Конструкция и области применения цилиндрических горизонтальных редукторов

Недавно был разработан инновационный механизм, который называется цилиндрическим горизонтальным редуктором. Следует отметить, что на его создание человечество потратила довольно много времени — с тех пор, как были изобретены первое и второе колесо, и возникла потребность в типе взаимодействия их друг с другом.

На самом деле, этот механизм предназначен для передачи крутящего момента с одной скорости на другую, включая двигатели внутреннего сгорания. Поэтому каждому автолюбителю будет полезно разобраться в том, что собой представляет цилиндрический горизонтальный редуктор и каким образом он функционирует.

Классификация цилиндрических редукторов

Слово «редуктор» происходит от латинского reductor, что означает «отводящий/приводящий назад». Учитывая это, уже сейчас можно понять основное назначение данного устройства.

Цилиндрический горизонтальный редуктор — это механизм, который преобразует крутящий момент и мощность двигателя. Он устанавливается практически на все автомобили и является важной частью трансмиссии, регулируя движение в высокоточном оборудовании. Как он выглядит? Это конструкция, состоящая из одного или нескольких зубчатых зацеплений, которые взаимодействуют друг с другом, чтобы снизить скорость вращения мотора до необходимого уровня для рабочего узла.

Цилиндрические горизонтальные редукторы делятся на различные виды в зависимости от количества ступеней, типа зубьев и резьбы. Далее мы рассмотрим каждую из этих классификаций более подробно.

По типу зубьев колес цилиндрические горизонтальные редукторы можно разделить на:

• редукторы с прямозубыми колесами;
• редукторы с косозубыми колесами;
• редукторы с криволинейными зубьями;
• редукторы с шевронными зубьями.

Создание прямозубых колес является самым простым, но они имеют высокий уровень шума по сравнению с косозубыми и шевронными. К тому же, срок службы таких редукторов незначителен из-за постоянных ударов, возникающих при взаимодействии зубьев, что приводит к быстрому износу деталей из-за сильной вибрации.

Конструкция косозубого редуктора более сложная, но его эксплуатационные характеристики лучше: шум на минимальном уровне, небольшой износ и плавный ход. Однако, его недостаток заключается в том, что он создает осевую силу, которую необходимо как-то компенсировать.

Следующим шагом стало создание криволинейного редуктора, который является улучшенной версией косозубого колеса. Его эксплуатационные качества наивысшие, хотя производственный процесс более сложный и требует специального оборудования.

Для устранения недостатка косозубых колес — осевой силы, часто устанавливают на вал второе аналогичное колесо с зубьями, наклоненными в обратную сторону. Так, осевые силы уравновешиваются двумя половинами колеса, что приводит к появлению шевронного механизма. Использование такого редуктора на автомобиле обеспечивает максимально плавный ход. Основная характеристика шевронных зубьев — это более широкий угол наклона по сравнению с косозубыми редукторами.

Валы редуктора могут находиться в различных относительных положениях:

• оси валов параллельны;
• оси валов пересекаются.

В большинстве редукторов валы располагаются параллельно.

Что касается ступеней редуктора, они бывают:

• одноступенчатые цилиндрические горизонтальные редукторы;
• двухступенчатые;
• трехступенчатые;
• многоступенчатые.

Как же выбрать необходимое количество ступеней? Это определяется передаточным числом, которое должно быть обеспечено редуктором. В зависимости от компоновки ступеней, местоположение входного и выходного валов может быть различным. Для большей наглядности ниже приведено изображение трехступенчатого цилиндрического горизонтального редуктора.

Цилиндрическая передача делится на:

• развернутую;
• раздвоенную;
• соосную.

Развернутая цилиндрическая передача наиболее распространена благодаря универсальности ее деталей. Например, шестерни и зубчатые колеса могут быть использованы в разных редукторах. Это позволяет производителю значительно снизить затраты на их производство.

Раздвоенная передача подходит как для тихоходной, так и для быстроходной ступени. Оптимальным считается именно быстроходная ступень, что позволяет создать промежуточный вал в форме «ваш-шестерни» и плавающий быстроходный вал. Такой механизм «разносится» благодаря применению косозубых передач, в результате чего получается шевронный редуктор.

Если цилиндрическая передача является соосной, это означает, что входной и выходной валы расположены вдоль одной оси. Их размеры и масса аналогичны по сравнению с редукторами с развернутой схемой. В таком случае быстроходная ступень не перегружена, а тихоходная наоборот, может быть перегружена.

Принцип работы цилиндрического горизонтального редуктора

В самом простом варианте, где цилиндрическая передача является одноступенчатой, в работу вступают только шестерня и зубчатое колесо. Шестерня соединяется с ведущим валом, который фиксируется к приводу при помощи муфты. В результате, ротор электродвигателя передает свое вращение сперва на ведущий вал, а затем с помощью зубчатой передачи на колесо. Это колесо фиксируется на ведомом валу с помощью шпонки или запорного кольца. Благодаря вращению колеса начинает движение и ведомый вал, к которому подключается всё необходимое оборудование.

Почему данное устройство называется цилиндрическим и горизонтальным редуктором? Причина в том, что оси ведущего и ведомых валов располагаются в одной горизонтальной плоскости. Иногда валы могут находиться в параллельных горизонтальных позициях. В этом случае, они крепятся в корпусе с помощью подшипниковых узлов (с обеих сторон: от шестерни и от колеса). Благодаря такой конструкции механизм обеспечивает плавный ход.

Для снижения трения между зубьями, на дне корпуса должен находиться достаточный слой смазочного материала. Это смазка будет переноситься колесом во время вращения, пополняя передачу. Качество смазочного материала крайне важно для долговечности всего механизма.

Ключевые параметры цилиндрического горизонтального редуктора — это модуль и передаточное число. Они определяют, насколько результативно будет функционировать механизм, снижая частоту вращения и повышая передаваемую силу.

Горизонтальные цилиндрические редукторы применяются практически во всех сферах. Эти механизмы находят свое применение в промышленности, при производстве автомобилей, военной техники, а также в различных бытовых и кухонных электроприборах, бензопилах и других инструментах. Их использование оправдано, когда требуется передача вращения с максимальным коэффициентом полезного действия.

Плюсы и минусы цилиндрического горизонтального редуктора

Сильные и слабые стороны данного механизма зависят от специфики зубчатого зацепления и других конструктивных особенностей. Рассмотрим преимущества горизонтальных цилиндрических редукторов:

1. Высокий коэффициент полезного действия, который варьируется от 95 до 98%. Однако, этот показатель снижается с увеличением количества ступеней. Минимальное трение в процессе работы приводит к незначительным потерям энергии.
2. Способность выдерживать высокие нагрузки. При правильном выборе размеров цилиндрического горизонтального редуктора, он сможет пропускать и передавать значительную мощность без заеданий благодаря своей конструкции. В большинстве механических систем потери не учитываются, однако это значение имеет важное значение для быстродействующих и крупных устройств.
3. Минимальный люфт вала на выходе, что обеспечивает высокую кинематическую точность механизма.
4. Низкий уровень тепловыделения, поскольку отсутствуют значительные потери энергии. Большая часть мощности передается от привода к потребителю, в результате чего система функционирует в оптимальном температурном режиме, без необходимости охлаждения для большинства передач.
5. Высокая надежность узла даже при активной эксплуатации. Поэтому горизонтальные цилиндрические редукторы используются в областях, где оборудование подвергается сильным импульсным нагрузкам, например, в дробильных машинах и шредерах. Ключевым преимуществом является минимальное трение, что приводит к низкому уровню износа механизмов, что, в свою очередь, продлевает срок службы валов, передач и подшипников.
6. Возможность выбора цилиндрического горизонтального редуктора с необходимым передаточным числом.

Несмотря на все положительные аспекты, у этого механизма также имеются некоторые недостатки:

• При использовании одноступенчатой схемы передаточное число оказывается низким. Наименьшее количество зубьев на колесе предполагает большие размеры устройства, если требуется максимальное передаточное число, например, до 1:12,5.
• Цилиндрический горизонтальный редуктор может работать на достаточно высоких уровнях шума из-за последовательного контакта пар зубьев. Прямые зубья имеют простую конструкцию, и контакт происходит по всей длине зуба. Это увеличивает мощность передачи, но снижает срок службы устройства, делая его более шумным. В случае косозубого зацепления, каждое последующее звено захватывается постепенно, что уменьшает вибрацию и удары. Это приводит к снижению усилия, необходимого для вращения вала.

• Нет самоторможения. В ряде случаев нет необходимости, чтобы внешняя нагрузка поворачивала выходной вал. Это может быть как плюсом, так и минусом в зависимости от контекста.
• Увеличенная жесткость зубчатых колес, что делает невозможным компенсацию динамических нагрузок.

Следует упомянуть, что главный недостаток зубчатых передач заключается в отсутствии предохранительного механизма. В случае перегрузки или резкого включения может произойти проскальзывание ремня на шкиве, что приведет к повреждению зуба, и заменить его будет неизбежно. Шпонки используются в качестве предохранителей и подвержены срезанию при недостаточной прочности. Замена детали, которая была срезана муфтой, значительно проще.

Для оформления необходимых компонентов придется потратить значительную сумму, что также является немаловажным недостатком данной системы. Изготовление деталей требует значительных усилий и времени. Изменить межосевое расстояние, как в реечных и червячных передачах, в этом случае невозможно. Поэтому необходимо регулярно устанавливать новые шестерни, колеса и подшипники.

Как устроен автомобильный редуктор

Для лучшего понимания разбираем основные элементы данного трансмиссионного узла. Автомобильный цилиндрический горизонтальный редуктор состоит из:

• Корпус — изготавливается из высокопрочной стали и различных легких сплавов. Он защищает межосевой дифференциал от избыточных внешних воздействий.
• Крепежные элементы — служат для надежной фиксации корпуса к основанию, сальники выступают как уплотнители, предотвращая утечку трансмиссионной жидкости, необходимой для работы дифференциала и шестерен.

Для лучшего понимания функционирования механизма рассмотрим работу заднего цилиндрического горизонтального редуктора. Крутящий момент передается ведомой шестерне посредством взаимодействия ведущей шестерни и вторичного вала трансмиссии. Ведомая шестерня получает крутящий момент и передает его межосевому дифференциалу. Например, при повороте автомобиля наружному колесу передается максимальный крутящий момент, а внутреннему — минимальный. Ведущая ось работает полностью: оба колеса движутся совместно. В то время как еще 80 лет назад такая система была недостижима.

Ведомая шестерня больше по размеру и имеет больше зубцов, поскольку ей необходимо принимать на себя максимальный крутящий момент от ведущей шестерни.

Теперь о редукторных передачах. Они различаются в зависимости от способа соединения зубцов ведущей и ведомой шестерен.

На основе различных вариаций разработаны четыре вида редукторных передач, распространенных на автомобилях:

• Коническая. Содержит две конические шестерни, располагающиеся под углом 90° друг к другу. Такая конструкция встречается в автомобилях с полным или задним приводом;
• Гипоидная. Угол между шестернями составляет 45°. Также используется на автомобилях с полным или задним приводом;
• Червячная. В данной конструкции один винт взаимодействует с червячной ведомой шестерней;
• Цилиндрическая. В этом случае две цилиндрические шестерни соединяются параллельно. Такие схемы можно встретить на автомобилях с передним приводом.

Возможные проблемы с автомобильным редуктором и их решение

В цилиндрическом горизонтальном редукторе средства, работающие в качестве комплектующих, чаще всего выходят из строя. Это связано с их наибольшим уровнем износа. Основными причинами поломки являются высокие нагрузки и длительное масляное голодание. Это может произойти из-за полного отсутствия смазки или недостатка масла.

Как понять, что цилиндрический горизонтальный редуктор перестал функционировать? Основным признаком станет посторонний шум, вибрация или щелчки в местах соединения подшипников и шестерен. При поломке сальника начнется утечка масла, которое будет выдавливаться через маленькие трещины.

Кроме того, может быть поврежден корпус и оторваны крепежные элементы. Такие неисправности происходят достаточно редко, но могут привести к дорогому ремонту. Это бывает, когда автомобиль наезжает на препятствие. Чаще всего именно в местах крепления корпуса возникают трещины. Сначала они могут казаться незначительными, но после их заполнения грязью или пылью это приводит к загрязнению смазки.

В результате трансмиссионная жидкость теряет свои свойства как смазка, не способная охлаждать детали. Механизм начинает перегреваться, быстрее изнашиваться, и зубья могут сломаться. Если вы заметили повреждение корпуса цилиндрического горизонтального редуктора, возможно, появится сильный гул. Это приведет к повышению общего уровня шума, что сделает поездки на автомобиле некомфортными. В месте повреждения корпуса может появиться утечка смазки.

Что делать, если произошла поломка горизонтального цилиндрического редуктора? Чтобы избежать его полного выхода из строя, обязательно следуйте рекомендациям производителя. Регулярно проводите техническое обслуживание автомобиля и своевременно добавляйте новую смазку в трансмиссию — желательно каждые 100 000 километров.

В каких случаях также следует поменять масло? Это обязательно надо сделать при установке новых сальников. Об этом предупреждают даже производители автомобилей.

Заметили проблемы в работе коробки передач? Подозреваете, что неисправность возникла в цилиндрическом горизонтальном редукторе? Не тяните с посещением автосервиса. Только там профессионалы смогут провести диагностику системы. Если вы вовремя выполните восстановительные работы, это поможет сэкономить на ремонте и обслуживании.

Что делать, если шумит редуктор: советы автовладельцев

1. Когда возникают посторонние звуки под нагрузкой.

   «Обратите внимание, если редуктор гудит. В этом случае можно попробовать подрегулировать гайку хвостовика. Для более сложных работ следует обратиться в автосервис. Однако найти хорошего специалиста тоже непросто. Молодой мастер, возможно, сможет только разобрать и собрать механизм. Кроме того, он может преувеличить проблему, стремясь взимать больше за ремонт. У меня на машине гул появляется при нажатии на газ. Как только нагрузка снижается, звуков больше нет. Это говорит о необходимости замены главной пары. Ничего хорошего, но ремонт неизбежен». 

2. Ремонт может быть дорогим, но необходим.

   «Ремонт, когда гудит главная пара, совершенно бесполезен. Гул не исчезнет. Важно не перепутать повреждение подшипников с поломкой главной пары, ведь звуки у них очень похожи. Различие лишь в том, что при неисправности главной пары гул появляется только под нагрузкой на скорости 60–80 км/ч. Если же подшипники не в порядке, шум будет постоянным.
   Но бывают исключения, поэтому замену нужно делать в любом случае, даже если это потребует расходов. Сегодня стоимость нового редуктора составляет от 100 000 рублей и выше. Хотя можно поискать в старых партиях, возможно, кто-то распродает по более низкой цене, так как спрос на такие изделия небольшой. В любом случае, замена будет необходима, вариантов нет».

3. Проблемы могут быть с подшипниками.

   «Если вы слышите посторонние звуки в цилиндрическом горизонтальном редукторе, скорее всего, это сигнал о поломке главной пары. Решение одно: требуется замена. Однако если подшипники тоже вышли из строя, можно установить новые, значительно сэкономив при этом. У меня на автомобиле был сильный шум. На N никаких звуков не было. Я не подумал, что причина может быть в подшипниках. Купил деталь с авторазборки, установил, гул, казалось, исчез. Однако вскоре звук появился снова. В результате выяснилось, что причина проблемы была не в редукторе, а в ступичном заднем подшипнике».

4. Лучше всего обратиться в сервис.

   «Если гул исходит от цилиндрического горизонтального редуктора, и вы не обладаете опытом сложного ремонта, советую сразу ехать в специализированный автосервис. Там мастер проведет диагностику и определит, что именно не так: редуктор, подвесной или ступичный подшипник. Если горизонтальный цилиндрический редуктор действительно сломался, единственным решением будет его ремонт. За услуги вы заплатите максимум 40 000–45 000 рублей, если потребуется менять главную пару». 

5. Существует несколько причин.

   «Почему возникает гул? Во-первых, главная пара может износиться. Во-вторых, подшипники могут прийти в негодность. В-третьих, необязательно, что гайка хвостовика откручена. И, наконец, неверная регулировка может стать причиной. В каждом случае шум будет иметь свою причину и возникать при разных режимах вождения. Запомните одно: если вы слышите посторонние звуки, восстановить цилиндрический горизонтальный редуктор с помощью народных методов не получится. Не стоит заливать туда вспомогательные вещества, смазку с высокой вязкостью или добавлять молибден и прочие штуки. Если деталь износилась, даже попытки восстановления не приведут к успеху».

Вопросы по теме

Каковы основные преимущества цилиндрических горизонтальных редукторов по сравнению с другими типами редукторов?

Цилиндрические горизонтальные редукторы обладают рядом преимуществ, среди которых высокая механическая прочность, возможность передачи значительных нагрузок и эффективное распределение нагрузки по зубчатым поверхностям. Благодаря конструкции с параллельными осями, они обеспечивают экономичный и компактный дизайн, что позволяет минимизировать занимаемое пространство. Кроме того, такие редукторы имеют высокую степень КПД, что делает их предпочтительными для энергетически эффективных решений в различных отраслях.

В каких отраслях чаще всего используются цилиндрические горизонтальные редукторы и почему?

Цилиндрические горизонтальные редукторы находят широкое применение в таких отраслях, как горнодобывающая, металлургическая, пищевая и перерабатывающая. Это связано с их способностью эффективно работать в условиях высокой нагрузки и жестких эксплуатационных требований. В горнодобывающей промышленности редукторы часто используются в конвейерах, где необходима надежная передача мощности и высокая степень износостойкости. В энергетике и водоснабжении они применяются в насосных системах и переработке воды, благодаря своей надежности и долговечности.

С какими проблемами можно столкнуться при эксплуатации цилиндрических горизонтальных редукторов?

При эксплуатации цилиндрических горизонтальных редукторов могут возникать различные проблемы, среди которых наиболее распространены: перегрев из-за недостаточной смазки, износ зубчатых колес и их повреждение в результате перегрузок. Важно также следить за правильной установкой и регулировкой редуктора, так как неправильное выравнивание может привести к неравномерному износу и сокращению срока службы устройства. Регулярное техническое обслуживание и контроль за состоянием редуктора помогут минимизировать риски и повысить надежность работы оборудования.