Расчет и выбор редуктора
От правильности выбора редуктора во многом зависит не только его надежность, но и долговечность.
Ошибки при расчете и выборе редуктора неизбежно могут привести к преждевременному выходу его из строя и, как следствие, в лучшем случае к финансовым потерям.
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.
Но в жизни возникают ситуации когда нет возможности обратиться обратиться к такому специалисту.
Чтобы помочь Вам решить эту проблему был создан этот раздел сайта, где мы постараемся дать Вам основные рекомендации для правильного выбора редуктора. Мы не ставим задачу подготовки нового специалиста по расчету и выбору редукторов, а лишь помогаем Вам самостоятельно и грамотно выбрать редуктор под Ваш привод.
Для тех кто желает получить больше информации по расчету различных приводов и редукторов мы рекомендуем обратиться на сайты студентов МАТИ и МВТУ им.Баумана.
Выбор типа редуктора
Любой расчет необходимо начинать с составления кинематической схемы привода — это позволит определиться с типом редуктора необходимым для данного привода.
Типы редуктора различаются конструктивно:
Цилиндрические горизонтальные редукторы имеют параллельное расположение осей входных
и выходных валов, которые лежат в одной горизонтальной плоскости.
расположение осей входных и выходных валов, которые лежат в одной
скрещенные под углом 90 0 оси входных и выходных валов.
параллельное расположение осей входных и
выходных валов, которые лежат в разных
Коническо-цилиндрические редукторы имеют пересекающиеся под углом 90 0 оси входных и
выходных валов, которые лежат в одной горизонтальной плоскости.
Особое значение имеет расположение выходного вала редуктора в пространстве:
в червячных редукторах конструкция редуктора позволяет применять один и тот же редуктор
передают нагрузку в 1,5-2 раза большую имеют более высокую КПД, более долговечны, значит
Определение передаточного числа редуктора
Передаточное отношение редуктора:
U=n вх /n вых (формула 1)
n вх — количество оборотов входного вала редуктора, т.е обороты электродвигателя, об/мин.
n вых — необходимое количество оборотов выходного вала редуктора, об/мин.
Полученное передаточное число округляется до передаточного числа из типового ряда для данных типов редукторов .
При выборе электродвигателя частота вращения вала двигателя, а, следовательно, и входного вала редуктора не должна превышать 1500 об/мин для всех редукторов. Обороты электродвигателя следует выбирать из технических характеристик электродвигателей .
Определение количества ступеней редуктора
Количество ступеней по типу редуктора определяется по таблице, исходя из рассчитанного передаточного числа.
Диапазон передаточных чисел
Цилиндрический одноступенчатый
Цилиндрический двухступенчатый
Цилиндрический трехступенчатый
Червячный одноступенчатый
Червячный двухступенчатый
Коническо-цилиндрический одноступенчатый
Коническо-цилиндрический двухступенчатый
Выбор габарита редуктора
Т=(9550*Р* U * N )/ (К* n вх ) (формула 2)
Режим эксплуатации по ГОСТ 21354-87 и нормам ГосТехНадзора
«0»-непрерывный ПВ 100%
«III»-средний нормальный ПВ 40%
«V»-особо лёгкий ПВ 16%
Эпизодический (2 ч/сутки; 4 вкл./час; нагрузка без ударов)
Продолжительность включения редуктора
Т — среднее время работы в течение часа, мин.
Рассчитанный момент должен быть меньше или равен номинальному крутящему моменту, приведенному в технических характеристиках на редуктор.
Необходимо так же сравнить консольные нагрузки, возникающие на валах редуктора, при установке редуктора на Ваше оборудование, с паспортными данными, чтобы они были меньше или равны паспортным.
Выбор мотор-редуктора
Выбор в пользу применения мотор-редуктора следует производить в случаях, когда необходим компактный привод. Практически все мотор-редукторы конструктивно позволяют применять их для любого расположения выходного вала в пространстве, в т.ч. и цилиндрические мотор-редукторы.
Мотор-редукторы не требуют соединительных муфт между электродвигателем и редуктором, т.к. двигатель напрямую крепиться в редуктор. Крепление мотор-редуктора происходит за его редукторную часть.
Единственный недостаток применения мотор-редукторов является их высокая стоимость и поставка под заказ.
Даже если отдельно приобрести редуктор, электродвигатель и соединительные муфты, изготовить площадку для их крепления, произвести работы по сборке, сумма затрат на это будет на 10-20% меньше, чем стоимость аналогичного мотор-редуктора
Выбор мотор-редуктора в большинстве случаев сводиться к подбору его по мощности электродвигателя (кВт) и оборотам на выходном валу (об/мин). Обычно эти характеристики даются производителями мотор-редукторов в виде таблиц на каждый тип и габарит мотор-редуктора.
Особенностью червячных мотор-редукторов МРЧ является возможность компоновки самостоятельно редуктора одного габарита различными по мощности и оборотами выходного вала электродвигателями, под конкретные потребности.
На данный габарит редуктора, возможно, установить только электродвигатели габариты , которых указаны в технических характеристиках на этот редуктор.
Технические характеристики для мотор-редуктора червячного одноступенчатого МРЧ-80.
Передаточное число номинальное
РАСЧЕТ И ПОДБОР РЕДУКТОРА. КАК ПРАВИЛЬНО ВЫБРАТЬ?
Рассмотрим основные моменты, которые необходимо знать для правильного выбора мотор редуктора.
1. Сначала необходимо определить, сколько оборотов должно быть на выходе привода (n2).
2. Затем рассчитываем крутящий выходной момент (М2) редукторного выходного вала, который выражен в Н*м. При условии, что нам известна мощность двигателя, обозначаемая Р1, выходной крутящий момент рассчитывается следующим образом:
М2 = (9550*Р1*Rd)/n2, где символом Rd — обозначен КПД динамического типа. Его значение можно найти в справочнике.
3. По формуле i=n1/n2 (n1 — частота вращения двигателя электрического типа, кол-во оборотов/мин) находим передаточное отношение.
4. Используя таблицу ниже, можно определить сервис-фактор Sf. Его еще называют эксплуатационным коэффициентом. Значение этого коэффициента получают эмпирическим путем, руководствуясь типом нагрузки, количеством рабочих часов в сутки и планируемых пусков (остановок) устройства в течение 60 минут.
Запусков/остановок в час
Среднее кол-во рабочих часов в сутки
Плавный запуск, однообразный режим работы, ускорение средней по величине массы
Запуск под умеренной нагрузкой, переменный режим работы, ускорение средней по величине массы
Тяжелые нагрузки, переменный режим работы, ускорение больших по величине масс
5. Выбор типа передачи редуктора.
5.1 Редукторы червячного типа— вариант, который отличается простотой и невысоким уровнем цены. Данные устройства характеризуются компактными размерами, высоким показателем термоустойчивости, невысокой массой и множеством способов их монтажа. Сегодня редукторы червячного типа представляют собой наиболее используемый тип привода. Поскольку оси обоих валов (выходного и входного) пересекаются под прямым углом, то могут быть расположены в любой точке пространства.
5.2 Мотор-редукторы коническо-цилиндрического типа. Применение этого типа привода целесообразно при нагрузках переменного типа, частых пусках, а также при высоких нагрузках (радиальных) на выходном валу. Поскольку оси выходного и входного валов расположены относительно друг друга перпендикулярно, то допускается их размещение в одной плоскости по горизонтали.
5.3 Соосно-цилиндрический вид достаточно популярен. Его использование обуславливает достижение высоких отношений передаточного типа, а также показателя крутящего момента. Конструкция представляет собой предступень (соосную) непосредственно к самому двигателю. Такие механизмы великолепно противостоят радиальным и осевым нагрузкам, действующим на вал. Оси входного и выходного валов расположены на одной прямой, поэтому можно размещать их в любом нужном положении.
6. Зная количество входных и выходных оборотов, крутящий момент, мощность двигателя и сервис-фактор, выбираем редуктор в каталоге.
7. Убедитесь, что выполнение эксплуатационных требований не вызовет затруднений.
8. Проведите сравнение присоединительных и габаритных размеров. Удостоверьтесь, что выбранного пространства хватит для монтажа оборудования.
Если у вас возникли сложности с подбором редуктора — напишите или позвоните нам, наши консультанты решат все Ваши вопросы.
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;
- мощность;
- обороты на выходе;
- передаточное число редуктора;
- конструкция входного и выходного валов;
- тип монтажа;
- дополнительные функции.
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.
- Конструкция червячных редукторов позволяет использовать их при любом положении выходного вала.
- Применение цилиндрических и конических моделей чаще возможно в горизонтальной плоскости. При одинаковых с червячными редукторами массо-габаритных характеристиках эксплуатация цилиндрических агрегатов экономически целесообразней за счет увеличения передаваемой нагрузки в 1,5-2 раза и высокого КПД.
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 – предельный крутящий момент, выдерживаемый редуктором при постоянной или изменяющейся нагрузках, эксплуатации с частыми пусками/остановками. Данное значение можно трактовать как моментальную пиковую нагрузку в режиме работы оборудования.
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 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 2-8 | 9-16h | 17-24 | |||
| Плавный запуск, статичный режим эксплуатации, ускорение массы средней величины | 0,75 | 1 | 1,25 | 1,5 | |
| 10-50 | 1 | 1,25 | 1,5 | 1,75 | |
| 80-100 | 1,25 | 1,5 | 1,75 | 2 | |
| 100-200 | 1,5 | 1,75 | 2 | 2,2 | |
| Умеренная нагрузка при запуске, переменный режим, ускорение массы средней величины | 1 | 1,25 | 1,5 | 1,75 | |
| 10-50 | 1,25 | 1,5 | 1,75 | 2 | |
| 80-100 | 1,5 | 1,75 | 2 | 2,2 | |
| 100-200 | 1,75 | 2 | 2,2 | 2,5 | |
| Эксплуатация при тяжелых нагрузках, переменный режим, ускорение массы большой величины | 1,25 | 1,5 | 1,75 | 2 | |
| 10-50 | 1,5 | 1,75 | 2 | 2,2 | |
| 80-100 | 1,75 | 2 | 2,2 | 2,5 | |
| 100-200 | 2 | 2,2 | 2,5 | 3 | |
Мощность привода
Правильно рассчитанная мощность привода помогает преодолевать механическое сопротивление трения, возникающее при прямолинейных и вращательных движениях.
Элементарная формула расчета мощности [Р] – вычисление соотношения силы к скорости.
При вращательных движениях мощность вычисляется как соотношение крутящего момента к числу оборотов в минуту:
P = (MxN)/9550
где
M – крутящий момент;
N – количество оборотов/мин.
Выходная мощность [P2] вычисляется по формуле:
P2 = P x Sf
где
P – мощность;
Sf – сервис-фактор (эксплуатационный коэффициент).
ВАЖНО!
Значение входной мощности всегда должно быть выше значения выходной мощности, что оправдано потерями при зацеплении:
P1 > 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:
ñ [%] = (P2/P1) x 100
где
P2 – выходная мощность;
P1 – входная мощность.
Чем выше передаточное отношение, тем ниже КПД.
На КПД влияет продолжительность эксплуатации и качество смазочных материалов, используемых для профилактического обслуживания мотор-редуктора.
Таблица 4. КПД червячного одноступенчатого редуктора
| Передаточное число | КПД при aw, мм | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 40 | 50 | 63 | 80 | 100 | 125 | 160 | 200 | 250 | |
| 8,0 | 0,88 | 0,89 | 0,90 | 0,91 | 0,92 | 0,93 | 0,94 | 0,95 | 0,96 |
| 10,0 | 0,87 | 0,88 | 0,89 | 0,90 | 0,91 | 0,92 | 0,93 | 0,94 | 0,95 |
| 12,5 | 0,86 | 0,87 | 0,88 | 0,89 | 0,90 | 0,91 | 0,92 | 0,93 | 0,94 |
| 16,0 | 0,82 | 0,84 | 0,86 | 0,88 | 0,89 | 0,90 | 0,91 | 0,92 | 0,93 |
| 20,0 | 0,78 | 0,81 | 0,84 | 0,86 | 0,87 | 0,88 | 0,89 | 0,90 | 0,91 |
| 25,0 | 0,74 | 0,77 | 0,80 | 0,83 | 0,84 | 0,85 | 0,86 | 0,87 | 0,89 |
| 31,5 | 0,70 | 0,73 | 0,76 | 0,78 | 0,81 | 0,82 | 0,83 | 0,84 | 0,86 |
| 40,0 | 0,65 | 0,69 | 0,73 | 0,75 | 0,77 | 0,78 | 0,80 | 0,81 | 0,83 |
| 50,0 | 0,60 | 0,65 | 0,69 | 0,72 | 0,74 | 0,75 | 0,76 | 0,78 | 0,80 |
Таблица 5. КПД волнового редуктора
| Передаточное число | 63 | 80 | 100 | 125 | 160 | 200 | 250 | 315 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| КПД | 0,83 | 0,82 | 0,80 | 0,78 | 0,75 | 0,72 | 0,70 | 0,65 |
Таблица 6. КПД зубчатых редукторов
| Тип редуктора | КПД |
|---|---|
| Цилиндрический и конический одноступенчатый | 0,98 |
| Цилиндрический и коническо-цилиндрический двухступенчатый | 0,97 |
| Цилиндрический и коническо-цилиндрический трехступенчатый | 0,96 |
| Цилиндрический и коническо-цилиндрический четырехступенчатый | 0,95 |
| Планетарный одноступенчатый | 0,97 |
| Планетарный двухступенчатый | 0,95 |
Взрывозащищенные исполнения мотор-редукторов
Мотор-редукторы данной группы классифицируются по типу взрывозащитного исполнения:
- «Е» – агрегаты с повышенной степенью защиты. Могут эксплуатироваться в любом режиме работы, включая внештатные ситуации. Усиленная защита предотвращает вероятность воспламенений промышленных смесей и газов.
- «D» – взрывонепроницаемая оболочка. Корпус агрегатов защищен от деформаций в случае взрыва самого мотор-редуктора. Это достигается за счет его конструктивных особенностей и повышенной герметичности. Оборудование с классом взрывозащиты «D» может применяться в режимах предельно высоких температур и с любыми группами взрывоопасных смесей.
- «I» – искробезопасная цепь. Данный тип взрывозащиты обеспечивает поддержку взрывобезопасного тока в электрической сети с учетом конкретных условий промышленного применения.
Показатели надежности
Показатели надежности мотор-редукторов приведены в таблице 7. Все значения приведены для длительного режима эксплуатации при постоянной номинальной нагрузке. Мотор-редуктор должен обеспечить 90% указанного в таблице ресурса и в режиме кратковременных перегрузок. Они возникают при пуске оборудования и превышении номинального момента в два раза, как минимум.
Таблица 7. Ресурс валов, подшипников и передач редукторов
| Показатель | Тип редуктора | Значение,ч |
|---|---|---|
| 90% ресурса валов и передач | Цилиндрический, планетарный, конический, коническо-цилиндрический | 25000 |
| 90% ресурса подшипников | Червячный, волновой, глобоидный | 10000 |
| Цилиндрический, планетарный, конический, коническо-цилиндрический | 12500 | |
| Червячный | 5000 | |
| Глобоидный, волновой | 10000 |
По вопросам расчета и приобретения мотор редукторов различных типов обращайтесь к нашим специалистам. Здесь можно ознакомиться с каталогом червячных, цилиндрических, планетарных и волновых мотор-редукторов, предлагаемых компанией Техпривод.
Романов Сергей Анатольевич,
руководитель отдела механики
компании Техпривод.
Как подобрать редуктор по передаточному числу таблица
От правильности выбора редуктора зависит не только его надежность, но и долговечность.
Ошибки при расчете и выборе редуктора ведут к преждевременному выходу его из строя и остановке оборудования.
Расчет необходимо начинать с составления кинематической схемы привода — это позволит определиться с типом редуктора необходимым для данного привода.
Типы редуктора различаются конструктивно:
Цилиндрические горизонтальные редукторы имеют параллельное расположение осей входных и выходных валов, которые лежат в одной горизонтальной плоскости.
Цилиндрические вертикальные редукторы имеют параллельное расположение осей входных и выходных валов, которые лежат в одной вертикальной плоскости.
Червячные одноступенчатые редукторы имеют скрещенные под углом 90 градусов оси входных и выходных валов.
Коническо-цилиндрические редукторы имеет пересекающиеся под углом 90 градусов оси входных и выходных валов, которые лежат в одной горизонтальной плоскости.
Особое значение имеет расположение выходного вала редуктора в пространстве:
в червячных редукторах конструкция редуктора позволяет применять один и тот же редуктор для любого положения выходного вала в пространстве;
в цилиндрических и конических редукторах в большинстве случаев возможно расположение выходных валов только в горизонтальной плоскости, но при одинаковых габаритах с червячными редукторами эти редукторы передают через себя нагрузку в 1,5-2 раза большую имеют более высокую КПД, более долговечны — значит эффективнее.
Определение передаточного числа редуктора
Передаточное отношение редуктора:
U=nвх/nвых
nвх — количество оборотов входного вала редуктора, т.е. обороты электродвигателя, об/мин.
nвых — необходимое количество оборотов выходного вала редуктора, об/мин.
Полученное передаточное число округляется до передаточного числа из типового ряда для данных типов редукторов.
При выборе электродвигателя частота вращения вала двигателя, а следовательно и входного вала редуктора не должна превышать
1500 об/мин для всех редукторов. Обороты электродвигателя следует выбирать из технических характеристик электродвигателей.
Определение количества ступеней редуктора
Количество ступеней по типу редуктора определяется по таблице, исходя из рассчитанного передаточного числа.
Диапазон передаточных чисел
Цилиндрический одноступенчатый
Цилиндрический двухступенчатый
Цилиндрический трехступенчатый
Червячный одноступенчатый
Червячный двухступенчатый
Коническо-цилиндрический одноступенчатый
Коническо-цилиндрический двухступенчатый
Выбор габарита редуктора
Исходными данными для выбора редуктора будут мощность, обороты электродвигателя и передаточное число редуктора необходимого для Вашего привода.
Расчет редуктора сводится к проверочному расчету по допустимому крутящему моменту на выходном валу редуктора:
Т=(9550*Р* U * N )/ (К* nвх)
Р — мощность электродвигателя, кВт
U — передаточное число редуктора
N — КПД редуктора ( для цилиндрического редуктора принимается 0,97-0,98, для червячных редукторов принимается для каждого передаточного числа по техническим характеристикам)
nвх — количество оборотов входного вала редуктора или электродвигателя, об/мин
К — коэффициент эксплуатации выбирается по таблице.
Режим эксплуатации по ГОСТ 21354-87
«0»-непрерывный ПВ 100%