Червячный редуктор

Червячный редуктор

Червячный редуктор — это зубчатый механизм в корпусе, повышающий либо понижающий скорость вращения и усилия, преобразующее угловую скорость вращения и усилия вала двигателя, используя червячную передачу.

Содержание

Червячный редуктор [ править | править код ]

Редуктор червячный — один из классов механических редукторов. Редукторы классифицируются по типу шестерен механической передачи. Редуктор называется червячным по виду резьбы ведущего вала, вращение которого передает усилие на ведомую шестерню, червячная передача, находящейся внутри редуктора, передающей и преобразующей крутящий момент. Винт, который лежит в основе червячной передачи, имеет так называемую «червячную резьбу», отсюда и название. Червячный редуктор может быть с одной или более механическими планетарными передачами.

В червячном редукторе увеличение крутящего момента и уменьшение угловой скорости выходного вала происходит за счет преобразования энергии, заключенной в высокой угловой скорости и низком крутящем моменте на входном валу.

Двигатель со встроенным червячным редуктором называют червячным мотор-редуктором.

Наиболее распространены одноступенчатые червячные редукторы. При больших передаточных числах применяют либо двухступенчатые червячные редукторы, либо комбинированные червячно-зубчатые или зубчато-червячные редукторы. В одноступенчатых червячных редукторах червяк может располагаться под колесом, над колесом, горизонтально сбоку колеса и вертикально сбоку колеса. Выбор схемы червячного редуктора определяется требованиями компоновки. Червячные редукторы с нижним расположением червяка применяют при v₁ < 5 м/с, с верхним — при v₁ > 5 м/с. В червячных редукторах с боковым расположением червяка смазка подшипников вертикальных валов затруднена.

В червячных редукторах для повышения сопротивления заеданию применяют более вязкие масла, чем в зубчатых редукторах. При скоростях скольжения V_ск < 7…10 м/с смазку червячных передач редукторов осуществляют окунанием червяка или колеса в масляную ванну. При нижнем расположении червяка уровень масла в ванне должен проходить по центру нижнего шарика или ролика подшипника качения, а червяк должен быть погружен в масло примерно на высоту витка. Если уровень масла устанавливают по подшипникам и червяк не окунается в масло, то на валу червяка устанавливают маслоразбрызгивающие кольца (крыльчатки), которые и подают масло на червяк и колесо. В червячных редукторах V_ск < 7…10 м/с применяют циркуляционно-принудительную смазку, при которой масло от насоса через фильтр и холодильник подаётся в зону зацепления.

Червячная передача [ править | править код ]

В червячных редукторах используется червячная передача. Червячная передача состоит из винта, называемого червяком, и червячного колеса, представляющего собой разновидность косозубого колеса.

Червячные передачи относятся к зубчато-винтовым. Если в зубчато-винтовой передаче углы наклона зубьев принять такими, чтобы зубья шестерни охватывали её вокруг, то эти зубья превращаются в витки резьбы, шестерня — в червяк, а передача — из винтовой зубчатой в червячную.

Ведущее звено червячной передачи в большинстве случаев — червяк, а ведомое — червячное колесо. Обратная передача зачастую невозможна — КПД червячного редуктора в совокупности с передаточным отношением вызывают самостопорение редуктора. Это свойство начинает проявляться при передаточных числах от 35 и выше. Однако более корректно говорить не о передаточном числе, а об угле подъёма червяка, при уменьшении которого в определённый момент возникает самоторможение. Полное самоторможение достигается в передаче, в которой угол подъёма винтовой линии червяка равен или меньше 3.5°. Однако производители редукторов далеко не всегда предоставляют информацию об этом параметре в своих каталогах, и разработчикам приходится оперировать именно передаточными числами. Описанное свойство, в зависимости от области применения редуктора, может быть как достоинством, так и недостатком. Например, было бы конструкторской ошибкой применять червячный редуктор в приводе, скажем, закаточного устройства, при заправке которого требуется вручную поворачивать бобину с закатываемым листовым материалом, так как червячный редуктор даже с передаточным отношением меньше 25 довольно тяжело провернуть за ведомый вал. Наоборот, применение червячного редуктора (с большим передаточным числом червячной пары) в приводе подъёмника позволяет во многих случаях отказаться от установки дополнительного тормозного устройства. [1]

Преимущество червячной передачи по сравнению с винтовой зубчатой в том, что начальный контакт звеньев происходит по линии, а не в точке. Угол скрещивания валов червяка и червячного колеса может быть каким угодно, но обычно он равен 90°. В отличие от косозубого колеса обод червячного колеса имеет вогнутую форму, способствующую некоторому облеганию червяка и соответственно увеличению площади контактных поверхностей. Направление и угол подъёма зубьев червячного колеса такие же, как и у витков резьбы червяка. Резьба червяка может быть однозаходной или многозаходной, а также правой или левой. Наиболее распространена правая резьба с числом заходов z1=1…4.

Различают два основных вида червячных передач: цилиндрические, или просто червячные, передачи (с цилиндрическими червяками) и глобоидные (с глобоидными червяками).

По сравнению с обыкновенными зубчатыми передачами, передаточное отношение (передаточное число) червячного редуктора может быть значительно большим. Так, например, при однозаходном червяке (z1=1) и червячном колесе с z2=100 передаточное число передачи u =100. При одном и том же передаточном числе червячный редуктор гораздо компактнее обыкновенной зубчатой передачи. Возможность осуществления большого передаточного числа при одной ступени передачи, компактность, плавность и бесшумность работы — основные достоинства редукторов с червячной передачей. Благодаря этим достоинствам червячные передачи широко применяют в подъёмно-транспортных машинах, различных станках и некоторых других машинах. Передаточное число червячной передачи принимают обычно в пределах u = 8…90, но в специальных установках оно доходит до u=1000 и более.

В червячной передаче помимо потерь передаваемой мощности, свойственных зубчатой передаче, имеются потери мощности, свойственные винтовой паре. Следовательно, к. п. д. червячного редуктора значительно меньше, что является основным недостатком червячных передач. К недостаткам относятся также склонность витков резьбы червяка и зубьев колеса к заеданию и необходимость применения для венцов червячных колёс дорогих антифрикционных материалов. Из-за этих недостатков червячные редукторы применяют значительно реже зубчатых и только для передачи небольших и средних мощностей, обычно до 50 кВт и реже — до 200 кВт.

Червячный мотор-редуктор [ править | править код ]

Благодаря своей конструкции, мотор-редукторы с червячной передачей характеризуются плавностью и бесшумностью работы. К достоинствам червячного мотор-редуктора также можно отнести компактность — червячный мотор-редуктор будет значительно меньшего размера по сравнению с аналогичным мотор-редуктором с зубчатой передачей с одним и тем же передаточным числом редуктора. Характерной особенностью червячного мотор-редуктора является свойство самоторможения.

Червячные мотор-редукторы имеют развернутое под 90 градусов расположение выходного вала, что бывает удобно в случае, когда нет возможности (например, по габаритам) расположить весь мотор-редуктор с соосным расположением вала.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЧЕРВЯЧНОГО РЕДУКТОРА

Работа предназначается для ознакомления с конструкцией червячного редуктора, определения основных геометрических и кинематических параметров зацепления и выяснения принципа и назначения регулировок узлов редуктора.

2. Описание редуктора, основные расчетные зависимости

Редукторы – это механизмы, выполняемые в виде отдельных агрегатов, служащие для понижения частоты вращения и увеличения крутящего момента.

Червячная передача относится к числу зубчато-винтовых передач с углом перекрещивания между осями, равным обычно 90°. Червяк представляет собой винт с резьбой трапецеидального либо близкого к нему профиля с малым числом заходов z₁ = 1…4. Червячное колесо – это косозубое зубчатое колесо, профиль зуба которого формируется сгибанием витков червяка и имеет в осевом сечении форму дуги.

В данной работе рассматривается одноступенчатый червячный редуктор (рис. 1). Он включает в себя червяк 5 и червячное колесо 15, соединенное с валом 6 при помощи шпонки 30. Червяк и вал червячного колеса опираются на подшипники качения 17, 20, 22, 24 (которые фиксируются крышками 9, 11, 13, 14 с помощью винтов) и размещаются в корпусе 8.

Крышка люка 12 служит для заливки масла, проверки правильности зацепления при монтаже и состояния рабочих поверхностей червячной пары при эксплуатации.

В корпус редуктора ввинчены маслоуказатель 16 для контроля уровня масла и пробка 23 для его слива.

В сквозные крышки 9 и 13 установлены уплотнения 27 и 28, которые предотвращают вытекания смазки из редуктора и препятствуют попаданию в него инородных частиц.

Между крышками подшипников 9, 11, 13, 14 и корпусом 8 помещаются металлические прокладки 18, 19, 21, 25, с помощью которых производится регулировка подшипников и червячного зацепления.

Способ смазки – картерный непроточный; червячное зацепление и под-шипники колеса смазываются разбрызгиванием, а подшипники вала червяка – погружением в масло.

Взаимное положение крышки редуктора 10 и основания 8 фиксируется двумя штифтами 29, устанавливаемыми перед расточкой отверстий под подшипники.

Рассмотрим основные соотношения между параметрами некоррегирован-ной червячной передачи с архимедовым червяком.

Параметры червяка (рис. 2) [1, c. 228–232; 2, с. 199–202; 3, с. 208–210]:

где p – осевой шаг червяка;

делительный диаметр червяка

где q – коэффициент диаметра червяка; диаметр вершин червяка

где h_f1 = h_f1 m, h_f1 = 1,2 – коэффициент высоты ножки; угол подъема витков червяка

(5)

где z₁ – число заходов червяка.

Рис. 2. Схема червяка

Параметры червячного колеса (рис. 3):

делительный диаметр колеса:

где z₂ – число зубьев колеса;

диаметр вершин червячного колеса

диаметр впадин червячного колеса

наибольший диаметр червячного колеса

d_am2 ≤ d₂ + .(9)

Рис. 3. Схема червячного колеса

Параметры передачи (рис. 4):

Штангенциркуль, щуп, набор гаечных ключей, отвертка, молоток, краска.

5.4. Порядок выполнения работы

Производится разборка редуктора в следующем порядке:

– отвертываются винты 3 и снимаются крышки подшипников 13, 14 вместе с регулировочными прокладками 18, 19;

– развинчиваются гайки крепления крышки 10 и основания редуктора 8;

– вынимается вал 6 вместе с червячным колесом 15 и подшипниками, а затем червяк 5 с подшипниками 22, 24 (подшипники с валов не снимаются);

– производится окончательная доразборка корпусных деталей редуктора (снимается крышка смотрового люка, вынимается маслоуказатель и т. д.).

Производится ознакомление с конструкцией и назначением деталей редуктора и его сборочных единиц (корпусных деталей, валов, червяка, червячного колеса, подшипников и т. д.).

Изображается кинематическая схема редуктора (рис. 4).

Рис. 4. Кинематическая схема червячного редуктора

Производятся необходимые замеры и подсчеты для заполнения таблицы 1.

Сборка редуктора производится в следующем порядке:

– очищаются боковые поверхности витков червяка и червячного колеса;

– на витки червяка наносится слой краски;

– к корпусу прикрепляется крышка подшипника червяка и устанавливается на место червяк с подшипниками;

– привинчивается (без затяжки) к корпусу вторая крышка подшипника червяка и с помощью щупа измеряется зазор (δ) между крышкой и корпусом редуктора;

– подбирается набор прокладок с суммарной толщиной (δ + 0,1)мм, которые разделяются на две, примерно равные по толщине части, и помещаются между крышкой и корпусом;

– затягиваются винты крепления крышек;

– вал червяка после регулировки должен свободно поворачиваться от руки и не иметь осевого перемещения (осевой зазор проверяется индикатором); в противном случае, варьируя количеством прокладок, следует произвести повторную регулировку;

– устанавливается на место червячное колесо с подшипниками, а затем – крышка редуктора, которая скрепляется болтами с корпусом;

– производится регулировка подшипников колеса (в таком же порядке, как указано выше);

– определяется точность сборки червячной передачи: одним из ее условий является совпадение плоскости среднего сечения колеса и оси червяка. Вращается от руки червяк, и в смотровое окно наблюдается положение пятна контакта. Оно должно находится посередине зуба колеса. В случае его смещения перестановкой регулировочных прокладок (с одной стороны на другую) добиваются его симметричного расположения относительно плоскости среднего сечения колеса;

– производится окончательная сборка редуктора (закрепляется крышка смотрового отверстия, ставится маслоуказатель и т. д.);

– выполняются эскизы червяка и червячного колеса (рис. 2, 3) с проста-новкой основных размеров;

– собранный редуктор представляется на проверку преподавателю.

– для какой цели в червячной передаче стандартизированы параметры m, q, a_w;

– зачем требуется проверка зацепления по пятну контакта;

– почему производится контроль уровня масла в редукторе;

– как смазываются зацепление и подшипники;

– в каком случае рекомендуется расположение червяка под червячным колесом;

– почему из бронзы выполняется венец червячного колеса, а не червяк;

– каковы способы охлаждения червячных передач;

– достоинства и недостатки червячных передач по сравнению с зубчатыми.

6. Оформление отчета.

– Подготовить титульный лист (см. образец на стр. 4).

– Изобразить кинематическую схему редуктора (см. рис. 4)

Подготовить и заполнить табл. 1.

– Изобразить эскиз червяка и червячного колеса.

Дать заключение (см. пункт 5).

1. Назначение и устройство червячного редуктора.

2. Укажите достоинства и недостатки червячных передач по сравнению с обычными зубчатыми.

3. Из каких материалов изготавливают червяк и зубчатые венцы червячных колес? Какие факторы обуславливают выбор материала?

4. Какие различают червяки в зависимости от формы винтовой поверхности резьбы?

5. Перечислите основные параметры червяка, как они определяются?

6. Перечислите основные параметры червячного колеса, как оси определя-ются?

7. Какие параметры в червячной передаче стандартизованы?

8. Как определяется передаточное отношение и межосевое расстояние червячной передачи?

9. Как определяется КПД червячной передачи? Назовите основные факторы, влияющие на КПД.

10. Почему червячная передача работает с повышенным скольжением? Как скольжение влияет на работу передачи?

11. Какой вид разрушений зубьев является более распространенным для закрытия червячных передач?

12. В чем сущность теплового расчета червячных передач? Назовите способы охлаждения червячных передач.

1. Решетов, Д. Н. Детали машин : учеб. для студентов машиностроит. и механич. спец. вузов / Д. Н. Решетов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1989. – 496 с.

2. Иванов, М. Н. Детали машин : учеб. для студентов высш. техн. учеб. заведений / М. Н. Иванов. – 5-е изд., перераб. – М.: высш. шк., 1991. – 383 с.

3. Иосилевич, Г. Б. Детали машин : учеб. для студентов машиностроит. спец. вузов / Г. Б. Иосилевич. – М.: Машиностроение, 1988. – 368 с.

Принцип работы червячного редуктора.

Червячный редуктор относится к категории механических редукторов. Такое название данный класс редукторов получил благодаря типу механической передачи, называемой червячной. Она находится внутри редуктора и отвечает за передачу и преобразование крутящего момента. Основу червячной передачи составляет винт, который по своей форме напоминает червяка.

В червячном редукторе энергия низкого крутящего момента на входном валу и высокой угловой скорости преобразуется, за счёт чего увеличивается крутящий момент и уменьшается угловая скорость выходного вала. Двигатель, который имеет встроенный червячный редуктор, так и называется червячный мотор-редуктор.

Чаще всего можно увидеть одноступенчатые червячные редукторы. Если требуются большие передаточные числа, то применяются двухступенчатые и комбинированные редукторы (с цилиндрической ступенью). Комбинированные могут быть червячно-зубчатыми или зубчато-червячными. «Червяк» в одноступенчатом червячном редукторе может располагаться над колесом, под колесом, горизонтально или вертикально сбоку колеса. Схема червячного редуктора тесно связана с компоновкой, которую требует заказчик. Если скорость меньше 5 м/с, то «червяк» располагается снизу, при скорости больше 5 м/с – сверху. Если червяк находится по бокам, то смазка подшипников в вертикальных валах осуществляется несколько затруднительно.

Чтобы повысить сопротивление заеданию в червячном редукторе используются вязкие масла. По своей консистенции они более насыщенные по сравнению с маслами для зубчатых редукторов. Если скорость скольжение 10 м/с и ниже, то червяк или колёса достаточно окунуть в масляную ванну, так осуществляется смазка червячных передач. Если червяк расположен снизу, то масло должно находиться на уровне центра ролика подшипника качения или нижнего шарика. При этом червяк погружается в масло по высоте витка. В случае, когда уровень масла установлен по подшипникам и не доходит до червяка, то на вал могут быть установлены специальные кольца или крыльчатки, осуществляющие разбрызгивание и подачу масла на колесо и червяк. При скорости червячных редукторов больше 10 м/с грамотно использовать циркулярно-принудительную смазку. В этом случае масло с насоса через холодильник и фильтр попадает в зону зацепления.

Обязательным элементом червячного редуктора является червячная передача. Её конструкция представлена винтом, который и называется червяком, червячным колесом – разновидностью косозубого колеса. Червячная передача относится к классу зубчато-винтовых, так как если углы наклона зубьев в зубчато-винтовой передаче позволят охватить шестерню вокруг, то зубья становятся витками резьбы, а шестерня – червяком. Значит, и передача является червячной.

Ведущим звеном в червячной передаче, как правило, является червяк. Ведомым звеном – червячное колесо. Обратная передача в таком редукторе чаще всего невозможна, так как совокупность КПД червячного редуктора и передаточное отношение приводят к самостопорению устройства.

В сравнении с винтовой зубчатой передачей червячная имеет ощутимое преимущество: звенья начинают контактировать не в точке, а по линии. Чаще всего угол между червячным колесом и валами составляет 90°, однако может быть и другое значение. Вогнутая форма червячного колеса способствует лучшему облеганию винта, а значит, увеличивается площадь контактных поверхностей. Угол подъёма и направление зубьев колеса соответствуют параметрам витков резьбы винта. Резьба по своему типу может быть левой или правой, много- или однозаходной. Чаще можно увидеть использование правой резьбы, где число заходов 1-4.

Червячные передачи могут быть двух видов – цилиндрические или глобоидные. Передаточное число у червячного редуктора может быть больше чем у обыкновенной зубчатой передачи. Если же червячный редуктор, купить который Вы решили именно на основании этого показателя, имеет с зубчатой передачей одно и то же передаточное число, то в любом случае устройство первого типа будет существенно компактнее. К другим достоинствам данного редуктора относятся бесшумность во время работы, плавность, возможность осуществлять большое передаточное число на 1 ступени передачи. Именно поэтому применение этих устройств так популярно на машинах, станках, подъёмно-транспортных системах. В среднем показатель передаточного числа может достигать 8…90. Однако сегодня передаточное число может доходить и до 1000 на специальных установках, которые также носят название червячный редуктор. Купить их можно у производителей и поставщиков, работающие с узкоспециальной техникой.

Однако червячные передачи имеют и некоторые недостатки. Один из них – это низкий КПД редуктора. Это связано с тем, что червячная передача теряет большое количество мощности. Кроме того, витки резьбы в винте и зубья колеса могут заедать, поэтому для венцов применяются дорогие антифрикционные материалы. Именно по этим причинам червячный редуктор всё-таки проигрывает по популярности зубчатому. С его помощью можно передавать небольшие и средние мощности – до 50 кВт или до 200 кВт.

В то же время, мотор-редукторы, имеющие червячную передачу, плавно и бесшумно работают. Они в любомм случае будут более компактными, и это не зависит от других показателей, например, передаточного числа. Одна из важных особенностей червячного мотор-редуктора – это возможность самоторможение.

Выходной вал в червячном мотор-редукторе располагается под углом в 900. Это также очень удобно, так как порой бывает сложно разместить мотор-редуктор полностью, если вал располагается соосно.

Червячный редуктор – это сложный механизм, однако порой он просто незаменим на промышленных объектах. Поэтому важно тщательно подбирать модель, характеристики, в этом случае оборудование будет работать долго и безотказно. .

Кто в масле катается

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.

Червячный редуктор, что это такое?

Среди большого количества модификаций, червячный редуктор выделяется особым способом преобразования высокой скорости вращения в более низкую и пропорциональным увеличением крутящего момента на выходе.
Малые габариты, удобная компоновка, оригинальное свойство самоторможения и отличные эксплуатационные характеристики способствуют его широкому применению.

Особенности червячной передачи

Основной принцип передачи усилия в механизме является сцепление элементов: червеобразного винта (червяка) и зубчатого колеса.

• Червяк – это винт с нарезанной на нём трапецеидальной резьбой.
• Колесо – косозубое, на венце которого расположены зубья специального профиля: прямые, вогнутые, роликовые.

Взаимодействие происходит таким образом: червяк (ведущий элемент) получает от мотора определенную скорость. Сцепляясь с зубьями колеса (ведомый элемент), автоматически преобразует энергию вращения в крутящуюся энергию колеса, и далее от выходного вала к исполнительному органу.
Причем каждый оборот червячного винта поворачивает колесо на число зубьев, равное количеству его витков – этот параметр называется передаточным числом и обозначается латинской буквой — i.

Особенности червячной передачи:

• скрещивающиеся перпендикулярно валы вращения;
• самотормозящая система – вращение обратно от колеса к червяку невозможно из-за трения;
• положение прочно фиксируется;
• начало контакта элементов происходит не в одной точке, а по всей линии.

В результате повышается надежность механизма, уменьшаются размеры всей системы, снижается расход энергии.

Как устроен червячный редуктор

Пара «червячный винт и колесо», расположенная в герметичном чугунном или алюминиевом корпусе, заполненном специальным, обязательно вязким, маслом (иногда встраивается система охлаждения), называется червячным редуктором. Принцип работы механизма заключается в передаче высокой скорости входного вала червяка от двигателя на более крупное по диаметру колесо увеличенного крутящего момента. При этом снижается скорость вращения выходного вала.

Справка. Конструкция, в которой входной вал непосредственно соединен с источником энергии, называется мотор – редуктором.

Основные различия моделей редукторов зависят от:

• количества заходов червяка – однозаходные, многозаходные;
• направления резьбы – правые, левые;
• профиля резьбы – цилиндрические, глобоидные;
• материалов корпуса и деталей.

Для хорошей смазки рекомендуется устанавливать редуктор с нижним расположением червяка. При заказе нужно учитывать монтажное положение, так как от этого зависит расположение сапуна и количество заливаемого масла. Также нужно учитывать, что при работе редуктора, механические элементы нагреваются, а это увеличивает гидродинамическое сопротивление из-за чего излишки масла может выдавить через сальники. Поэтому нужно обязательно соблюдать уровень масла, и не заливать больше чем требуется.

Конструкционные схемы червячных редукторов

Технические характеристики в силу своей конструкции отличаются от цилиндрических, конических и планетарных редукторов.

Особенности червячных редукторов:

Эффект самоторможения – движение стопорится за счет действия сил трения, колесо не способно прокручивать червяк. Это свойство особенно полезно для механизмов, используемых для поднятия и перемещения грузов. При отключении питания приводного двигателя не будет происходить обратное вращение барабана лебедки или опускание ковшей элеватора.

Большие передаточные числа — от 8 до 100. Для особых конкретных целей конструируются механизмы с числом до 1000.
Увеличивают передаточное число индивидуальные каналы резьбы на червяке – одно-, двух- или четырехзаходные.
Увеличение передаточного числа достигается применением нескольких ступеней. В зависимости от количества червячных пар, объединенных в одном корпусе, выпускаются модели в одноступенчатом и двухступенчатом исполнении.

Нагрузка на зубчатое колесо привела к необходимости изготавливать его из сплава бронзы или композитным. Например, сердечник может быть изготовлен из твердой стали или чугуна, венец с зубьями — из антифрикционного материала с пониженным коэффициентом трения, например бронзы.
Перекрестное расположение входного и выходного валов (в основном – 90 градусов). За счет чего конструкция компактна и имеет сравнительно небольшую массу.
Разнообразные компоновочные схемы: червячный вал может располагаться над колесом, под колесом, горизонтально или вертикально сбоку.
Детали механизма более требовательны к смазке, чем другие системы зубчатых передач. Соответственно, отличается плавностью хода и бесшумностью при работе.
В зависимости от профиля винта и зубьев на венце колеса червячная пара может быть цилиндрической или глобоидной.
Расстояние между осями вращения колеса и тихоходного вала является одной из главных характеристик редуктора, определяющей его габарит.

Основные недостатки:

• низкий показатель КПД;
• небольшой рабочий ресурс;
• повышенный нагрев из трения, требуется принудительный обдув;
• червячные редукторы нельзя применять на высокооборотных электродвигателях, большинство моделей имеют ограничение до 1500 об/мин.

В червячных редукторах зубчатая пара работает по принципу трение скольжения, поэтому передаточное отношение зависит от диаметра зубчатого колеса и количества зубьев на нем. Зубчатая передача червячного редуктора имеет низкий показатель КПД, поэтому подвержена нагреву при оборотах электродвигателя выше 1500 об/мин. В наших каталогах имеются таблицы с техническими характеристиками, где мы рекомендуем устанавливать четырех полюсные электродвигатели на 1400 об/мин.

Климатическое исполнение

КИ — важная характеристика, определяющая условия эксплуатации редукторов. Для разного климата требуется определенный тип смазки.

Варианты исполнения

Российский ГОСТ 15150-69 устанавливает следующие обозначения:

• У — использование в умеренном климате;
• Х — для работ на холоде;
• Т — для применения в тропиках;
• В — универсальные, возможно использование в любых широтах.

После буквенного обозначения идет цифровое, указывающее место размещения – КР. Всего имеется пять вариантов:

• на открытых территориях;
• на крытых площадях;
• в закрытых помещениях с естественной циркуляцией воздуха (самый популярный);
• в цехах с определенной температурой и влажностью воздуха (пищевая и фармацевтическая сфера);
• эксплуатации при отсутствии вентиляции (в шахтах).

Информация находится в паспорте редуктора и в табличке на корпусе.

Какие редукторы наиболее востребованы в России

В нашей стране популярны отечественные червячные редукторы серии Ч и 2Ч. Они надежны, неприхотливы в работе, приспособлены к российским климатическим условиям. Стоимость значительно ниже импортных аналогов.

Исполнение в чугуном корпусе

Исполнение в алюминиевом корпусе

Области применения

Червячный редуктор встречается практически в составе любого технически сложного агрегата:

• в транспортерах – лифты, элеваторы, конвейеры, эскалаторы, электроприводы ворот;
• в строительстве: мешалки, подъемники, ручные лебедки, насосы;
• в техническом производстве: металлорежущие станки и многое другое;
• рулевое управление автомобиля смонтировано на червячной передаче глобоидного типа (червяк специфической вогнутой формы с радиусом изгиба, совпадающим с радиусом изгиба колеса).

Пример условного обозначение редуктора Ч -160 при заказе: Ч-160-31.5-53-У3-В, где:

• Ч — червячный одноступенчатый редуктор;
• 160 — межосевое расстояние, мм;
• 31,5 — передаточное отношение;
• 53 — вариант сборки (расположение выходного вала);
• У3 — климатическое исполнение и категория размещения;
• В — встроенный вентилятор охлаждения.

Внимание! Новый редуктор до запуска в работу под нагрузкой, необходимо предварительно покатать на холостом ходу или с низкой нагрузкой 15-20 часов. Трущиеся поверхности должны приработаться.

Червячные редукторы получили огромную популярность в России и других странах. Они отличаются простотой эксплуатации и механическими преимуществами перед другими приводами. Хотя эффективность червячных редукторов относительно низкая, они могут обеспечивать очень высокие передаточные числа и во многих случаях являются самотормозящими. Небольшие типоразмеры редукторов изготовлены из алюминия и имеют компактные размеры и небольшой вес. Для удобства монтажа имеются модификации с выходным фланцем и цилиндрическим валом.