Що таке ККД редуктора. Визначення механічного ккд редуктора з прямозубими циліндричними колесами. Види циліндричних редукторів

Редуктор черв'ячний - один із класів механічних редукторів. Редуктори класифікуються за типом механічної передачі. Гвинт, який лежить в основі черв'ячної передачі, зовні схожий на хробака, звідси й назву.

Мотор-редуктор- Це агрегат, що складається з редуктора та електродвигуна, які складаються в одному блоці. Мотор-редуктор черв'яковийстворенодля того, щоб працювати як електромеханічний двигун в різних машинах загального призначення. Примітно те, що даний видобладнання добре працює як при постійних, так і при змінних навантаженнях.

У черв'ячному редукторі збільшення моменту, що крутить, і зменшення кутової швидкості вихідного валу відбувається за рахунок перетворення енергії, укладеної у високій кутовій швидкості і низькому крутному моменті на вхідному валу.

Помилки при розрахунку та виборі редуктора можуть призвести до передчасного виходу його з ладу і, як наслідок, найкращому випадку до фінансових втрат.

Тому роботу з розрахунку та вибору редуктора необхідно довіряти досвідченим фахівцям-конструкторам, які врахують усі фактори від розташування редуктора у просторі та умов роботи до температури нагрівання його в процесі експлуатації. Підтвердивши це відповідними розрахунками, фахівець забезпечить вибір оптимального редуктора під Ваш конкретний привід.

Практика показує, що правильно підібраний редуктор забезпечує термін служби не менше 7 років – для черв'ячних та 10-15 років для циліндричних редукторів.

Вибір будь-якого редуктора здійснюється у три етапи:

1. Вибір типу редуктора

2. Вибір габариту (типорозміру) редуктора та його характеристик.

3. Перевірочні розрахунки

1. Вибір типу редуктора

1.1 Вихідні дані:

Кінематична схема приводу із зазначенням всіх механізмів, що приєднуються до редуктора, їх просторового розташування відносно один одного із зазначенням місць кріплення та способів монтажу редуктора.

1.2 Визначення розташування осей валів редуктора у просторі.

Циліндричні редуктори:

Вісь вхідного та вихідного валу редуктора паралельні один одному і лежать лише в одній горизонтальній площині – горизонтальний циліндричний редуктор.

Вісь вхідного та вихідного валу редуктора паралельні один одному і лежать лише в одній вертикальній площині – вертикальний циліндричний редуктор.

Вісь вхідного і вихідного валу редуктора може перебувати в будь-якому просторовому положенні при цьому ці осі лежать на одній прямій (збігаються) - циліндричний співвісний або планетарний редуктор.

Конічно-циліндричні редуктори:

Вісь вхідного та вихідного валу редуктора перпендикулярні один одному і лежать лише в одній горизонтальній площині.

Черв'якові редуктори:

Вісь вхідного і вихідного валу редуктора може бути в будь-якому просторовому положенні, при цьому вони схрещуються під кутом 90 градусів один одному і не лежать в одній площині - одноступінчастий черв'ячний редуктор.

Вісь вхідного і вихідного валу редуктора може бути в будь-якому просторовому положенні, при цьому вони паралельні один одному і не лежать в одній площині, або вони схрещуються під кутом 90 градусів один одному і не лежать в одній площині - двоступінчастий редуктор.

1.3 Визначення способу кріплення, монтажного положення та варіанта складання редуктора.

Спосіб кріплення редуктора та монтажне положення (кріплення на фундамент або на ведений вал приводного механізму) визначають за наведеними в каталозі технічними характеристиками для кожного редуктора індивідуально.

Варіант збирання визначають за наведеними в каталозі схемами. Схеми «Варіантів збирання» наведено у розділі «Позначення редукторів».

1.4 Додатково під час вибору типу редуктора можуть враховуватися такі фактори

1) Рівень шуму

• найнижчий - у черв'ячних редукторів
• найвищий - у циліндричних та конічних редукторів

2) Коефіцієнт корисної дії

• найвищий - у планетарних та одноступінчастих циліндричних редукторах
• найнижчий - у черв'якових, особливо двоступінчастих

Черв'якові редуктори переважно використовувати у повторно-короткочасних режимах експлуатації

3) Матеріаломісткість для тих самих значень крутного моменту на тихохідному валу

• найнижча - у планетарних одноступінчастих

4) Габарити при однакових передавальних числах та крутних моментах:

• найбільші осьові - у співвісних та планетарних
• найбільші у напрямку перпендикулярному осям - у циліндричних
• найменші радіальні – до планетарних.

5) Відносна вартість руб/(Нм) для однакових міжосьових відстаней:

• найвища - у конічних
• найнижча - у планетарних

2. Вибір габариту (типорозміру) редуктора та його характеристик

2.1. Вихідні дані

Кінематична схема приводу, що містить такі дані:

• вид приводної машини (двигуна);
• необхідний крутний момент на вихідному валу Т треб, Нхм, або потужність рухової установки Р треб, кВт;
• частота обертання вхідного валу редуктора n вх, об/хв;
• частота обертання вихідного валу редуктора n вих, об/хв;
• характер навантаження (рівномірне або нерівномірне, реверсивне або нереверсивне, наявність і величина перевантажень, наявність поштовхів, ударів, вібрацій);
• необхідна тривалість експлуатації редуктора у годиннику;
• середня щодобова робота у годиннику;
• кількість включень за годину;
• тривалість включень із навантаженням, ПВ %;
• умови довкілля(температура, умови відведення тепла);
• тривалість включень під навантаженням;
• радіальне консольне навантаження, прикладене в середині посадкової частини кінців вихідного валу F вих і вхідного валу F вх;

2.2. При виборі габариту редуктора проводиться розрахунок наступних параметрів:

1) Передавальне число

U= n вх /n вих (1)

Найбільш економічною є експлуатація редуктора при частоті обертання на вході менше 1500 об/хв, а з метою більш тривалої роботи редуктора безвідмовної рекомендується застосовувати частоту обертання вхідного валу менше 900 об/хв.

Передатне число округляють у потрібну сторону до найближчого числа згідно з таблицею 1.

По таблиці відбираються типи редукторів, що задовольняють заданому передатному числу.

2) Розрахунковий момент, що крутить, на вихідному валу редуктора

Т розрахун = Т вимагати х До реж, (2)

Т вимагає - необхідний крутний момент на вихідному валу, Нхм (вихідні дані, або формула 3)

К реж - коефіцієнт режиму роботи

При відомій потужності рухової установки:

Т треб = (Р треб х U х 9550 х ККД) / n вх, (3)

Р треб - потужність рухової установки, кВт

n вх - частота обертання вхідного валу редуктора (за умови, що вал рухової установки безпосередньо без додаткової передачі передає обертання на вхідний вал редуктора), об/хв

U - передавальне число редуктора, формула 1

ККД – коефіцієнт корисної дії редуктора

Коефіцієнт режиму роботи визначається як добуток коефіцієнтів:

Для зубчастих редукторів:

К ріж = К 1 х До 2 х До 3 х К ПВ х Крев (4)

Для черв'ячних редукторів:

К реж = К 1 х К 2 х К 3 х К ПВ х Крев х К ч (5)

К 1 - коефіцієнт типу та характеристик рухової установки, таблиця 2

К 2 - коефіцієнт тривалості роботи таблиця 3

К 3 - коефіцієнт кількості пусків таблиця 4

До ПВ – коефіцієнт тривалості включень таблиця 5

Крев - коефіцієнт реверсивності, при нереверсивній роботі Крев =1,0 при реверсивній роботі Крев =0,75

К ч - коефіцієнт, що враховує розташування черв'ячної пари у просторі. При розташуванні хробака під колесом К ч = 1,0, при розташуванні над колесом К ч = 1,2. При розташуванні черв'яка збоку колеса К год = 1,1.

3) Розрахункове радіальне консольне навантаження на вихідному валу редуктора

F вих. розр = F вих х К реж, (6)

F вих - радіальне консольне навантаження, прикладене в середині посадкової частини кінців вихідного валу (вихідні дані), Н

К реж - коефіцієнт режиму роботи (формула 4,5)

3. Параметри редуктора, що вибирається, повинні задовольняти наступним умовам:

1) Т ном > Т розрах., (7)

Т ном - номінальний крутний момент на вихідному валу редуктора, що наводиться в даному каталозі в технічні характеристикидля кожного редуктора, НХМ

Т расч - розрахунковий момент, що крутить, на вихідному валу редуктора (формула 2), Нхм

2) F ном > F вих.

F ном - номінальне консольне навантаження в середині посадкової частини кінців вихідного валу редуктора, що приводиться в технічних характеристиках для кожного редуктора Н.

F вих.розч - розрахункове радіальне консольне навантаження на вихідному валу редуктора (формула 6), Н.

3) Р вх.< Р терм х К т, (9)

Р вх. розрахункова потужністьелектродвигуна (формула 10), кВт

Р терм - термічна потужність, значення якої наводиться у технічних характеристиках редуктора, кВт

До т - температурний коефіцієнтзначення якого наведено в таблиці 6

Розрахункова потужність електродвигуна визначається:

Р вх.расч = (Т вих х n вих) / (9550 х ККД), (10)

Т вих - розрахунковий момент, що крутить, на вихідному валу редуктора (формула 2), Нхм

n вих - частота обертання вихідного валу редуктора, об/хв

ККД - коефіцієнт корисної дії редуктора,

А) Для циліндричних редукторів:

• одноступінчастих - 0,99
• двоступінчастих - 0,98
• триступінчастих - 0,97
• чотириступінчастих - 0,95

Б) Для конічних редукторів:

• одноступінчастих - 0,98
• двоступінчастих - 0,97

В) Для конічно-циліндричних редукторів - як добуток значень конічної та циліндричної частин редуктора.

Г) Для черв'ячних редукторів ККД наводиться в технічних характеристиках кожного редуктора кожного передавального числа.

Купити редуктор черв'яковий, дізнатися вартість редуктора, правильно підібрати необхідні компоненти та допомогти з питаннями, що виникають під час експлуатації, Вам допоможуть менеджери нашої компанії.

Таблиця 1

Таблиця 2

Провідна машина	Генератори, елеватори, відцентрові компресори, конвеєри, що рівномірно завантажуються, змішувачі рідких речовин, насоси відцентрові, шестеренні, гвинтові, стрілові механізми, повітродувки, вентилятори, пристрої, що фільтрують.	Водоочисні споруди, нерівномірно завантажувані конвеєри, лебідки, тросові барабани, ходові, поворотні, підйомні механізмипідйомних кранів, бетономішалки, печі, трансмісійні вали, різаки, дробарки, млина, обладнання для нафтової промисловості.	Пробійні преси, вібраційні пристрої, лісопильні машини, гуркіт, одноциліндрові компресори.	Устаткування для виробництва гумотехнічних виробів та пластмас, змішувальні машини та обладнання для фасонного прокату.
Електродвигун, парова турбіна
4-х, 6-ти циліндрові двигуни внутрішнього згоряння, гідравлічні та пневматичні двигуни
1-х, 2-х, 3-х циліндрові двигуни внутрішнього згоряння

Таблиця 3

Таблиця 4

Таблиця 5

Таблиця 6

охолодження	Температура навколишнього середовища,	Тривалість включення, ПВ%.
Редуктор без стороннього охолодження.
Редуктор із спіраллю водяного охолодження.

Лабораторна робота №5.

Дослідження ККД редуктора.

Цілі та завдання роботи : вивчення методу експериментального визначення коефіцієнта корисної дії (ККД) редуктора, отримання залежності ККД редуктора від величини моменту опору, прикладеного до вихідного валу редуктора математичної моделі, що описує залежність ККД редуктора від моменту опору та визначення величини моменту опору, що відповідає максимальному значеннюККД.

5.1.Загальні відомості про ККД механізмів.

Енергія, що підводиться до механізму у вигляді роботи Ад рушійних сил і моментів за цикл режиму, що встановлений, витрачається на здійснення корисної роботи Апс тобто. роботи сил і моментів корисного опору, а також на здійснення роботи А т, пов'язаної з подоланням сил тертя в кінематичних парах і сил опору середовища: А д = А пс + А т. Значення А пс і А т підставляються в це і наступні рівняння абсолютної величини. Механічним коефіцієнтом корисної дії називається відношення:

Таким чином ККД показує, яка частка механічної енергії, підведеної до машини, корисно витрачається скоєння тієї роботи, на яку машина створена, тобто. є важливою характеристикоюмеханізму машин. Так як втрати на тертя неминучі, то завжди<1. В уравнении (5.1) вместо работ А д и А пс, совершаемых за цикл, можно подставлять средние за цикл значения соответствующих мощностей:

(5.2)

Редуктор- Це зубчастий механізм, призначений для зменшення кутової швидкості вихідного валу по відношенню до вхідного.Відношення кутової швидкості на вході до кутової швидкості на виході називають передатним ставленням редуктора:

Для редуктора рівняння (5.2) набуває вигляду:

(5.4)

Тут М Зта М Д- Середні значення моментів на вихідному та вхідному валах редуктора. Експериментальне визначення ККД засноване на вимірі значень М Зі М дта розрахунку за формулою (5.4).

5.2.Фактори. Визначення поля варіювання факторів.

Чинниками називають параметри системи, які впливають на величину, що вимірюється, і можуть цілеспрямовано змінюватися в процесі експерименту. При дослідженні ККД редуктора факторами є момент опору М на вихідному валу і частота обертання вхідного валу редуктора n 2 .

На першому етапі експерименту необхідно визначити граничні значення факторів, які можна реалізувати та виміряти на даній установці, та побудувати поле варіювання факторів. Приблизно це поле можна побудувати за чотирма точками. Для цього при мінімальному моменті опору (гальмо установки вимкнено) регулятором частоти обертання встановлюють її мінімальне та максимальне значення. У журналі реєструють показання тахометра та , а також відповідні показання індикатора гальма та . При цьому якщо значення перевищує верхню межу шкали тахометра, то приймають її рівною найбільшому значенню цієї шкали.

Потім включають гальмо та регулятором моменту встановлюють максимальний момент опору М C max. Регулятором частоти обертання встановлюють спочатку максимальне для навантаження значення частоти , а потім мінімальне стійке (близько 200 об/хв). У журналі реєструють значення частоти і відповідні їм показання індикатора гальма і Зображуючи отримані чотири точки на координатній площині і з'єднуючи їх прямими лініями, будують поле варіювання факторів (рис. 5.1). Усередині цього поля (з деякими відступами від кордонів) вибирають область дослідження – межі зміни факторів в експерименті. При однофакторному експерименті змінюють лише одне із чинників, решта підтримують на заданому постійному рівні. У цьому випадку область дослідження є відрізком прямої (див. рис. 5.1, пряма n д= Const).

5.3. Вибір моделі та планування експерименту.

Як математичну модель досліджуваного процесу найчастіше використовують поліноми. В даному випадку для залежності при n д=const

приймаємо поліном виду

Завдання експерименту полягає у отриманні емпіричних даних для обчислення оцінок коефіцієнтів цієї моделі. Так як при М С = 0 ККД системи дорівнює нулю, то поліном можна спростити, виключивши з нього член b 0 , Який дорівнює нулю. Результати експерименту обробляють на ЕОМ за програмою "KPD", що дозволяє визначати коефіцієнти моделі b kта виводити на друк графіки залежностей: експериментальної із зазначенням довірчих інтервалів та побудованої за моделлю, а також значення моменту опору М С0, що відповідає максимальному

5.4. Опис експериментальної установки.

Дослідження ККД редуктора проводять на установці типу ДП-4. Установка (рис.5.2) містить об'єкт дослідження - редуктор 2 (планетарний, черв'яковий, рядний, хвильовий), джерело механічної енергії - електродвигун 1, споживач енергії - порошкове електромагнітне гальмо 3, два регулятори: потенціометр 5 регулятора частоти обертання двигуна і потенціометр 4 регулятора моменту гальма, а також пристрої для вимірювання частоти - обертання двигуна (тахометр 6) та крутних моментів на валу двигуна та гальма.

Пристрої для вимірювання моментів двигуна та гальма аналогічні конструкції (рис.5.3). Вони складаються з опори з підшипниками кочення, яка забезпечує можливість повороту статора 1 і ротора 2 щодо підстави вимірювального важеля з плечем l і, що спирається на пластинчасту пружину 4 і стрілочного індикатора 3. Прогин пружини вимірюють за допомогою індикатора, значення прогину пропорційно крутний момент на статорі. Значення моменту на роторі приблизно оцінюють по моменту на статорі, нехтуючи моментами тертя і вентиляційних втрат. Для тарування індикаторів установка комплектується знімними важелями 6, на які з кроком l нанесені поділки, і вантажами 5. На важелях тарування двигуна lд = 0.03 м, гальма l д=0.04 м. Маси вантажів дорівнюють: m 5д= 0.1 кг та m 5т = 1 кг відповідно. Порошкове гальмо являє собою пристрій, що складається з ротора і статора, кільцевому зазорі між якими розміщений феромагнітний порошок. Змінюючи потенціометром 5 напругу на обмотках статора гальма, можна зменшувати або збільшувати силу опору зсуву між частинками порошку та момент опору на валу гальма.

5.5. Тарування індикаторів вимірювачів моментів.

Тарування- експериментальне визначення залежності (аналітичної чи графічної) між показаннями вимірювального приладу (індикатора) та вимірюваною величиною (крутним моментом).При таруванні вимірювальний пристрій за допомогою важеля і вантажу навантажують відомими за значенням моментами, що крутять, М т i і реєструють показання індикатора.
Щоб унеможливити вплив початкового моменту М т o = G 5 l o, переходять із системи координат f" 0" M" у систему f 0 M (рис. 5.4), тобто встановлюють шкалу індикатора на нуль після розміщення вантажу G 5 у нульового значення шкали на важелі.

Під час тарування знаходять середні значення показань індикатора гальма на всіх ступенях навантаження М т c i. Тарувальна залежність для моменту двигуна має вигляд . Область дослідження та рівні фактора при таруванні визначаються довжиною та кроком розмітки важелів 6 та масами вантажів 5.

Для отримання тарирувальної залежності проводять N оригінальних дослідів (при різних рівнях М т i) з mповторами кожному рівні, де N >=k + 1; m >= 2; k - число коефіцієнтів моделі (приймають N = 5, m >= 2; k - число коефіцієнтів моделі (приймають N = 5, m = 3). Коефіцієнти тарірувальної залежності b kрозраховують за масивом результатів тарування на ЕОМ за програмою "KPD".

Мета роботи: 1. Визначення геометричних параметрів зубчастих коліс та обчислення передавальних чисел.

3. побудова графіків залежності при і за .

Роботу виконав: П.І.Б.

група

Роботу прийняв:

Результати вимірювань та розрахунку параметрів коліс та редуктора

Число зубів

Діаметр вершин зубів d а, мм

Модуль mза формулою (7.3), мм

Міжосьова відстань a wза формулою (7.4), мм

Передавальне число uза формулою (7.2)

Загальне передатне число за формулою (7.1)

Кінематична схема редуктора

Таблиця 7.1

Графік залежності при

η

T 2 , Н∙мм

Таблиця 7.2

Досвідчені дані та результати розрахунків

Графік залежності при

η

n, хв -1

Контрольні питання

1. Які втрати є в зубчастій передачі та які найефективніші заходи щодо зниження втрат у передачі?

2. Сутність відносних, постійних та навантажувальних втрат.

3. Як змінюється ККД передачі в залежності від потужності, що передається?

4. Чому ККД із зростанням ступеня точності зубчастих коліс та передач підвищується?

Лабораторна робота №8

ВИЗНАЧЕННЯ ККД ЧЕРВ'ЯЧНОГО РЕДУКТОРА

Мета роботи

1. Визначення геометричних параметрів черв'яка та черв'ячного колеса.

2. Зображення кінематичної схеми редуктора.

3. Побудова графіків залежності при і за .

Основні правила з техніки безпеки

1. Увімкнення установки проводити з дозволу викладача.

2. Прилад повинен підключатися до випрямляча, а випрямляч – до мережі.

3. Після закінчення роботи установку від мережі вимкнути.

Опис установки

На литій основі 7 (рис. 8.1) змонтовано досліджуваний редуктор 4 , електродвигун 2 з тахометром 1 , що показує частоту обертання, та навантажувальний пристрій 5 (магнітне порошкове гальмо). На кронштейнах змонтовані вимірювальні пристрої, що складаються із плоских пружин та індикаторів. 3 і 6 , Штоки яких упираються у пружини.

На панелі керування розміщено тумблер 11 , Що включає і вимикає електродвигун; ручка 10 потенціометра, що дозволяє безступінчасто регулювати частоту обертання електродвигуна; тумблер 9 , що включає навантажувальний пристрій, та ручка 8 потенціометра, що дозволяє регулювати гальмівний момент Т 2.

Статор електродвигуна змонтований на двох шарикопідшипниках, встановлених у кронштейні, і може вільно повертатися навколо осі, що збігається з віссю ротора. Реактивний момент, що виник при роботі електродвигуна, повністю передається на статор і діє в напрямку, протилежному обертання якоря. Такий електродвигун називається балансирним.

Мал. 8.1. Встановлення ДП – 4К:

1 - тахометр; 2 - Електродвигун; 3 , 6 – індикатори; 4 - Редуктор черв'яковий;
5 - Гальмо порошкове; 7 - заснування; 8 - Ручка регулювання навантаження;
9 – тумблер увімкнення навантажувального пристрою; 10 – ручка регулювання швидкості обертання електродвигуна; 11 - Тумблер увімкнення електродвигуна

Для вимірювання величини моменту, що розвивається, до статора прикріплений важіль, який натискає на плоску пружину вимірювального пристрою. Деформація пружини передається шток індикатора. По відхилення стрілки індикатора можна будувати висновки про величині цієї деформації. Якщо пружину протарувати, тобто. встановити залежність моменту T 1 , що повертає статор, та числа поділів індикатора, то при виконанні досвіду можна за показаннями індикатора судити про величину моменту T 1, що розвивається електродвигуном.

В результаті тарування вимірювального пристрою електродвигуна встановлено величину тарувального коефіцієнта

Аналогічним способом визначається тарувальний коефіцієнт гальмівного пристрою:

Загальні відомості

Кінематичне дослідження.

Передавальна кількість черв'ячної передачі

де z 2 – кількість зубів черв'ячного колеса;

z 1 - число заходів (витків) черв'яка.

Черв'як редуктора установки ДП-4К має модуль. m= 1,5 мм, що відповідає ГОСТ 2144-93.

Ділильний діаметр черв'яка d 1 та коефіцієнт діаметра черв'яка qвизначаються розв'язком рівнянь

; (8.2)

За ГОСТ 19036-94 (вихідний черв'як і вихідний черв'як, що виробляє) приймається коефіцієнт висоти головки витка .

Розрахунковий крок черв'яка

Хід витка

Ділильний кут підйому

Швидкість ковзання, м/с:

, (8.7)

де n 1 – частота обертання електродвигуна, хв –1.

Визначення ККД редуктора

Втрати потужності в черв'ячному зачепленні складаються із втрат на тертя в зачепленні, тертя в підшипниках та гідравлічних втрат на розмішування та розбризкування масла. Головну частину втрат складають втрати в зачепленні, що залежать від точності виготовлення та збирання, жорсткості всієї системи (особливо жорсткості валу черв'яка), способу мастила, матеріалів черв'яка та зубів колеса, шорсткості контактних поверхонь, швидкості ковзання, геометрії черв'яка та інших факторів.

Загальний ККД черв'ячного редуктора

де η п – ККД, що враховує втрати в одній парі підшипників, для підшипників кочення η п = 0,99 ... 0,995;

n- Число пар підшипників;

η п = 0,99 - ККД, що враховує гідравлічні втрати;

η 3 – ККД, що враховує втрати у зачепленні та визначається за рівнянням

де φ – кут тертя, що залежить від матеріалу черв'яка та зубів колеса, шорсткості робочих поверхонь, якості мастила та швидкості ковзання.

Досвідчене визначення ККД редуктора засноване на одночасному та незалежному вимірі крутних моментів. Т 1 на вхідному та Т 2 на вихідному валах редуктора. ККД редуктора можна визначити за рівнянням

де Т 1 - крутний момент на валу електродвигуна;

Т 2 - крутний момент на вихідному валу редуктора.

Досвідчені значення моментів, що крутять, визначаються за залежностями

де μ 1 та μ 2 – тарувальні коефіцієнти;

k 1 та k 2 – відповідно показання індикаторів вимірювальних пристроїв двигуна та гальма.

Порядок виконання роботи

2. За даними табл. 8.1 звіту побудувати кінематичну схему черв'ячної передачі, навіщо використовувати умовні позначення, показані на рис. 8.2 (ГОСТ 2.770-68).

Мал. 8.2. Умовне позначення черв'ячної передачі
з циліндричним хробаком

3. Включити електродвигун та поворотом ручки 10 потенціометра (див. рис. 8.1) встановити частоту обертання валу електродвигуна n 1 = 1200 хв -1.

4. Встановіть стрілки індикаторів у нульове положення.

5. Поворотом ручки 8 потенціометра навантажувати редуктор різними моментами Т 2 .

Зняття показань індикатора вимірювального пристрою електродвигуна повинне проводитись при вибраній частоті обертання електродвигуна.

6. Записати у табл. 8.2 звіту показання індикатора.

7. За формулами (8.8) та (8.9) обчислити значення Т 1 та Т 2 . Результати обчислень занести до тієї ж таблиці.

8. За даними табл. 8.2 звіту побудувати графік за .

9. Аналогічним способом провести досліди при змінній частоті обертання. Досвідчені дані та результати розрахунків занести до табл. 8.3 звіту.

10. Побудувати графік залежності за .

Зразок оформлення звіту

У більшості механізмів із електричним двигуном стоїть циліндричний редуктор. Він знижує кількість обертів та підвищує потужність агрегату. Зубчастий механізм передачі моменту, що крутить, через циліндричні колеса має найбільш високий ККД в порівнянні з іншими способами. Різні види циліндричних редукторів широко застосовуються в металургійному та машинобудівному устаткуванні, електричному інструменті та автомобілях.

Конструктивні особливості

Основою будь-якого редуктора є передає обертальний момент і змінює число обертів валу. Для циліндричних зачеплень характерна можливість обертатися обидві сторони. При необхідності ведений вал з колесом підключається до двигуна і стає провідним. Вони в цій конструкції розташовані паралельно, горизонтально та вертикально. Пристрій циліндричних редукторів може бути різне, але воно обов'язково включає в свою конструкцію:

• ведучий;
• ведений вал;
• шестірню;
• колесо;
• підшипники;
• корпус;
• кришки;
• систему змащення.

Корпус та кришка відливаються з чавуну або робляться звареними з низьковуглецевого листа товщиною 4 – 10 мм залежно від габаритів та потужності вузла. Звареними роблять маленькі редуктори. Інші мають міцний литий корпус.

Характеристика циліндричних редукторів

Кількість зачеплень, тип зуба та взаємне розташування валів для всіх видів обладнання описує ГОСТ Редуктори циліндричні. У ньому вказані типорозміри всіх деталей, які можуть застосовуватися в циліндричних редукторах за різних кількостей ступенів. Максимальна одна пара 6,5. Загальна багатоступінчаста редуктора може бути до 70.

Більше ніж у циліндричного редуктора може бути передатне число у черв'ячної передачі, воно може досягати 80. При цьому вони компактні, але використовуються рідко через низький ККД. У циліндричних одноступінчастих редукторів ККД 99 - 98%, найвищий з усіх видів передач. Якщо у циліндричних вони паралельні, то хробак розташовується до колеса під кутом. Отже вали ведучий і ведений виходять із перпендикулярно розташованих бічних стінок корпусу.

Циліндричні редуктори найгучніші, при зіткненні зубів відбувається удар поверхні одну об іншу. Це виключає сильне тертя та перегрів.

Для змащення достатньо залити олію в піддон, щоб нижні шестерні в нього частково занурилися. При обертанні зуби захоплюють масло і розбризкують його інші деталі.

Проектування та порядок розрахунку

Розрахунок майбутнього редуктора починається з визначення передавального моменту та добірки його з нормованих пар. Після цього уточнюються діаметри деталей та міжосьова відстань валів. Складається кінематична схема, визначається оптимальна форма корпусу та кришки, номери підшипників. У складальний креслення входить кінематична схема двоступінчастого редуктора, система мастила та способи її контролю, типи підшипників та місця їх встановлення.

ГОСТ 16531-83 описує всі можливі види та типорозміри зубчастих коліс, які можуть застосовуватися в циліндричних редукторах із зазначенням модуля, кількості зубів та діаметра. За розміром шестерні підбирається вал. Його міцність розраховується з урахуванням обертального моменту на скручування та вигин. Визначається мінімальний розмір, множиться на коефіцієнт міцності. Потім вибирається найближчий нормалізований розмір валу. Шпонка розраховується тільки на зріз та підбирається аналогічно.

Завантажити ГОСТ 16531-83

По діаметру валу вибирається підшипник. Його тип визначається напрямом зуба. При косозубою передачі ставлять завзяті, дорожчі. Прямозуба передача не навантажує їх в осьовому напрямку, і однорядні шарикопідшипники працюють кілька тисяч годин.

Схема складання вказується на кресленні внизу і докладно розписується у технологічній документації, що видається у виробництво разом із кресленнями. На головному кресленні із загальним виглядом у таблиці вказуються технічні характеристики редуктора, які потім переносяться до паспорта:

• кількість щаблів;
• передавальне число;
• число оборотів провідного валу;
• потужність на виході;
• габарити;

Додатково можуть вказуватися вертикальне розташування зачеплення, напрямок обертання валу та спосіб встановлення: фланцевий або на лапах.

Види циліндричних редукторів

Циліндричні редуктори різноманітні за конструкцією, розмірами та потужністю, вони діляться на види за декількома характеристиками:

• тип кріплення;
• розташування валів;
• кількість щаблів;
• нарізування зуба.

До характеристик можуть належати види підшипників та тип з'єднання валів.

Редуктори одноступінчасті циліндричні можуть кріпитися до двигуна і корпусу робочого вузла фланцями. Конструкція компактна, з мінімальними витратами матеріалів.В основному вони встановлюються на підошву з виступами по периметру або на лапки з отворами під . Невеликі за габаритом вузли можуть встановлюватись на зварний каркас. Для габаритних агрегатів виготовляється спеціальний фундамент.

Розташування валів

Вхідний і вихідний вали можуть розташовуватися горизонтально, вертикально, паралельно один одному, але в різних площинах багатоступеневих вузлів. За наявності лише одного зачеплення, вали знаходяться в одній площині, вертикально або горизонтально. Вони рідко виводяться в один бік, тільки при можливості компактного розташування двигуна та робочого вузла. У двоступінчастого циліндричного редуктора міжосьова відстань більша і можна монтувати двигун з боку виконавчого механізму.

Циліндричні редуктори можуть випускати з вертикальним розташуванням валів. Їх зручно встановлювати на машини, але верхнє зачеплення та підшипники змащуються слабо. Для тривалої роботи з величезними навантаженнями вони не підходять.

Корпус редуктора горизонтального циліндричного габаритний, займає багато місця. Він менше гріється, витримує навантаження та вібрацію, стійкий. У моделях від 3 і більше ступенів, вали розташовуються горизонтально. Мастило дістає до всіх підшипників. У багаторядних конструкціях робиться додатково зрошення згори, з маслопроводу, встановленого в кришку.

Коробки швидкостей

Різновид циліндричного редуктора з рухомим проміжним валом є широко відомою коробкою швидкостей. При зміні положення валу одні пари виходять із зачеплення, інші починають взаємодіяти. В результаті змінюється передатне число, швидкість обертання на виході.

Коробки швидкостей роблять із прямим зубом. Косозубі зустрічаються рідко, коли великі навантаження на виконавчий механізм.

Застосування циліндричних редукторів

- Зниження числа оборотів двигуна і збільшення потужності на вихідному валу. Складання циліндричного редуктора не становить складності. По центру отворів проходить роз'єм корпусу та кришки. Підшипники насаджуються на вали, встановлюються у заготовлені гнізда та підпираються зовні кришками.

Колеса та шестерні кріпляться на вали за допомогою шпонок.

Для регулювання міжосьової відстані необхідно з великою точністю робити розточування корпусу.

Технічне обслуговування редукторів просте. Треба регулярно доливати олію, періодично міняти її. Деталі, розташовані всередині, розраховані на тривалу експлуатацію протягом щонайменше 10 років.

Застосовуються редуктори у різних галузях промисловості. Окремі типи великого обладнання здатні витримати будь-які погодні умови. Їх встановлюють у кар'єрах та на відкритих майданчиках, на козлових кранах.

Прокатне та ковальсько-пресове обладнання не зможе працювати без редукторів. У цій галузі затребувано багато різновидів редукторів. Прямозубі стоять на кранах. Потужні шевронні обертають кривошипні преси, вальці, маніпулятори, що подають метал.

Прокатні т-правильні стани працюють виключно завдяки клітям, що передає обертання двигуна на валки та робочі вузли.

Під кожним капотом ховається коробка швидкостей. На кожному верстаті є редуктор чи кілька. Маленькі передачі встановлені в електроінструменті та регулюють швидкість обертання шпинделя дриля, болгарки та фрезера.

Гідності й недоліки

Циліндричний передавальний механізм набув широкого застосування у різних областях. Він має незаперечні переваги в порівнянні з черв'ячним:

• високий ККД;
• не гріється;
• працює в обидві сторони.

Переваги та недоліки циліндричного редуктора залежать від особливостей зубчастого зачеплення та інших конструктивних елементів.

Переваги

Основним позитивним моментом є високий ККД. Він значно перевершує потужності на виході при однакових двигунах, усі зубчасті та інші види передач.

Вузол може працювати тривалий час без перерв, перемикатися нескінченну кількість разів з одного режиму на інший і навіть змінювати напрямок обертання.

Виділення тепла мінімальне. Немає потреби ставити систему охолодження. Змащення розбризкується нижніми колесами, змащує верхні шестерні, підшипники і збирає вниз, в піддон, весь бруд, частинки металу, що зкололися. Досить періодично доливати масло і раз на 3 - 6 місяців змінювати його. Частота профілактичних заходів залежить від режиму роботи.

Вихідний вал встановлений підшипники кочення і практично не має люфта. Переміщення його досить точне, щоб використовувати зубчастий механізм як привод точних пристроїв і приладів. Осьове і радіальне биття деталей, що сполучаються, не впливає на роботу механізму.

Ефективність роботи залежить від перепадів напруги. Передатне число стабільне. Якщо падає швидкість обертання двигуна, пропорційно сповільнюється обертання колеса. Потужність залишається незмінною.

Недоліки

Позитивна якість – відсутність тертя та гальмування, у певних умовах створює проблеми. У вантажопідйомних механізмах при встановленні циліндричного редуктора треба ставити сильне гальмо, щоб утримати важкі предмети на вазі і запобігти їх самостійному опусканню. У черв'ячних передачах провідним може бути лише черв'як і через велике тертя виникає ефект самогальмування.

Проблема всіх зубчастих зачеплень без запобіжного механізму.

При перевантаженні або різкому включенні ремінь прослизає по шківу. Зуб може лише зламатися, і деталь доведеться міняти. Як додаткові запобіжники використовують шпонки. Вони розраховуються на зріз без запасу міцності. Замінити зрізану муфтою просту деталь значно простіше.

Вартість робочих деталей велика. Технологія виготовлення тривала та складна. При цьому зуб поступово стирається, збільшується зазор між робочими поверхнями. Змінювати міжцентрову відстань, як у рейкових та черв'ячних передачах у редукторі не можна. Доводиться періодично замінювати шестерні, колеса, підшипники.

Чим більше стирається евольвента, тим сильніше стукають один об одного зуби і шумить редуктор.

У цій статті міститься докладна інформація про вибір та розрахунок мотор-редуктора. Сподіваємось, пропоновані відомості будуть вам корисні.

При виборі конкретної моделі мотор-редуктора враховуються такі характеристики:

• тип редуктора;
• потужність;
• обороти на виході;
• передатне число редуктора;
• конструкція вхідного та вихідного валів;
• тип монтажу;
• додаткові функції.

Тип редуктора

Наявність кінематичної схеми приводу спростить вибір типу редуктора. Конструктивно редуктори поділяються на такі види:

• Черв'яковий одноступінчастийіз схрещеним розташуванням вхідного/вихідного валу (кут 90 градусів).
• Черв'яковий двоступінчастийз перпендикулярним чи паралельним розташуванням осей вхідного/вихідного валу. Відповідно, осі можуть розташовуватися в різних горизонтальних та вертикальних площинах.
• Циліндричний горизонтальнийз паралельним розташуванням вхідного/вихідного валів. Осі знаходяться в одній горизонтальній площині.
• Циліндричний співвісний під будь-яким кутом. Осі валів розташовуються в одній площині.
• У конічно-циліндричномуРедуктор осі вхідного/вихідного валів перетинаються під кутом 90 градусів.

Важливо!Розташування вихідного валу у просторі має визначальне значення ряду промислових застосувань.

• Конструкція черв'ячних редукторів дозволяє використовувати їх за будь-якого положення вихідного валу.
• Застосування циліндричних та конічних моделей частіше можливе у горизонтальній площині. При однакових з черв'ячними редукторами масо-габаритних характеристиках експлуатація циліндричних агрегатів економічно доцільна за рахунок збільшення навантаження, що передається в 1,5-2 рази і високого ККД.

Таблиця 1. Класифікація редукторів за кількістю ступенів та типу передачі

Тип редуктора	Число ступенів	Тип передачі	Розташування осей
Циліндричний		Одна або кілька циліндричних	Паралельне
			Паралельне/співвісне
			Паралельне
Конічний		Конічна	Перетинає
Конічно-циліндричний		Конічна	Перетинає/схрещується
Черв'яковий		Черв'ячна (одна чи дві)	Схрещується
			Паралельне
Циліндрично-черв'ячний або черв'ячно-циліндричний		Циліндрична (одна чи дві) Черв'ячна (одна)	Схрещується
Планетарний		Два центральні зубчасті колеса і сателіти (для кожного ступеня)
Циліндрично-планетарний		Циліндрична (одна чи кілька)	Паралельне/співвісне
Конічно-планетарний		Конічна (одна) Планетарна (одна чи кілька)	Перетинає
Черв'ячно-планетарний		Черв'ячна (одна) Планетарна (одна чи кілька)	Схрещується
Хвильовий		Хвильова (одна)

Передатне число [I]

Передатне число редуктора розраховується за такою формулою:

I = N1/N2

де
N1 - швидкість обертання валу (кількість про/хв) на вході;
N2 - швидкість обертання валу (кількість про/хв) на виході.

Отримане при розрахунках значення округляється до значення, вказаного у технічних характеристиках конкретного редукторного типу.

Таблиця 2. Діапазон передавальних чисел для різних типів редукторів

Важливо!Швидкість обертання валу електродвигуна і відповідно вхідного валу редуктора не може перевищувати 1500 об/хв. Правило діє для будь-яких типів редукторів, крім циліндричних співвісних зі швидкістю обертання до 3000 об/хв. Цей технічний параметр виробники вказують на зведені характеристики електричних двигунів.

Крутний момент редуктора

Крутний момент на вихідному валу- крутний момент на вихідному валу. Враховується номінальна потужність, коефіцієнт безпеки [S], розрахункова тривалість експлуатації (10 тисяч годин), ККД редуктора.

Номінальний крутний момент- максимальний момент, що крутить, що забезпечує безпечну передачу. Його значення розраховується з урахуванням коефіцієнта безпеки – 1 та тривалість експлуатації – 10 тисяч годин.

Максимальний крутний момент- граничний крутний момент, що витримується редуктором при постійному або змінному навантаженні, експлуатації з частими пусками/зупинками. Це значення можна трактувати як моментальне пікове навантаження в режимі роботи обладнання.

Необхідний крутний момент- крутний момент, що відповідає критеріям замовника. Його значення менше або дорівнює номінальному моменту, що крутить.

Розрахунковий момент, що крутить- значення, необхідне вибору редуктора. Розрахункове значення обчислюється за такою формулою:

Mc2 = Mr2 x Sf<= Mn2

де
Mr2 - необхідний момент, що крутить;
Sf – сервіс-фактор (експлуатаційний коефіцієнт);
Mn2 - номінальний момент, що крутить.

Експлуатаційний коефіцієнт (сервіс-фактор)

Сервіс фактор (Sf) розраховується експериментальним методом. До уваги приймаються тип навантаження, добова тривалість роботи, кількість пусків/зупинок за годину експлуатації мотор-редуктора. Визначити експлуатаційний коефіцієнт можна за допомогою даних таблиці 3.

Таблиця 3. Параметри розрахунку експлуатаційного коефіцієнта

Тип навантаження	К-сть пусків/зупинок, година	Середня тривалість експлуатації, доба
Плавний запуск, статичний режим експлуатації, прискорення маси середньої величини
Помірне навантаження під час запуску, змінний режим, прискорення маси середньої величини
Експлуатація при тяжких навантаженнях, змінний режим, прискорення маси великої величини

Потужність приводу

Правильно розрахована потужність приводу допомагає долати механічний опір тертя, що виникає при прямолінійних та обертальних рухах.

Елементарна формула розрахунку потужності [Р] – обчислення співвідношення сили до швидкості.

При обертальних рухах потужність обчислюється як співвідношення крутного моменту до оборотів за хвилину:

P = (MxN)/9550

де
M - крутний момент;
N - кількість обертів/хв.

Вихідна потужність обчислюється за такою формулою:

P2 = P x Sf

де
P – потужність;
Sf – сервіс-фактор (експлуатаційний коефіцієнт).

Важливо!Значення вхідної потужності завжди має бути вищим за значення вихідної потужності, що виправдано втратами при зачепленні: P1 > P2

Не можна робити розрахунки, використовуючи приблизне значення вхідної потужності, оскільки ККД можуть відрізнятися.

Коефіцієнт корисної дії (ККД)

Розрахунок ККД розглянемо з прикладу черв'ячного редуктора. Він дорівнюватиме відношенню механічної вихідної потужності та вхідної потужності:

η [%] = (P2/P1) x 100

де
P2 – вихідна потужність;
P1 – вхідна потужність.

Важливо!У черв'ячних редукторах P2< P1 всегда, так как в результате трения между червячным колесом и червяком, в уплотнениях и подшипниках часть передаваемой мощности расходуется.

Чим вище передатне відношення, тим нижче ККД.

На ККД впливає тривалість експлуатації та якість мастильних матеріалів, що використовуються для профілактичного обслуговування мотор-редуктора.

Таблиця 4. ККД черв'ячного одноступінчастого редуктора

Передавальне число	ККД при a w , 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

Таблиця 5. ККД хвильового редуктора

Таблиця 6. ККД зубчастих редукторів

З питань розрахунку та придбання двигунів редукторів різних типів звертайтеся до наших фахівців. З каталогом черв'ячних, циліндричних, планетарних та хвильових мотор-редукторів, пропонованих компанією Техпривод можна ознайомитись на сайті.

Романов Сергій Анатолійович,
керівник відділу механіки
компанії Техпривод