Что такое коэффициент полезного действия 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.

Видео:Коэффициент полезного действия (КПД)Скачать

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

Видео:Принцип работы редуктора. Виды редукторов. Курсовая.Скачать

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.

Читайте также: Задний редуктор хендай портер

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.

Читайте также: Квадроцикл снятие заднего редуктора

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.

Видео:Детали машин. КПД редуктора. lcontent.ruСкачать

Расчет мотор-редуктора

Правильный расчет редуктора перед покупкой крайне важен, поскольку от него напрямую зависит срок службы как самого устройства, так и связанных с ним агрегатов. В противном случае существует большой риск их преждевременного износа из-за перегрузки или вероятность поломки. Именно поэтому при подборе следует учитывать:

• тип;
• мощность;
• максимальный момент на выходном валу;
• частоту оборотов;
• передаточные числа;
• КПД;
• ремонтопригодность;
• варианты исполнения в плане взрывозащищенности и взрывобезопасности.

Видео:Определение КПД цилиндрического редуктораСкачать

Тип редуктора

На основе конструктивных особенностей различают: одноступенчатый и двухступенчатый червячный, горизонтально-цилиндрический, соосный цилиндрический и коническо-цилиндрический редуктор. В первых двух типах оба вала (входной и выходной) располагаются под углом 90° друг к другу (для моделей с двумя ступенями возможно и параллельное расположение), что позволяет монтировать их в любых пространственных положениях. Устройства на основе зубчатых колес в силу особенностей компоновки и принципов действия чаще всего устанавливаются горизонтально – следует учитывать это при их выборе. По сравнению с червячными приводами они обладают более высоким КПД (из-за меньших потерь мощности при зацеплении зубчатых колес) и выходным моментом (при равных габаритах и массе).

Видео:Устройство планетарного редуктора. Принцип работы и конструкция редуктора.Скачать

Передаточное число [I]

Одна из важнейших величин при расчете редуктора, представляющая собой отношение частоты вращения входного вала (N1) к частоте вращения выходного (N2), и определяющаяся по формуле I = N1/N2.

Следует помнить, что первая величина напрямую зависит от номинальных оборотов электромотора и никогда не должна превышать 1500 об./мин. Исключением являются лишь соосные цилиндрические редукторы, рассчитанные на частоту вращения на входе до 3000 об./мин.

Читайте также: Что такое редуктор в вагоне

Видео:Работа линейного редуктора в динамикеСкачать

Крутящий момент редуктора

При расчете редуктора важно учитывать, что необходимый момент вращения (Мс2) не соответствует напрямую моменту на выходном валу, а рассчитывается по формуле:

• Mc2 – расчетный момент;
• Mr2 – необходимый момент, не превышающий номинального;
• Sf – сервис-фактор;
• Mn2 – номинальный момент.

Максимальный момент вращения является предельной нагрузкой на редуктор и недопустим при постоянной работе.

Видео:Редуктор. Устройство. Конструкция. Виды и типы редукторовСкачать

Эксплуатационный коэффициент (сервис-фактор)

Его величина рассчитывается экспериментальным путем и подразумевает испытание устройства продолжительностью работы, нагрузками разной величины и количеством стартов и остановок в течение часа. Для его определения под конкретные условия эксплуатации вы можете воспользоваться помощью наших специалистов.

Видео:Урок 85 (осн). Коэффициент полезного действия механизмаСкачать

Мощность привода

Она позволяет преодолевать возникающую при передаче движения силу трения. Ее величина определяется отношением момента вращения (M) к частоте оборотов (N) и рассчитывается согласно формуле: P = (MxN)/9550.

Мощность на выходном валу (P2) вычисляется как P2 = P x Sf, где последняя величина – сервис-фактор. Обязательно следует помнить, что из-за потерь, возникающих в результате трения при зацеплении зубчатых колес, выходная мощность должна всегда быть ниже входной.

Видео:Испытания линейного редуктораСкачать

Коэффициент полезного действия (КПД)

При расчете редуктора КПД определяется как отношение мощности на выходном валу к мощности, подаваемой на входной. Он измеряется в процентах и вычисляется по следующей формуле: n = (P2/P1) x 100. В устройствах, работающих по принципу червячной передачи, величина Р2 всегда будет заметно ниже, чем Р1, поскольку часть мощности расходуется при зацеплении пары во время передачи вращения.

На итоговый размер коэффициента полезного действия влияют такие факторы, как передаточное число (чем оно выше, тем КПД ниже), длительность эксплуатации (обуславливающая износ элементов агрегата), тип и состав смазочных материалов, а также частота их замены (поскольку от них в широких пределах зависит изменение коэффициента трения).

Видео:Видеоурок по Деталям машин.Редуктора.Скачать

Типы взрывозащищенного исполнения

Выделяют 3 основные категории редукторов и мотор-редукторов по классу взрывозащищенности:

• Е – устройства с повышенной степенью защищенности. Пригодны для эксплуатации в любых условиях, в том числе при возникновении внештатных ситуаций. Благодаря высокой герметичности корпуса подходят для использования в средах взрывоопасных и горючих газов и газо-воздушных смесей без риска воспламенения последних;
• D – мотор-редукторы со взрывонепроницаемым корпусом, неразрушимым в случае взрыва самого агрегата. Отличаются полной герметичностью оболочки и безопасностью, которая позволяет использовать их в средах любых взрывоопасных газов и смесей, а также при предельно высоких эксплуатационных температурах;
• I – устройства с увеличенной искробезопасностью. Подразумевают поддержку взрывобезопасного тока в питающей цепи в соответствии с конкретными производственными условиями.

Видео:Цилиндрические редуктора ЦУ, Ц2У, РМ, РЦД, ЦДН, РЦ1, Мотор-Редуктор-Пром-КРСкачать

Показатели надежности

Подразумевается срок службы (ресурс) тех или иных частей агрегата при условии продолжительной эксплуатации. Для валов и элементов передачи (зубчатых колес, червячных пар) он составляет:

• у редукторов планетарного, коническо-цилиндрического, конического и цилиндрического типов – 25 000 часов;
• у редукторов глобоидного, червячного и волнового типов – 10 000 часов.

Для подшипников, используемых в указанных ниже редукторах, ресурс составляет:

• коническо-цилиндрических, планетарных, цилиндрически и конических – 12 500 часов;
• червячных – 5 000 часов;
• волновых, глобоидных – 10 000 часов.

При расчете редукторов нужно учитывать, что указанные конструктивные элементы должны оставаться в работоспособном состоянии в течение срока, составляющего не менее 90% от приведенных величин. Это относится только к нормальным условиям эксплуатации. При их нарушении (например, несвоевременной замене масла) скорость износа комплектующих резко увеличится, а ресурс сократится.

Наше предприятие «ТехПривод» предлагает широкий выбор редукторов и мотор-редукторов по оптимальным ценам, в любых требуемых объемах и с доставкой во все регионы страны. Чтобы рассчитать мощность, момент и другие требуемые параметры оборудования, свяжитесь со специалистами компании.

• Свежие записи
  • Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
  • Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
  • Какие моторы бывают у стиральных машин
  • Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
  • Как снять стопорную шайбу с вала

  
  

  источники:

  https://evakuatorinfo.ru/chto-takoe-koeffitsient-poleznogo-deystviya-reduktora

  💡 Видео

  Коэффициент полезного действия. (КПД). 9 класс.Скачать

  

  ОТВЕТЫ НА ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ: Ввод мотор-редуктора в эксплуатациюСкачать

  

  Пятиступенчатый соосно - конический мотор редукторСкачать

  

  Плоскоцилиндрический редуктор Motovario серии SСкачать

  

  цилиндрические соосные редукторы Motovario HA HUСкачать

  

  Вебинар «Редукторы Meyertec RV»Скачать

  

  Редуктор увеличивает крутящий моментСкачать

  

  Планетарные редукторыСкачать

  

  Определение КПД червячного редуктораСкачать