для чего нужен колесный редуктор
Составные части колесного редуктора
Описание колесного редуктора
Колесный редуктор служит для передачи вращательных усилий с полуоси на ведущие колеса. При этом происходит уменьшение числа оборотов и увеличение тяговых усилий. Он также обеспечивает передачу больших мощностей при незначительных габаритах и позволяет иметь сравнительно низкое расположение пола.
Колесные редукторы представляют собой планетарные механизмы — цилиндрические прямозубые шестерни, имеющие внешнее и внутреннее зацепление. Установлены они в ступицах ведущих колес. Колесный редуктор состоит из солнечной шестерни 10, трех сателлитов 8 и коронной шестерни 5. Солнечная шестерня является ведущей. Она соединена с полуосью 17 шлицами и фиксируется от осевого перемещения двумя стопорными кольцами. Каждый сателлит вращается на двух цилиндрических роликовых подшипниках 15, установленных на осях 14. Оси сателлитов крепятся к водилу 13 и фиксируются шариками и бобышками, расположенными на внутренней поверхности крышки 7 колесного редуктора. Оси пустотелые, имеют радиальные отверстия для смазки подшипников сателлитов. Коронная шестерня 5 крепится на опоре 6 и фиксируется стопорным кольцом 4. Коронная шестерня неподвижна, так как она через опору и шлицевую распорную втулку 16 установлена на рукаве 18. Водило соединено со ступицей шпильками, ввернутыми в торцовую часть ступицы.
Крышка колесного редуктора 7 крепится к водилу болтами. Под крышку ставится уплотнительное кольцо. В центре крышки установлена упорная шайба 11. В выточку полуоси с торцовой стороны крепится упорный палец 12. Зазор между пальцем и шайбой должен быть в пределах 0,5-1 мм. Регулируется зазор с помощью регулировочных прокладок, установленных под упорную шайбу. В крышке колесного редуктора имеется два отверстия: одно 9 служит для заливки масла и контроля за его уровнем, второе — сливное. Отверстия закрыты пробками.
Передаточное число центрального редуктора определяется отношением числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни. Оно равно 3,111. Передаточное число колесного редуктора определяется отношением числа зубьев коронной шестерни к числу зубьев солнечной шестерни. Оно равно 3,666. Общее передаточное число главной передачи 11,4. Передаточное число главной передачи показывает, что частота вращения ведущих колес меньше частоты вращения якоря тягового двигателя в 11,4 раза, а вращающий момент на ведущих колесах больше момента, развиваемого тяговым двигателем, в 11,4 раза.
Полуоси троллейбуса изготовлены из стали и имеют на концах шлицы с эвольвентным зацеплением. Одним концом полуось соединена с шестерней дифференциального механизма, а другим — с солнечной шестерней колесного редуктора. Вращающий момент от центрального редуктора через полуоси передается на солнечные шестерни колесных редукторов, приводящих во вращение сателлиты. Сателлиты, катясь по коронным шестерням, вращают водила и соединенные с ними ступицы ведущих колес.
Бортовые редукторы
Что сделать проще и быстрее – лифт подвески или кузова? Оказывается, лифт трансмиссии! Установка бортовых редукторов одновременно и лифтует, и добавляет дорожного просвета даже без увеличения размера колес
Так что же такое бортовые редукторы, и зачем они нам нужны? Прежде всего это деталь, которая позволяет опустить ось вращения колеса ниже оси привода. Это как если на ступицу вместо колеса надеть шестеренку, а под ней приделать еще одну ступицу, тоже с шестеренкой, и на нее уже надевать колесо. Ступица, вращаясь, будет через шестеренки передавать вращение на новую, нижнюю, ступицу, а колеса как бы опустятся ниже относительно штатных ступиц, и автомобиль поднимется на высоту, равную расстоянию между старой и новой ступицами. На конвейере таким устройством оснащаются только очень серьезные внедорожники, такие как армейские УАЗ и HMMWV (Hummer для военных, если кто не помнит), БТР и подобные очень специальные машины. Бортовой редуктор даёт возможность сразу сделать больше дорожный просвет, не увеличивая размер колёс.
Устроены бортовые редукторы довольно просто. В них имеются шестеренка, которая надевается на шлицы стандартного привода, промежуточные шестерни и ведомая шестерня, приводящая во вращение колесо. Паразитные шестерни нужны для того, чтобы колесо не поменяло направление вращения, иначе машина будет на передних передачах ехать назад и только на задней – вперед. Обычно разработчики делают ведомую шестерню еще и с большим количеством зубьев, чем ведущую. Это позволяет увеличить передаточное число и безболезненно установить шины большего внешнего диаметра. Кроме того, бортовые редукторы предусматривают возможность установки централизованной системы изменения давления в шинах.
Автомобиль с бортовыми редукторами и на колесах в 37 дюймов становится настоящим монстром с громадным дорожным просветом и большими углами въезда/съезда. Единственная требующаяся после монтажа редукторов доработка – это установка расширителей. Потому что колея машины за счет редукторов вырастает на 180 мм. При этом, что важно, он остается на штатных рычагах подвески, которая продолжает работать в привычном режиме. Это позволяет свободно управлять высокой машиной в городских условиях и при длительных пробегах по трассе. И, что существенно, бортовые редукторы устанавливаются на машину буквально за день. А при необходимости их несложно демонтировать, превратив брутальный внедорожник в прежний стандартный Defender.
Устройство бортового редуктора
Почти каждый автовладелец хоть раз в жизни интересовался серьёзными внедорожниками и военными вездеходами, проходимость которых вошла в легенды. В числе их принципиальных отличий от обычных машин – редукторный мост. Для понимания конструкции внедорожников нужно разобраться, бортовой редуктор – это что такое и для чего предназначен.
Что такое бортовой редуктор
Бортовой редуктор — это деталь, за счёт которой ось вращения колеса может опускаться ниже оси привода, что позволяет увеличить дорожный просвет, не меняя размер колёс. Эта деталь передаёт крутящий момент на колесо или гусеничную цепь и влияет на плавность хода машины, угол поворота и многое другое. На автомобиль, оснащённый бортовым редуктором, можно установить централизованную систему подкачки шин.
Конструкция:
Как правило, таким устройством оснащаются колёсная и гусеничная спецтехника и серьезные внедорожники, в первую очередь армейские машины. После установки дорожный просвет увеличивается в среднем на 12 см, колея становится шире на 18 см. Это существенно повышает проходимость, однако ограничивает скорость по трассе до 60–80 км/ч, так как на более скоростных режимах резко возрастает нагрузка на трансмиссию.
Одной из первых легковых машин в СССР, на которую устанавливали колёсный редуктор, стал ЛуАЗ 969 «Волынь» повышенной проходимости, выпускавшийся на Луцком автозаводе с 1966 по 2002 годы. Этот компактный автомобиль был предназначен для сельских жителей и рассчитан на эксплуатацию по плохим дорогам. Так же редукторы устанавливают на внедорожники Нива (ВАЗ-2121 и LADA 4×4) и др.
Принцип работы редукторного моста
Корпус бортового редуктора вмещает шестерни, передающие вращение привода колесу или звёздочке гусеницы. Крутящий момент передаётся от ступицы шестерням, а оттуда – на новую, нижнюю ступицу, на которой крепится колесо. В результате колеса опускаются ниже штатных ступиц, а автомобиль поднимется на эту же высоту.
Редукторные или, как их ещё называют, военные мосты отличаются от обычных «гражданских» П-образной формой (мост как перекладина буквы, к обоим концам которой крепятся колеса). Крутящий момент распределяется между главной парой и редукторами, что позволяет уменьшить главную пару и сместить картер на 4 см. В целом редукторные мосты надежнее обычных, обеспечивают повышенную мощность и тягу разгона, но накладывают ограничения по скорости.
Устанавливаются такие мосты на УАЗ и другие армейские внедорожники. Также редуктор бортовой т 40 от УАЗа подходит к другим легковым автомобилям и широко используется для тюнинга.
Устройство бортового редуктора
Устройство бортового редуктора настолько простое, что его можно собрать своими руками. Основа механизма – шестеренка, которая надевается на шлицы стандартного привода. Вторая, ведомая шестерня приводит во вращение колесо. Для того чтобы направление вращения не поменялось, устанавливаются промежуточные (паразитные) шестерни.
Обычно ведомая шестерня имеет больше зубьев, чем ведущая. Это позволяет увеличить передаточное число и при желании оснастить автомобиль шинами большего диаметра.
По тому же принципу устроены тяжёлые тракторные редукторы типа Т 170 или грузовые, которыми оснащаются коммерческие автомобили КамАЗ или МАЗ. Единственное отличие состоит в том, что для гусеничных тракторов и другой техники крутящий момент передаётся не на ступицу колеса, а на звёздочку гусеницы.
Ремонт бортового редуктора при необходимости может быть выполнен собственными руками. В большинстве случаев для устранения шумов и вибраций достаточно заменить вспомогательные элементы: сальники, плавающие уплотнения, подшипники и пр.
Заключение
Бортовые редукторы пользуются большой популярностью у любителей тюнинга и самодельных машин. Если схема трансмиссии позволяет, устанавливают только редукторы, если нет – целиком меняют мосты. Некоторые фирмы специализируются на запчастях к внедорожникам и спортивным автомобилям, например, ВОиН 4х4 и другие. У сотрудников можно проконсультироваться, насколько выбранная деталь подойдёт к вашей машине и как изменит её эксплуатационные характеристики. Так же редукторы и мосты в сборе можно приобрести во всех крупных магазинах запчастей. Нужна ли вам деталь на Ниву или бортовой Т 130, каталог онлайн поможет найти и заказать в кратчайшие сроки.
Планетарный механизм
Планетарный редуктор, который также называют дифференциальным редуктором, представляет собой один из вариантов механических редукторов. Причина использования такого названия редуктора заключается в применении планетарной передачи, которая расположена в редукторе. Именно она отвечает за передачу, а также преобразование крутящего момента. Планетарные редукторы могут иметь одну планетарную передачу или больше.
Принцип работы планетарного редуктора
Солнечная шестерня в таком редукторе расположена в центральной части, а на его периферии находится коронная шестерня. Кроме этого, в нем используются сателлиты (на фото ниже их пять) – небольшие шестерни, которые установлены между коронной и солнечной.
Водило используется для механического соединения сателлитов, на его осях они вращаются.
Передача вращения от основной передачи на солнечную шестерню осуществляется с помощью полуосей. После этого солнечная шестерня может вращать сателлиты, которые вращаются на собственных осях, закрепленных на водиле. В свою очередь, водило закреплено на балке моста.
Расчет планетарного редуктора
В процессе вращения сателлиты передают вращение коронной шестерне, после чего начинает вращаться ступица. Крутящий момент возрастает в такое количество раз, в какое число зубьев на шестерне солнечной является меньшим по сравнению с числом зубьев на коронной шестерне.
В ведущих мостах грузовиков МАЗ, троллейбусов ЗиУ-9, автобусов Икарус, тракторов К-700 и Т-150К используются планетарные редукторы, которые осуществляют передачу крутящего момента к колесной ступице.
Благодаря использованию такого редуктора в бортовой передаче появляется возможность сделать диаметр основной передачи меньшим, в результате чего возрастает клиренс. Кроме этого, полуоси имеют меньший диаметр, что позволяет спроектировать их на менее высокий крутящий момент.
Видео о планетарном редукторе
Кто в масле катается
Обзор основных классов механических редукторов
Иллюстрация: Яковлев Артем / edu.ascon.ru
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.