Расчет и выбор (Российская методика) – редуктор червячный
Поэтому работу по расчету и выбору редуктора необходимо доверять опытным специалистам-конструкторам, которые учтут все факторы от расположения редуктора в пространстве и условий работы до температуры нагрева его в процессе эксплуатации. Подтвердив это соответствующими расчетами, специалист обеспечит подбор оптимального редуктора под Ваш конкретный привод.
Практика показывает, что правильно подобранный редуктор обеспечивает срок службы не менее 7 лет — для червячных и 10-15 лет для цилиндрических редукторов.
Выбор любого редуктора осуществляется в три этапа:
1. Выбор типа редуктора
2. Выбор габарита (типоразмера) редуктора и его характеристик.
3. Проверочные расчеты
1. Выбор типа редуктора
1.1 Исходные данные:
Кинематическая схема привода с указанием всех механизмов подсоединяемых к редуктору, их пространственного расположения относительно друг друга с указанием мест крепления и способов монтажа редуктора.
1.2 Определение расположения осей валов редуктора в пространстве.
Цилиндрические редукторы:
Ось входного и выходного вала редуктора параллельны друг другу и лежат только в одной горизонтальной плоскости – горизонтальный цилиндрический редуктор.
Ось входного и выходного вала редуктора параллельны друг другу и лежат только в одной вертикальной плоскости – вертикальный цилиндрический редуктор.
Ось входного и выходного вала редуктора может находиться в любом пространственном положении при этом эти оси лежат на одной прямой (совпадают) – соосный цилиндрический или планетарный редуктор.
Коническо-цилиндрические редукторы:
Ось входного и выходного вала редуктора перпендикулярны друг другу и лежат только в одной горизонтальной плоскости.
Червячные редукторы:
Ось входного и выходного вала редуктора может находиться в любом пространственном положении, при этом они скрещиваются под углом 90 градусов друг другу и не лежат в одной плоскости – одноступенчатый червячный редуктор.
Ось входного и выходного вала редуктора может находиться в любом пространственном положении, при этом они параллельны друг другу и не лежат в одной плоскости, либо они скрещиваются под углом 90 градусов друг другу и не лежат в одной плоскости – двухступенчатый редуктор.
1.3 Определение способа крепления, монтажного положения и варианта сборки редуктора.
Способ крепления редуктора и монтажное положение (крепление на фундамент или на ведомый вал приводного механизма) определяют по приведенным в каталоге техническим характеристикам для каждого редуктора индивидуально.
Вариант сборки определяют по приведенным в каталоге схемам. Схемы «Вариантов сборки» приведены в разделе «Обозначение редукторов».
1.4 Дополнительно при выборе типа редуктора могут учитываться следующие факторы
2) Коэффициент полезного действия
Червячные редукторы предпочтительно использовать в повторно-кратковременных режимах эксплуатации
3) Материалоемкость для одних и тех же значений крутящего момента на тихоходном валу
4) Габариты при одинаковых передаточных числах и крутящих моментах:
5) Относительная стоимость руб/(Нм) для одинаковых межосевых расстояний:
2. Выбор габарита (типоразмера) редуктора и его характеристик
2.1. Исходные данные
Кинематическая схема привода, содержащая следующие данные:
2.2. При выборе габарита редуктора производиться расчет следующих параметров:
1) Передаточное число
Наиболее экономичной является эксплуатация редуктора при частоте вращения на входе менее 1500 об/мин, а с целью более длительной безотказной работы редуктора рекомендуется применять частоту вращения входного вала менее 900 об/мин.
Передаточное число округляют в нужную сторону до ближайшего числа согласно таблицы 1.
По таблице отбираются типы редукторов удовлетворяющих заданному передаточному числу.
2) Расчетный крутящий момент на выходном валу редуктора
Креж – коэффициент режима работы
При известной мощности двигательной установки:
U – передаточное число редуктора, формула 1
Коэффициент режима работы определяется как произведение коэффициентов: 
Для зубчатых редукторов:
Для червячных редукторов:
К1 – коэффициент типа и характеристик двигательной установки, таблица 2
К2 – коэффициент продолжительности работы таблица 3
К3 – коэффициент количества пусков таблица 4
КПВ – коэффициент продолжительности включений таблица 5
Кч – коэффициент, учитывающий расположение червячной пары в пространстве. При расположении червяка под колесом Кч = 1,0, при расположении над колесом Кч = 1,2. При расположении червяка сбоку колеса Кч = 1,1.
3) Расчетная радиальная консольная нагрузка на выходном валу редуктора
3. Параметры выбираемого редуктора должны удовлетворять следующим условиям:
Тном – номинальный крутящий момент на выходном валу редуктора, приводимый в данном каталоге в технических характеристиках для каждого редуктора, Нхм
Fном – номинальная консольная нагрузка в середине посадочной части концов выходного вала редуктора, приводимая в технических характеристиках для каждого редуктора, Н.
Крутящий момент на выходе редуктора
1 Крутящий момент на выходном валу редуктора M2 [Нм]
Крутящим моментом на выходном валу редуктора называется вращающий момент, подводимый к выходному валу мотор-редуктора, при установленной номинальной мощности Pn, коэффициенте безопасности S, и расчетном сроке службы 10000 часов, с учетом КПД редуктора.
2 Номинальный крутящий момент редуктора Mn2 [Нм]
Номинальным крутящим моментом редуктора называется максимальный крутящий момент, на безопасную передачу которого рассчитан редуктор, исходя из следующих величин:
. коэффициент безопасности S=1
. срок службы 10000 часов.
Величины Mn2 рассчитываются в соответствии со следующими стандартами:
ISO DP 6336 для шестерен;
ISO 281 для подшипников.
3 Максимальный вращающий момент M2max [Нм]
Максимальным вращающим моментом называется наибольший крутящий момент, выдерживаемый редуктором в условиях статической или неоднородной нагрузки с частыми пусками и остановками (это величина понимается как мгновенная пиковая нагрузка при работе редуктора или пусковой крутящий момент под нагрузкой).
4 Необходимый крутящий момент Mr2 [Нм]
Значение крутящего момента, соответствующее необходимым требованиям потребителя. Данная величина всегда должна быть меньше или равна номинальному значению выходного крутящего момента Mn2 выбранного редуктора.
5 Расчетный крутящий момент M c2 [Нм]
Значение крутящего момента, которым необходимо руководствоваться при выборе редуктора с учетом требуемого крутящего момента Mr2 и эксплуатационного коэффициента fs, вычисляется по формуле:
Мощность
1 Номинальная входная мощность Pn1 [кВт]
Значение данной величины, приведенное в таблицах выбора редукторов, соответствует допустимой входной мощности, передаваемой на входной вал редуктора при скорости n1, коэффициенте безопасности S=1 и расчетном сроке службы редуктора 10000 ч.
2 Выходная мощность P2 [кВт]
Полезная мощность, передаваемая на выходной вал редуктора, вычисляется по следующим формулам:
Значения динамического КПД редукторов указаны в таблице (A2)
Предельная термическая мощность Pt [кВт]
Данная величина равна предельному значению передаваемой редуктором механической мощности в условиях непрерывной работы при температуре окружающей среды 20°C без повреждения узлов и деталей редуктора. При температуре окружающей среды, отличной от 20°C, и прерывистом режиме работы значение Pt корректируется с учетом тепловых коэффициентов ft и коэффициентов скорости, приведенных в таблице (A1). Необходимо обеспечить выполнение следующего условия:
Относительная продолжительность включения (I)% равна процентному отношению времени работы под нагрузкой tf к сумме времени работы под нагрузкой и времени покоя tr:
Коэффициент полезного действия (КПД)
1 Динамический КПД [ηd]
Динамический КПД представляет собой отношение мощности, получаемой на выходном валу P2, к мощности, приложенной к входному валу P1.
Справочные значения КПД указаны в следующей таблице: (A2)
Передаточное число [ i ]
Характеристика, присущая каждому редуктору, равная отношению скорости вращения на входе n1 к скорости вращения на выходе n2:
Скорость вращения
2 Скорость на выходе n2 [мин-1]
Выходная скорость n2 зависит от входной скорости n1 и передаточного числа i; вычисляется по формуле:
Эксплуатационный коэффициент fs
Эксплуатационный коэффициент является количественным показателем тяжести предполагаемых условий эксплуатации редуктора с приблизительным учетом продолжительности ежедневного цикла работы, изменений нагрузки и возможных перегрузок, связанных с особенностями конкретных условий эксплуатации изделия. Приблизительные значения эксплуатационного коэффициента даны в таблице (A3) ниже:
Коэффициент безопасности [S]
Значение коэффициента равно отношению номинальной мощности редуктора к реальной мощности электродвигателя, подсоединенного к редуктору:
Классификация редукторов в зависимости от расположения осей входного и выходного валов в пространстве.
Классификация редукторов в зависимости от способа крепления.
Конструктивные исполнения по способу монтажа.
Условные изображения и цифровые обозначения конструктивных исполнений редукторов и мотор-редукторов общемашиностроительного применения: (изделий) по способу монтажа установлены ГОСТ 30164-94.
В зависимости от конструкции редукторы и мотор-редукторы разбиты на следующие группы:
а) соосные;
б) с параллельными осями;
в) с пересекающимися осями;
г) со скрещивающимися осями.
К группе а) отнесены и изделия с параллельными осями, у которых концы входного и выходного валов направлены в противоположенные стороны, а их межосевое расстояние составляет не более 80мм.
К группам б) и в) отнесены также вариаторы и вариаторные приводы. Условные изображения и цифровые обозначения конструктивных исполнений по способу монтажа характеризуют конструктивные исполнения корпусов, а также расположение в пространстве поверхностей крепления валов или осей валов.
Условное обозначение изделий группы а) состоит из трех цифр:
ВАРИАНТЫ СБОРКИ.
В соответствии с ГОСТ 20373-94 редукторы и мотор-редукторы выполняют по одному из стандартных вариантов сборки, которые отличаются по количеству, взаимному расположению, форме и размерам выходных концов валов. Условные изображения и обозначения вариантов сборки по ГОСТ 20373 являются составной частью условных обозначений редукторов и мотор-редукторов общемашиностроительного применения, предназначенных для привода машин, механизмов и оборудования. Стандарт не распространяется на соосные зубчатые редукторы и мотор-редукторы и является рекомендуемым для специальных. Условные изображения и цифровые обозначения вариантов сборки редукторов и мотор-редукторов характеризуют взаимное расположение выходных концов валов и их число.
Условные изображения и цифровые обозначения вариантов сборки первой ступени относительно второй червячных и цилиндрическо-червячных двухступенчатых редукторов и мотор-редукторов должны соответствовать приведенным в табл.
Крутящий момент редуктора
Принцип мотор-редуктора заключается в одновременном уменьшении количества оборотов, передаваемых на быстроходный вал и наращивании (контроле) силы, получаемой выходным валом. Обе величины – снижение оборотов и увеличение крутящего момента – являются ключевыми техническими характеристиками. Первую определяет передаточное число, а что собой представляет вторая величина?
Суть показателя
Согласно технической терминологии, крутящий момент редуктора – это расчетный показатель, вычисляемый произведением прилагаемой силы и длины плеча ее приложения (рычага) в метрах. Измеряется в Ньютон-метрах (1 Н*м означает, что при присоединении рычага длиной 1 м усилие, прилагаемое на его конце, не должно превышать 1 Ньютона, иначе привод не будет работать).
Тяга тем выше, чем ближе точка приложения усилия к оси выходного вала. Для иллюстрации этой характеристики удобнее рассматривать Ньютоны – единицы измерения силы – в более удобных для практики применения оборудования килограммах. Для примера можно взять цилиндрический 2-ступенчатый РМ-650, вводные условия следующие:
При «переходе» на килограммы получаем, что при метровой длине рычага (радиусе барабана, например, на тихоходном выходном валу) механизм сможет поднять максимальный груз весом 0,522 т (5116/9,81 = 521,5 кг). Приближение точки приложенного усилия – укорочение рычага вдвое до 50 см – даст увеличение показателя до 10232 Н*м. То есть максимальный вес груза на конце рычага увеличится до 1,043 т.
Максимально допустимый крутящий момент редуктора
Допустимый крутящий момент мотор-редуктора определяет условия, при которых последний сможет выдерживать усилие, чтобы обеспечить нормальную работу пары «электродвигатель – рабочий механизм», промежуточным звеном которой и выступает мотор-редуктор. При этом ключевым условием является нагнетаемая тяга, а она зависит от передаточного числа.
Крутящий момент мотор-редуктора в зависимости от его исполнения
Расчет начинается с типа устройства – для червячного редуктора и цилиндрического применяются разные подходы. Это связано со спецификой исполнения червячной и цилиндрической передачи.
Так, в червячном редукторе показатель, который отвечает за длину плеча прилагаемого усилия, с изменением модели, практически не меняется. Итоговый крутящий момент мотор-редуктора в большей степени зависит от прилагаемого усилия, которое меняется с увеличением количества зубьев на вращающемся колесе, а радиус рычага – колеса и червяка – становятся условной константой.
Пример – редуктор серии Ч-80. При любом количестве оборотов допустимый крутящий момент червячного редуктора фиксируется при передаточном числе 31,5, и вот почему:
На выходе при всех условиях наибольшая толщина колесного зуба в червячном редукторе (мотор-редукторе) фиксируется при одном передаточном числе – 31,5. Поскольку нагрузка на него определяется толщиной зубьев (чем она больше, тем выше допустимый крутящий момент мотор-редуктора), такой принцип задает условия технического расчета. Правда, при расчетах крутящего момента редуктора следует учитывать и другие его конструктивные особенности – потери из-за трения по сравнению с цилиндрическими устройствами и сниженный КПД.
С механизмами на цилиндрической передаче ситуация обстоит иначе. Здесь нагнетаемая тяга создается за счет разницы диаметров шестерен. Диаметр/радиус шестерни цилиндрического модуля, таким образом, выступает ключевым фактором при расчете. А прилагаемое усилие одинаковое (в пределах серии) – зубья цилиндрической передачи нарезаются в одном размере для всех передаточных чисел.
Расчет крутящего момента мотор-редуктора
Расчет крутящего момента редуктора на валу производится с учетом условий его установки:
Для подъемных установок обычно используют червячный редуктор, здесь хорошо себя зарекомендовала серия редукторов МЧ или 2 МЧ. Их конструкция исключает прокручивание выходного вала под нагрузкой (позволяет отказаться от колодочного тормоза).
В мешалках разного типа или бурах хорошо себя показали 3МП и 4МП. Они «заточены» на равномерное распределение радиальной нагрузки, что важно при обслуживании механизмов такого принципа действия.
Для машин, занятых перемещением тяжелых грузов, на первое место выходит выносливость. Здесь подходят мотор-редукторы 1МЦ2С/4МЦ2С (крутящий момент редуктора на выходном валу увеличен).
Выбор мотор-редуктора по крутящему моменту
При выборе редуктора по крутящему моменту используют несколько показателей:
Расчет крутящего момента мотор-редуктора на выходном валу Mc2 производят по формуле:
где Mr2 – это необходимый (требуемый) показательдля мотор-редуктора, а Sf – эксплуатационный коэффициент мотор-редуктора (Service Factor). Результирующий показатель крутящего момента редуктора по формуле не может превышать номинального Mn2.
Профессиональный расчет и заказ мотор-редуктора
Если вы хотите получить качественную помощь в выборе изделий, наши специалисты помогут вам рассчитать крутящий момент редуктора (мотор-редуктора) на выходном валу и подобрать наиболее подходящую модель под конкретные условия его эксплуатации. ООО ПТЦ «Привод» занимается производством данных механизмов и поставляет свою продукцию по всей России, в страны ближнего зарубежья (СНГ).
Выбор мотор-редуктора
В данной статье содержится подробная информация о выборе и расчете мотор-редуктора. Надеемся, предлагаемые сведения будут вам полезны.
При выборе конкретной модели мотор-редуктора учитываются следующие технические характеристики:
Тип редуктора
Наличие кинематической схемы привода упростит выбор типа редуктора. Конструктивно редукторы подразделяются на следующие виды:
Червячный одноступенчатый со скрещенным расположением входного/выходного вала (угол 90 градусов).
Червячный двухступенчатый с перпендикулярным или параллельным расположением осей входного/выходного вала. Соответственно, оси могут располагаться в разных горизонтальных и вертикальных плоскостях.
Цилиндрический горизонтальный с параллельным расположением входного/выходного валов. Оси находятся в одной горизонтальной плоскости.
Цилиндрический соосный под любым углом. Оси валов располагаются в одной плоскости.
В коническо-цилиндрическом редукторе оси входного/выходного валов пересекаются под углом 90 градусов.
ВАЖНО!
Расположение выходного вала в пространстве имеет определяющее значение для ряда промышленных применений.
Таблица 1. Классификация редукторов по числу ступеней и типу передачи
| Тип редуктора | Число ступеней | Тип передачи | Расположение осей |
|---|---|---|---|
| Цилиндрический | 1 | Одна или несколько цилиндрических | Параллельное |
| 2 | Параллельное/соосное | ||
| 3 | |||
| 4 | Параллельное | ||
| Конический | 1 | Коническая | Пересекающееся |
| Коническо-цилиндрический | 2 | Коническая Цилиндрическая (одна или несколько) | Пересекающееся/скрещивающееся |
| 3 | |||
| 4 | |||
| Червячный | 1 | Червячная (одна или две) | Скрещивающееся |
| 1 | Параллельное | ||
| Цилиндрическо-червячный или червячно-цилиндрический | 2 | Цилиндрическая (одна или две) Червячная (одна) | Скрещивающееся |
| 3 | |||
| Планетарный | 1 | Два центральных зубчатых колеса и сателлиты (для каждой ступени) | Соосное |
| 2 | |||
| 3 | |||
| Цилиндрическо-планетарный | 2 | Цилиндрическая (одна или несколько) Планетарная (одна или несколько) | Параллельное/соосное |
| 3 | |||
| 4 | |||
| Коническо-планетарный | 2 | Коническая (одна) Планетарная (одна или несколько) | Пересекающееся |
| 3 | |||
| 4 | |||
| Червячно-планетарный | 2 | Червячная (одна) Планетарная (одна или несколько) | Скрещивающееся |
| 3 | |||
| 4 | |||
| Волновой | 1 | Волновая (одна) | Соосное |
Передаточное число [I]
Передаточное число редуктора рассчитывается по формуле:
I = N1/N2
где
N1 – скорость вращения вала (количество об/мин) на входе;
N2 – скорость вращения вала (количество об/мин) на выходе.
Полученное при расчетах значение округляется до значения, указанного в технических характеристиках конкретного типа редукторов.
Таблица 2. Диапазон передаточных чисел для разных типов редукторов
| Тип редуктора | Передаточные числа |
|---|---|
| Червячный одноступенчатый | 8-80 |
| Червячный двухступенчатый | 25-10000 |
| Цилиндрический одноступенчатый | 2-6,3 |
| Цилиндрический двухступенчатый | 8-50 |
| Цилиндрический трехступенчатый | 31,5-200 |
| Коническо-цилиндрический одноступенчатый | 6,3-28 |
| Коническо-цилиндрический двухступенчатый | 28-180 |
ВАЖНО!
Скорость вращения вала электродвигателя и, соответственно, входного вала редуктора не может превышать 1500 об/мин. Правило действует для любых типов редукторов, кроме цилиндрических соосных со скоростью вращения до 3000 об/мин. Этот технический параметр производители указывают в сводных характеристиках электрических двигателей.
Крутящий момент редуктора
Крутящий момент на выходном валу [M2] – вращающий момент на выходном валу. Учитывается номинальная мощность [Pn], коэффициент безопасности [S], расчетная продолжительность эксплуатации (10 тысяч часов), КПД редуктора.
Номинальный крутящий момент [Mn2] – максимальный крутящий момент, обеспечивающий безопасную передачу. Его значение рассчитывается с учетом коэффициента безопасности – 1 и продолжительность эксплуатации – 10 тысяч часов.
Максимальный вращающий момент
Необходимый крутящий момент [Mr2] – крутящий момент, удовлетворяющим критериям заказчика. Его значение меньшее или равное номинальному крутящему моменту.
Расчетный крутящий момент [Mc2] – значение, необходимое для выбора редуктора. Расчетное значение вычисляется по следующей формуле:
Mc2 = Mr2 x Sf ≤ Mn2
где
Mr2 – необходимый крутящий момент;
Sf – сервис-фактор (эксплуатационный коэффициент);
Mn2 – номинальный крутящий момент.
Эксплуатационный коэффициент (сервис-фактор)
Сервис-фактор (Sf) рассчитывается экспериментальным методом. В расчет принимаются тип нагрузки, суточная продолжительность работы, количество пусков/остановок за час эксплуатации мотор-редуктора. Определить эксплуатационный коэффициент можно, используя данные таблицы 3.
Таблица 3. Параметры для расчета эксплуатационного коэффициента
| Тип нагрузки | К-во пусков/остановок, час | Средняя продолжительность эксплуатации, сутки | |||
|---|---|---|---|---|---|
| P2 | |||||
Нельзя делать расчеты, используя приблизительное значение входной мощности, так как КПД могут существенно отличаться.
Коэффициент полезного действия (КПД)
Расчет КПД рассмотрим на примере червячного редуктора. Он будет равен отношению механической выходной мощности и входной мощности:
где
P2 – выходная мощность;
P1 – входная мощность.
ВАЖНО!
В червячных редукторах P2 
МОСКВА
Огородный проезд, д. 5, стр. 6
+7 (495) 966-07-07
