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;
- крышка корпуса;
- пары в зацеплении;
- валы;
- подшипники;
- уплотнительные кольца;
- крышки.
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:
- цилиндрическое – Ц;
- червячное – Ч;
- коническое – К;
- глобоидное – Г;
- волновые – В;
- планетарное – П.
Комбинированные модели обозначаются несколькими буквами, начиная с первой пары:
- цилиндрически-червячные – ЦЧ;
- червячно-цилиндрические – ЧЦ;
- конически-цилиндрические – КЦ.
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;
- передаточное отношение;
- значение крутящего момента редуктора;
- расположение;
- количество ступеней;
- крутящий момент.
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:
U = Z2/Z1;
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:
U = D2/D1;
Где D2 и D1 диаметры колеса и шестерни соответственно.
Расчет общего передаточного момента определяется как произведение передаточных чисел всех пар:
Uр = U1 × U2 × … × Un;
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;
W1 и W2 – угловые скорости;
n1 и n2 – частота вращения.
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:
- типу зубчатого зацепления;
- количеству передач;
- способу монтажа;
- пространственное положение осей и зубчатых соединений.
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:
- цилиндрические;
- конические;
- червячные;
- планетарные;
- комбинированные;
- волновые.
Horsepower.0026
63000
T = крутящий момент, дюйм (фунт-дюйм)
Н = базовая скорость (об/мин)
—————————————————————————————
HP = | ТН 5250 |
Где: |
T = крутящий момент в (фунт-фут) N = базовая скорость (об/мин) |
РАСЧЕТ Л. С.
33000
T = натяжение полотна (фунты)
В = линейная скорость (фут/мин)
Б/У = коэффициент накопления =
диаметр сердцевины
Расчет крутящего момента. крутящий момент во время ускорения для компенсации инерции нагрузки. Ускоряющий крутящий момент должен быть добавлен к нормальным требованиям к крутящему моменту машины.
Т = | WK 2 x ΔN 380 т |
Где: |
T = крутящий момент ускорения (фунт-фут) ΔN = изменение скорости (об/мин) t = время разгона (в секундах) WK² = общая инерция системы (фунт-фут 2 ) |
ИНЕРЦИЯ:
Инерция — это мера сопротивления тела изменениям скорости. The factor WK 2 (inertia) is the weight of a rotating object multiplied by the square of the radius of gyration K.
FOR A SOLID CYLINDER
T = | ρ x Д x Г 4 1467 |
Где: |
WK 2 = инерция (фунт-фут 2 ) ρ = плотность (фунт-дюйм³) L = длина (дюймы) D = диаметр (дюймы) |
——————————————————————————————
ДЛЯ ДАННОГО ВЕСА
Вт² = | Ш x Г 2 8 |
Где: |
WK 2 = инерция (фунт-фут 2 ) Вт = вес (фунты) D = диаметр (футы) |
——————————————————————
ДЛЯ ПОЛОГО ЦИЛИНДРА 9020
WK 2 или WR 2 = | Ш x (R2 2 – R1 2 ) 2 |
Где: |
WK 2 = инерция (фунт-фут 2 ) Вт = вес (фунты) R2 = внешний радиус (футы) R1 = внутренний радиус (футы) |
ЗНАЧЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ДЛЯ ОБЫЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ |
|
МАТЕРИАЛ | ПЛОТНОСТЬ фунт/дюйм 3 ( p ) |
Алюминий |
0,0924 |
Бронза |
0,3200 |
Чугун |
0,2600 |
Нейлон |
0,0510 |
Бумага |
от 0,0250 до 0,0420 |
Сталь |
0,2820 |
Резина |
0,0341 |
РЕДУКТОРЫ:
ВЫХОДНАЯ СКОРОСТЬ (ОБ/МИН)
7 5 ВХОДНАЯ СКОРОСТЬ (ОБ/МИН) |
ПЕРЕДАЧА |
————————————————————————————–
КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ НА ВЫХОДЕ (ФУНТ-ФУТ) = МОМЕНТ НА ВХОДЕ (ФУТ-ФУТЫ) x КПД x ПЕРЕДАЧА
———————————————————————————–
ИНЕРЦИЯ, ОТРАЖАЕМАЯ НА ВАЛ ДВИГАТЕЛЯ = | ОБЩАЯ ИНЕРЦИОННАЯ НАГРУЗКА (ПЕРЕДАТЧИК) 2 |
Предыдущий раздел «Сетевые дроссели и изолирующие трансформаторы привода» • Вернуться к оглавлению • Далее «Переходные процессы и электрические помехи в приводах»
Перейти к линейке продуктов • Перейти к приводам постоянного тока и принадлежностям • Перейти к компонентам системного интерфейса
Указатель руководства по применению систем управления
Поиск подходящей комбинации мотор-редуктора для оптимизации производительности

Как правило, выгодно использовать редуктор с двигателем, когда скорость системы низкая, а крутящий момент высокий. Низкие скорости определяются как все, что ниже 100 об / мин (около 10,5 рад / с), а высокие крутящие моменты определяются как более 100 унций на дюйм (около 0,706 ньютон-метра).
Выбор двигателя
Имея на выбор множество двигателей, каждый из которых предлагает различные возможности и характеристики, важно определить, какой из них лучше всего соответствует требованиям вашего приложения. Некоторые двигатели, которые следует учитывать, включают щеточные и бесщеточные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами, шаговые двигатели, асинхронные двигатели переменного тока и синхронные двигатели переменного тока.
Бесщеточные двигатели Двигатели постоянного тока |
Выбор редуктора
Как и моторы, выбор редуктора также требует тщательного рассмотрения. При выборе различных редукторов, включая цилиндрические, планетарные и прямоугольные, при принятии решения подумайте над следующими вопросами:
|
Расчет крутящего момента и скорости: пример
После рассмотрения вышеизложенного и выбора подходящего двигателя и редуктора для применения пришло время приступить к расчетам. Первым шагом является определение необходимой выходной мощности. Для этого умножьте крутящий момент на скорость. В этом примере крутящий момент выражается в унциях на дюйм, а скорость — в об/мин. Для этих устройств используйте коэффициент умножения 7,4 x 10-4, чтобы получить соответствующую выходную мощность в ваттах. Чтобы удовлетворить критериям низкой скорости/высокого крутящего момента, изложенным ранее (менее 100 об/мин и крутящему моменту более 100 унций-дюйм [0,706 Нм]), давайте используем 40 об/мин при крутящем моменте 1400 унций-дюйм. С этими числами выходная мощность, необходимая устройству, рассчитывается следующим образом:
Выходная мощность = 40 x 1400 x 7,4 x 10-4 = 41,44 Вт
Затем определите номинальную мощность двигателя, умножив вышеуказанную выходную мощность на 150 %, что является хорошей отправной точкой при попытке учесть редуктор. трение и эффективность работы в расчете.
Номинальная мощность двигателя = 41,44 x 1,5 = 62,16 Вт
Теперь пришло время рассмотреть и выбрать конкретные компоненты для этого примера применения. На основании критериев, описанных в разделе «Выбор двигателя», для приложения в этом примере был выбран щеточный двигатель PMDC. В этом примере также используются решения AMETEK Pittman, поскольку на выбор предлагаются как щеточные, так и бесщеточные двигатели, а также цилиндрические и планетарные редукторы.
Рис. 1: Щёточный серводвигатель постоянного тока Лист технических данных, номер детали DC054B-4 Наименьшим предлагаемым блоком является DC054B-4 (14204), рассчитанный на непрерывную выходную мощность 62 Вт, как показано выше. |
Рисунок 2: Чтобы выбрать редуктор, найдите в списке все те, которые имеют постоянный номинальный крутящий момент не менее 1400 унций-дюйм. Одной из таких коробок передач является планетарная серия G40A, показанная выше. |
Теперь, когда двигатель и редуктор выбраны, пришло время проверить, обеспечивают ли эти компоненты желаемый крутящий момент и скорость. Во-первых, найдите номинальную скорость выбранного двигателя на рисунке 1, указанную на уровне 3200 об/мин. Чтобы найти требуемое передаточное число, разделите скорость двигателя 3200 об/мин на требуемую выходную скорость 40 об/мин.
Отношение = 3200 / 40 = 80:1
Ближайшее отношение к этому на рисунке 2 составляет 75,1:1, что находится в пределах 95% от желаемого значения и должно работать для начальной попытки.
Чтобы рассчитать крутящий момент, создаваемый этой комбинацией двигатель-редуктор, умножьте постоянный крутящий момент двигателя, см. рис. 1, на передаточное отношение и эффективность редуктора, см. рис. 2, следующим образом:
Крутящий момент = 26 x 75,1 x 0,73 = 1425 унций-дюйм
Расчетный крутящий момент соответствует заявленному значению 1400 унций-дюйм и очень близок к полному номинальному крутящему моменту двигателя, что означает, что соответствующая скорость двигателя будет 3200 об/мин. Чтобы получить окончательную выходную скорость редуктора, выполните следующий расчет:
Скорость = 3200 / 75,1 = 42,6 об/мин
На основании этих расчетов выбранная комбинация мотор-редуктор обеспечит требуемый крутящий момент и скорость для приложения.
В заключение
Важно помнить, что эти расчетные значения являются приблизительными, и, возможно, потребуется принять во внимание изменения параметров двигателя. Тем не менее, должны применяться те же основные концепции и расчеты.
Кроме того, обратите внимание, что в этом примере предполагается постоянно работающее приложение (рабочий цикл 100 %). Если рабочий цикл меньше 100 %, то двигатель меньшего размера также может удовлетворить потребности приложения. Например, если фактическое использование обеспечивает скорость и крутящий момент только в течение 25 % времени, возможно, в течение одной секунды и выключенного в течение трех секунд, то новый среднеквадратичный крутящий момент (непрерывный крутящий момент) можно рассчитать следующим образом:
Среднеквадратический крутящий момент = (14002 / 4)½ = 700 унций-дюйм
Отражение этого крутящего момента через редуктор 75,1:1 дает крутящий момент двигателя:
Момент двигателя = 700 / 75,1 / 0,73 = 12,77 унций in
Это примерно половина номинального крутящего момента двигателя, необходимого для приложений со 100% рабочим циклом (см.