отношения:
где U – передаточное число;
Z1 число зубьев шестерни;
Z2 число зубьев зубчатого колеса.
Модуль зубьев шестерни и колеса одинаковый. Их количество напрямую зависит от диаметра. Поэтому можно использовать формулу:
Где D2 и D1 диаметры колеса и шестерни соответственно.
Расчет общего передаточного момента определяется как произведение передаточных чисел всех пар:
Где Uр передаточное число;
U1, U2, Un передаточные числа зубчатых пар.
При расчете передаточного числа берется отношение количества зубьев колеса и заходов червяка.
В цепных передачах расчет передаточного числа делается аналогично, по количеству зубьев на звездочках и по диаметрам деталей.
При определении передаточного числа ременной пары количество зубьев заменяется диаметрами шкивов и все умножается на коэффициент скольжения. В отличие от зубчатой передачи, линейная скорость движения крайних точек на шкивах не равна друг другу. Зацепление не жесткое, ремень проскальзывает. КПД передачи ниже, чем у зубчатой и цепной передачи.
Передаточное отношение
При проектировании нового узла с заранее заданными характеристиками, за основу берется мощность будущего редуктора. Она определяется по величине крутящего момента:
где U12 – передаточное отношение;
Знак «–» указывает на обратное направление вращения колеса и вала, на котором оно находится. При нечетном количестве передач ведомое колесо крутится в противоположном направлении по отношению к ведущему, навстречу ему. При четном количестве зацеплений конических колес вращение обоих валов происходит в одном направлении. Заставить его крутится в нужную сторону можно установкой промежуточной детали – паразитки. У нее количество зубьев как у шестерни. Паразитка изменяет только направление вращения. Все остальные характеристики остаются прежними.
Крутящий момент
Определение крутящего момента на валу необходимо, оно позволяет узнать мощность на выходе редуктора, величины связаны прямо пропорциональным соотношением.
Крутящий момент входного двигателя на входе, умножается на передаточное число. Для получения более точного фактического значения надо умножить на значение КПД. Коэффициент зависит от количества ступеней и типа зацепления. Для прямозубой конической пары он равен 98%.
Назначение механизма
Редуктором называют узел, который изменяет мощность. Это может быть давление газа и жидкости в газовых баллонах, трубопроводах и на распределительных подстанциях. Механические редукторы изменяют число оборотов и угловую скорость.
Для чего нужен в механизме и машине зубчатый передаточный механизм. Он снижает угловую скорость двигателя, увеличивая при этом в столько же раз крутящий момент – силу, с которой может воздействовать выходной вал на исполняющий механизм.
Скорость вращения электродвигателя может достигать 1500 об/мин. Для работы станка оборудования она не подходит. При этом, если к шкиву мотора напрямую прикрепить груз, он не сможет сдвинуть его с места.
Функции узла, уменьшить скорость вращения в десятки раз и настолько же увеличить крутящий момент – усилие, с которым машина будет совершать работу.
Виды редукторов
Редуктор, это механизм, передающий крутящий момент. Простейшими механическими узлами, передающими крутящий момент, считаются ременная и цепная передачи. Они передают вращение с одного детали на другую и при этом изменяют угловую скорость.
Наибольшая группа редукторов, которые широко используются во всех механизмах, от кофемолки до доменных печей, механические зубчатые редукторы. Они разделяются на группы по нескольким параметрам:
Обычно ведущий вал редуктора быстроходный. Он жестко соединен с двигателем и вращается с такой же скоростью, до 1500 об/мин. При обратном отношении, когда ведущим является колесо и скорость вращения на выходе возрастает, а крутящий момент падает, узел называют понижающим.
По типу зубчатого зацепления и форме шестерни, они делятся:
Комбинированные модели могут иметь различные типу зубчатых зацеплений.
Цилиндрические
Наибольшее количество выпускается цилиндрических редукторов. Рабочая поверхность колеса и шестерни имеет форму цилиндра. Модели отличаются высоким КПД, простотой исполнения и большим разнообразием деталей. Одноступенчатые узлы получили название передаточного редуктора. Он компактный, понижает скорость вращения и одновременно передает крутящий момент.
По форме зуба цилиндрические модели делятся:
По кинематической схеме они бывают прямолинейные и разветвленные.
Прямой зуб имеет закругленную поверхность, способствующую максимально возможной площади контакта. При зацеплении зубья контактируют по всей длине. Трение сводится к минимуму. КПД прямозубого зацепления наиболее высокое, 99%.
К достоинствам прямозубых передач относятся минимальная нагрузка на подшипники, малое трение, механизм не греется.
Недостаток в сильном шуме во время работы и малой мощности. Чтобы предать большое усилие, колеса надо делать широкими, крупногабаритными.
Косой зуб расположен под углом. Площадь контакта у него больше при одинаковой ширине обода колеса. Зубья заходят в зацепление постепенно. Работает косозубая пара тихо, плавно и способна выдержать большие нагрузки.
Площадь трения по эвольвенте больше, детали греются. КПД косозубого зацепления 98% и ниже. Изготовление деталей с косым зубом сложнее, особенно фрезеровка зубьев. Требуется большая точность при настройке режущего инструмента. Наклонное положение зуба создает дополнительные осевые нагрузки на подшипники и сокращает срок их работы.
Для компенсации отрицательных осевых усилий косозубых передач, созданы шевронные. Они представляют два колеса на одном валу с наклоном зубьев в противоположную сторону. Таким образом еще больше увеличивается мощность.
Работают шевронные зацепления тихо. Недостаток в сложной и длительной технологии нарезания зубьев.
Количество передач может быть любое. Расположение валов параллельное, горизонтальное и вертикальное в одной плоскости. При большом числе зубчатых зацеплений в одном корпусе, возможно двурядное расположение валов.
Цилиндрические модели широко применяются во всех областях. От бытовой техники, кофемолок, дрелей, до металлургической и горнорудной промышленности. На каждом станке стоит один или несколько редукторов. В особо тяжелых условиях используют шевронные передачи.
Конические
Шестерня и колесо имеют коническую поверхность. Валы расположены под углом. Зуб на шестерне прямой и радиальный. Часто конические передачи используются в комбинированных или понижающих узлах. Направление вращения возможно в любую сторону. В качестве ведущего может выступать колесо.
Сколько передач в коническом передаточном механизме, зависит от его назначения. Обычно одна. Наиболее известный пример косозубого зацепления – дифференциал заднего моста, понижающий крутящий момент узел. От одного колеса вращается синхронно в одном направлении 2 шестерни.
Червячный
Вместо ведущей шестерни в зубчатом зацеплении стоит червяк с нарезанной резьбой. Нитей бывает 1, 2, 4. Другого количества заходов не делают. Оси валов расположены перпендикулярно в разных плоскостях.
Червяк при вращении взаимодействует с несколькими зубьями колеса. От сильного трения под углом, возникает тормозящий момент. Он не позволяет колесу провернуться и сдвинуть червяк. Самоторможении используют в грузоподъемных механизмах. Подвешенный груз не сможет пойти вниз. Червячная передача может перемещать колесо и связанный с ним механизм с большой точностью. Это используют в приборах и станках для точной настройки положения инструмента.
Червячные редукторы создают с одной и двумя передачами. Часто делают комбинированные с коническими зацеплениями.
У червячного редуктора тихий и плавный ход, самое большое передаточное число одной пары до 80 единиц.
Недостаток в низком КПД и сильном нагреве во время работы. необходимо делать систему охлаждения.
Планетарный
Планетарные модели конструктивно отличаются от всех других. У них колесо неподвижно зафиксировано в корпусе. В зацеплении с ним 4 сателлита – зубчатые колеса, которые синхронно вращаются от центральной шестерни.
Водило, соединенное с выходным валом, вращается вокруг солнечной шестерни. Валы сателлитов закреплены в нем через подшипники.
Сложное исполнение планетарного редуктора компенсируется его высокой мощностью, компактными размерами и тихим ходом. Планетарные модели используются для работы в шахтах, металлургии, горнорудной промышленности.
Комбинированные
Редукторы, в которых установлены передачи разного типа, называются комбинированными. Наиболее часто соединяют в одном корпусе цилиндрические пары с червячными или коническими.
Мотор-редуктор – собранные в одном корпусе двигатель и передаточный узел. Привод обычно изготавливается с коническими или червячными парами. Количество передач одна и две.
В волновых моделях для вращения применяют колебания расположенной внутри колеса шестерни. Широкого распространения модель пока не получила.
Рекомендации по выбору
Как выбирать редуктор вместо сломавшегося, на имеющуюся технику и при создании механизмов самостоятельно. Основным является мощность на выходном валу. Она рассчитывается на основании оборотов двигателя по передаточному числу.
Следует обратить на расположение валов, оно в цилиндрических моделях может быть в одну сторону.
Крепление осуществляется с помощью фланца непосредственно к валу двигателя и с помощью отверстий в подошве устанавливается на платформу.
В маркировке указано межцентровое расстояние между валами. Этот размер имеет конструктивное значение при установке узла и соединения его с двигателем и валом рабочего механизма.
Следует посмотреть, какая пара в редукторе первая, ее передаточное число, зацепление. Выбор редуктора включает в себя и расположение валов в пространстве. Они могут располагаться под прямым углом и быть в разных плоскостях. Тип подшипников указывается в технической документации. Там же таблица сроков эксплуатации разных узлов.
При проектировании машины, подбор червячного редуктора выполняется по мощности и расположении зацепления. При нижнем зацеплении пара хорошо смазывается, не требует дополнительного охлаждения и способна работать длительно время. Следует обратить внимание на рабочий режим. Узел не всегда способен работать по несколько часов непрерывно. Червячное соединение быстро перегревается.
Распространенные неисправности
Основная неисправность редуктора связана с его перегревом. Это происходит при отсутствии смазки и использовании масел других марок. В противном случае агрегат перегревается, зубчатое зацепление может заклинить.
Подшипники имеют свой запас прочности. Их период эксплуатации указан в паспорте. Если вовремя не поменять на новые, узлы начинают рассыпаться. Шарики выпадут, и вал начнет вращаться с большим усилием, рывками.
Между корпусом и крышками: верхней и боковой, по плоскости разъема, при сборке закладывается герметик. Он не позволяет маслу вытекать наружу. Если его вовремя не менять, жидкость потечет со всех разъемов.
Перегрузки, резкое включение приводит к разрушению зуба. Когда передаточный механизм не соответствует двигателю, он долго не выдержит.