Назначение и применение редукторов в современном мире

Термин «редуктор» происходит от лат. reducere «уменьшать». Механический редуктор служит для уменьшения скорости вращения механизма, что приводит к увеличению его крутящего момента. На входном валу мы можем наблюдать большую частоту вращения + относительно малый крутящий момент, а на выходном заметим сниженную частоту вращения + возросший крутящий момент. Существует редкий подтип редуктора – мультипликатор, который служит обратным целям. В этой статье мы не будем рассматривать данную разновидность. Современный редуктор представляет собой слаженную систему составных частей, которые должны обладать высокой износостойкостью и устойчивостью к самым тяжелым условиям работы. 

Немного истории

Каноническим видом механического редуктора является зубчатая передача, где ведущая шестерня меньшего размера, а ведомая – большего. Обратившись к мировой истории, мы увидим: зубчатые передачи имеют многовековой бэкграунд.

Известно, что уже в античности использовались механизмы с зубчатыми передачами, приводимые в действие силой человека или животного. В книге Герона Александрийского «Механика» автор подробно описывает простые механизмы (ворот, рычаг, блок, клин, винт), зубчатые передачи и другие более сложные устройства. «Механика» Герона являлась своеобразной энциклопедией античной техники, откуда мы можем черпать информацию об уровне технического развития древней цивилизации.

Прообразы современных редукторов получили свое развитие во время эпохи Возрождения. С появлением паровой машины возникла необходимость в передаче еще больших мощностей – потребовалось конструировать металлические механизмы. Это стало очередной ступенью развития систем зубчатых передач. 

Применение в современном мире

Существует бесчисленное множество механизмов, где которых используются редукторы различного типа и размера, в зависимости от назначения и особенностей. Современные редукторы можно классифицировать соответственно разным критериям. Основное деление происходит в зависимости от типа зубчатой передачи. Согласно ему редукторы можно распределить на цилиндрические, конические, червячные, гипоидные, циклоидальные и планетарные. Зубчатые передачи могут быть с параллельными осями валов и пересекающимися, с наружным зацеплением зубьев и внутренним, по числу ступеней – одноступенчатые и многоступенчатые. Здесь мы разделим редукторы по принципу их работы, расскажем о применении каждого из типов. 

Цилиндрические редукторы

Цилиндрические зубчатые передачи наиболее распространены в современности и отличаются высоким уровнем надежности и долговечности. Часто используются в моделях, применение которых сопровождается повышенными нагрузками и необходимостью сохранения высокого КПД передачи энергии. Цилиндрические редукторы получили широкое распространение, что обуславливается его достоинствами: высоким КПД, спокойным переносом высоких скоростей вращения, хорошей масштабируемостью. Благодаря последнему качеству можно получить как одноступенчатый, так и двух, трех-, четырех- и пятиступенчатый механизм обычным добавлением ступеней. Они активно применяются в машиностроении: в приводах различных мешалок, автоматических конвейеров и конвейерных лент, ленточных ковшей, больших крановых конструкций – благодаря переносу высокого крутящего момента, и пр.

Устройства данного типа имеют широкое распространение в автомобильной трансмиссии. Так, автомобильная коробка передач зачастую является цилиндрическим редуктором.

Бортовые редукторы мостов увеличивают крутящее усилие на колесах, приводят к возрастанию проходимости путем уменьшения количества выступающих частей на днище автомобиля. Данные механизмы применяются в гусеничной технике, приводах поворотных платформ автомобильных кранов. В сельхоз отрасли они участвуют в приводе, подъеме и повороте различных навесных устройств и узлов (привод жатки, привод поднятия-опускания бороны, привод тюковальной машины, практически все механизмы комбайна).

Конические редукторы

Не всегда имеется возможность передавать мощность соосно или параллельно приводу, тогда необходимо развернуть поток на 90°, также такая необходимость возникает из компоновочных соображений, ради компактности или геометрических параметров. Во всех этих случаях применяется коническая передача – зубчатый механизм, где приводной и ведомый валы пересекаются и расположены под некоторым углом, в основном 90°. Наиболее ранний пример – ветряные и водные мельницы, где было необходимо повернуть вертикально горизонтальное вращение винта и водяного колеса. Сейчас конические передачи не менее распространены. Самый частый случай – привод дифференциала заднего моста автомобиля, когда необходимо развернуть поток мощности от продольного с карданного вала к поперечному на полуоси колес. «Конички» используются в промышленности для более удобного расположения электродвигателя относительно редуктора, в этом случае можно электродвигатель интегрировать в состав редуктора, даже объединить их системы охлаждения и получить более компактный механизм.

Червячные редукторы

На сегодняшний день широкое распространение получили червячные передачи: винт и сопряженное с ним червячное колесо. Эти передачи могут быть с цилиндрическим или с глобоидным червяком. Цилиндрический червяк может иметь в торцевом сечении эвольвентный профиль или профиль по спирали Архимеда. По количеству витков делятся на одновитковые и многовитковые. Червячный редуктор применяется в ручных и малых электроприводных подъемных механизмах.

Червячная передача обладает эффектом самоторможения. Благодаря этой особенности можно упростить конструкцию, обойдясь без храповых механизмов, тормозов, сцеплений и пр. Второй особенностью «червячки» является относительно большое передаточное число при малом количестве ступеней. Поэтому она нередко используется в различных выжималках, прессах и других подобных механизмах, где необходимо создать большое усилие при максимальной простоте. Это могут быть зиговочные машины, выжимные валки старых стиральных машин, различные шнековые механизмы, механизмы с архимедовым винтом для подачи/подъема различных жидких или сыпучих веществ. Сейчас, когда многие гонятся за компактностью, простотой, дешевизной и надежностью, червячные редукторы прочно занимают свои позиции. Они используются в новейшей технике, например, в телескопических объективы цифровых камер, прячущихся выдвижных камерах некоторых смартфонов, различных механизмах регулировки точных приборов. Они служат нашему комфорту, применяясь в таких элементах автомобиля, как механизм стеклоподъемников, механизмы открывания/закрытия механических сдвижных дверей, механизмы подачи телескопических антенн, в электромеханических регулировках сидений (их положения, а также угла наклона).