Передаточное число редуктора и кпд. Определение кпд многоступенчатого редуктора
1. Цель работы
Исследование КПД редуктора при различных режимах нагружения.
2. Описание установки
Для изучения работы редуктора используется прибор марки ДП3М. Он состоит из следующих основных узлов (рис. 1): испытуемого редуктора 5, электродвигателя 3 с электронным тахометром 1, нагрузочного устройства 6, устройства для замера моментов 8, 9. Все узлы смонтированы на одном основании 7.
Корпус электродвигателя шарнирно закреплен в двух опорах 2 так, что ось вращения вала электродвигателя совпадает с осью поворота корпуса. Фиксация корпуса электродвигателя от кругового вращения осуществляется плоской пружиной 4.
Редуктор состоит из шести одинаковых прямозубых цилиндрических передач с передаточным числом 1,71 (рис. 2). Блок зубчатых колес 19 установлен на неподвижной оси 20 на шарикоподшипниковой опоре. Конструкция блоков 16, 17, 18 аналогична блоку 19. Передача крутящего момента от колеса 22 к валу 21 осуществляется через шпонку.
Нагрузочное устройство представляет собой магнитный порошковый тормоз, принцип действия которого основан на свойстве намагниченной среды оказывать сопротивление перемещению в ней ферромагнитных тел. В качестве намагничиваемой среды применена жидкая смесь минерального масла и стального порошка.
Измерительные устройства крутящего и тормозного моментов состоят из плоских пружин, создающих реактивные моменты соответственно для электродвигателя и нагрузочного устройства. На плоских пружинах наклеены тензодатчики, соединенные с усилителем.
На лицевой части основания прибора расположена панель управления: кнопка включения питания прибора «Сеть» 11; кнопка включения питания цепи возбуждения нагрузочного устройства «Нагрузка» 13; кнопка включения электродвигателя «Двигатель» 10; ручка регулирования частоты вращения электродвигателя «Регулирование скорости» 12; ручка регулирования тока возбуждения нагрузочного устройства 14; три амперметра 8, 9, 15 для измерения соответственно частоты n, момента М 1 момента М 2 .
Рис. 1. Схема установки
Рис. 2. Испытываемый редуктор
Техническая характеристика прибора ДП3М:
3. Расчетные зависимости
Определение КПД редуктора основано на одновременном измерении моментов на входном и выходном валах редуктора при установившемся значении частоты вращения. При этом расчет КПД редуктора производится по формуле:
= , (1)
где М 2 – момент, создаваемый нагрузочным устройством, Н×м; М 1 – момент, развиваемый электродвигателем, Н×м; u – передаточное число редуктора.
4. Порядок выполнения работы
На первом этапе при заданной постоянной частоте вращения электродвигателя производится исследование КПД редуктора в зависимости от момента, создаваемого нагрузочным устройством.
Сначала включается электропривод и ручкой регулировки скорости устанавливается заданная частота вращения. Ручка регулировки тока возбуждения нагрузочного устройства устанавливается в нулевое положение. Включается цепь питания возбуждения. Плавным поворотом ручки регулировки возбуждения задается первое из заданных значений момента нагрузки на валу редуктора. Ручкой регулировки скорости поддерживается заданная частота вращения. По микроамперметрам 8, 9 (рис. 1) фиксируются моменты на валу двигателя и нагрузочного устройства. Дальнейшей регулировкой тока возбуждения увеличивают момент нагрузки до следующей заданной величины. Поддерживая частоту вращения неизменной, определяют следующие значения М 1 и М 2 .
Результаты эксперимента заносятся в таблицу 1, и строится график зависимости = f(M 2) при n = const (рис. 4).
На втором этапе при заданном постоянном моменте нагрузки M 2 исследуется КПД редуктора в зависимости от частоты вращения электродвигателя.
Включается цепь питания возбуждения и ручкой регулировки тока возбуждения устанавливается заданное значение момента на выходном валу редуктора. Ручкой регулировки скорости устанавливается ряд частот вращения (от минимальной до максимальной). Для каждого скоростного режима поддерживается неизменный момент нагрузки M 2 , по микроамперметру 8 (рис. 1) фиксируется момент на валу двигателя М 1 .
Результаты эксперимента заносятся в таблицу 2, и строится график зависимости = f(n) при M 2 = const (рис. 4).
5. Заключение
Объясняется, из чего складываются потери мощности в зубчатой передаче и как определяется КПД многоступенчатого редуктора.
Перечисляются условия, позволяющие повысить КПД редуктора. Дается теоретическое обоснование полученных графиков = f(M 2); = f(n).
6. Оформление отчета
– Подготовить титульный лист (см. образец на стр. 4).
– Изобразить кинематическую схему редуктора.
Подготовить и заполнить табл. 1.
Таблица 1
от момента, создаваемого нагрузочным устройством
– Построить график зависимости
| |
Рис. 4. График зависимости = f(М 2) при n = const
Подготовить и заполнить табл. 2.
Таблица 2
Результаты исследования КПД редуктора в зависимости
от частоты вращения электродвигателя
– Построить график зависимости .
| |
|
Рис. 5. График зависимости = f(n) при M 2 = const
Дать заключение (см. пункт 5).
Контрольные вопросы
1. Опишите конструкцию прибора ДПЗМ, из каких основных узлов он состоит?
2. Какие потери мощности имеют место в зубчатой передаче и чему равен ее КПД?
3. Как изменяются от ведущего к ведомому валу такие характеристики зубчатой передачи, как мощность, крутящий момент, частота вращения?
4. Как определяется передаточное отношение и КПД многоступенчатого редуктора?
5. Перечислите условия, позволяющие повысить КПД редуктора.
6. Порядок выполнения работы при исследовании КПД редуктора в зависимости от момента, подаваемым нагрузочным устройством.
7. Порядок выполнения работы при исследовании КПД редуктора в зависимости от частоты вращения двигателя.
8. Дайте теоретическое объяснение полученных графиков = f(M 2); = f(n).
Библиографический список
1. Решетов, Д. Н. Детали машин: – учебник для студентов машинострои-тельных и механических специальностей вузов / Д. Н. Решетов. – М.: Машиностроение, 1989. – 496 с.
2. Иванов, М. Н. Детали машин: – учебник для студентов высших техни-ческих учебных заведений / М. Н. Иванов. – 5-е изд., перераб. – М.: Высшая школа, 1991.– 383 с.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8
Редуктор червячный — один из классов механических редукторов. Редукторы классифицируются по типу механической передачи . Винт, который лежит в основе червячной передачи, внешне похож на червяка, отсюда и название.
Мотор-редуктор - это агрегат, состоящий из редуктора и электродвигателя, которые состоят в одном блоке. Мотор-редуктор червячный создан для того, чтобы работать в качестве электромеханического двигателя в различных машинах общего назначения. Примечательно то, что данный вид оборудования отлично работает как при постоянных, так и при переменных нагрузках.
В червячном редукторе увеличение крутящего момента и уменьшение угловой скорости выходного вала происходит за счет преобразования энергии, заключенной в высокой угловой скорости и низком крутящем моменте на входном валу.
Ошибки при расчете и выборе редуктора 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.
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
1) Уровень шума
- наиболее низкий - у червячных редукторов
- наиболее высокий - у цилиндрических и конических редукторов
2) Коэффициент полезного действия
- наиболее высокий - у планетарных и одноступенчатых цилиндрических редукторах
- наиболее низкий - у червячных, особенно двухступенчатых
Червячные редукторы предпочтительно использовать в повторно-кратковременных режимах эксплуатации
3) Материалоемкость для одних и тех же значений крутящего момента на тихоходном валу
- наиболее низкая - у планетарных одноступенчатых
4) Габариты при одинаковых передаточных числах и крутящих моментах:
- наибольшие осевые - у соосных и планетарных
- наибольшие в направлении перпендикулярном осям - у цилиндрических
- наименьшие радиальные - к планетарных.
5) Относительная стоимость руб/(Нм) для одинаковых межосевых расстояний:
- наиболее высокая - у конических
- наиболее низкая - у планетарных
2. Выбор габарита (типоразмера) редуктора и его характеристик
2.1. Исходные данные
Кинематическая схема привода, содержащая следующие данные:
- вид приводной машины (двигателя);
- требуемый крутящий момент на выходном валу Т треб, Нхм, либо мощность двигательной установки Р треб, кВт;
- частота вращения входного вала редуктора n вх, об/мин;
- частота вращения выходного вала редуктора n вых, об/мин;
- характер нагрузки (равномерная или неравномерная, реверсивная или нереверсивная, наличие и величина перегрузок, наличие толчков, ударов, вибраций);
- требуемая длительность эксплуатации редуктора в часах;
- средняя ежесуточная работа в часах;
- количество включений в час;
- продолжительность включений с нагрузкой, ПВ %;
- условия окружающей среды (температура, условия отвода тепла);
- продолжительность включений под нагрузкой;
- радиальная консольная нагрузка, приложенная в середине посадочной части концов выходного вала F вых и входного вала F вх;
2.2. При выборе габарита редуктора производиться расчет следующих параметров:
1) Передаточное число
U= n вх /n вых (1)
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
Т расч =Т треб х К реж, (2)
Т треб - требуемый крутящий момент на выходном валу, Нхм (исходные данные, либо формула 3)
К реж - коэффициент режима работы
При известной мощности двигательной установки:
Т треб = (Р треб х U х 9550 х КПД)/ n вх, (3)
Р треб - мощность двигательной установки, кВт
n вх - частота вращения входного вала редуктора (при условии что вал двигательной установки напрямую без дополнительной передачи передает вращение на входной вал редуктора), об/мин
U - передаточное число редуктора, формула 1
КПД - коэффициент полезного действия редуктора
Коэффициент режима работы определяется как произведение коэффициентов: 
Для зубчатых редукторов:
К реж =К 1 х К 2 х К 3 х К ПВ х К рев (4)
Для червячных редукторов:
К реж =К 1 х К 2 х К 3 х К ПВ х К рев х К ч (5)
К 1 - коэффициент типа и характеристик двигательной установки, таблица 2
К 2 - коэффициент продолжительности работы таблица 3
К 3 - коэффициент количества пусков таблица 4
К ПВ - коэффициент продолжительности включений таблица 5
К рев - коэффициент реверсивности, при нереверсивной работе К рев =1,0 при реверсивной работе К рев =0,75
К ч - коэффициент, учитывающий расположение червячной пары в пространстве. При расположении червяка под колесом К ч = 1,0, при расположении над колесом К ч = 1,2. При расположении червяка сбоку колеса К ч = 1,1.
3) Расчетная радиальная консольная нагрузка на выходном валу редуктора
F вых.расч = F вых х К реж, (6)
F вых - радиальная консольная нагрузка, приложенная в середине посадочной части концов выходного вала (исходные данные), Н
К реж - коэффициент режима работы (формула 4,5)
3. Параметры выбираемого редуктора должны удовлетворять следующим условиям:
1) Т ном > Т расч, (7)
Т ном - номинальный крутящий момент на выходном валу редуктора, приводимый в данном каталоге в технических характеристиках для каждого редуктора, Нхм
Т расч - расчетный крутящий момент на выходном валу редуктора (формула 2), Нхм
2) F ном > F вых.расч (8)
F ном - номинальная консольная нагрузка в середине посадочной части концов выходного вала редуктора, приводимая в технических характеристиках для каждого редуктора, Н.
F вых.расч - расчетная радиальная консольная нагрузка на выходном валу редуктора (формула 6), Н.
3) Р вх.расч < Р терм х К т, (9)
Р вх.расч - расчетная мощность электродвигателя (формула 10), кВт
Р терм - термическая мощность, значение которой приводится в технических характеристиках редуктора, кВт
К т - температурный коэффициент, значения которого приведены в таблице 6
Расчетная мощность электродвигателя определяется:
Р вх.расч =(Т вых х n вых)/(9550 х КПД), (10)
Т вых - расчетный крутящий момент на выходном валу редуктора (формула 2), Нхм
n вых - частота вращения выходного вала редуктора, об/мин
КПД - коэффициент полезного действия редуктора,
А) Для цилиндрических редукторов:
- одноступенчатых - 0,99
- двухступенчатых - 0,98
- трехступенчатых - 0,97
- четырехступенчатых - 0,95
Б) Для конических редукторов:
- одноступенчатых - 0,98
- двухступенчатых - 0,97
В) Для коническо-цилиндрических редукторов - как произведение значений конической и цилиндрической частей редуктора.
Г) Для червячных редукторов КПД приводиться в технических характеристиках для каждого редуктора для каждого передаточного числа.
Купить редуктор червячный, узнать стоимость редуктора, правильно подобрать необходимые компоненты и помочь с вопросами, возникающими во время эксплуатации, Вам помогут менеджеры нашей компании.
Таблица 1
Таблица 2
|
Ведущая машина |
Генераторы, элеваторы, центробежные компрессоры, равномерно загружаемые конвейеры, смесители жидких веществ, насосы центробежные, шестеренные, винтовые, стреловые механизмы, воздуходувки, вентиляторы, фильтрующие устройства. |
Водоочистные сооружения, неравномерно загружаемые конвейеры, лебедки, тросовые барабаны, ходовые, поворотные, подъемные механизмы подъемных кранов, бетономешалки, печи, трансмиссионные валы, резаки, дробилки, мельницы, оборудование для нефтяной промышленности. |
Пробойные прессы, вибрационные устройства, лесопильные машины, грохот, одноцилиндровые компрессоры. |
Оборудование для производства резинотехнических изделий и пластмасс, смесительные машины и оборудование для фасонного проката. |
|
Электродвигатель, паровая турбина |
||||
|
4-х, 6-ти цилиндровые двигатели внутреннего сгорания, гидравлические и пневматические двигатели |
||||
|
1-х, 2-х, 3-х цилиндровые двигатели внутреннего сгорания |
Таблица 3
Таблица 4
Таблица 5
Таблица 6
|
охлаждения |
Температура окружающей среды, С о |
Продолжительность включения, ПВ %. |
||||
|
Редуктор без постороннего охлаждения. |
||||||
|
Редуктор со спиралью водяного охлаждения. |
||||||
Веселова Е. В., Нарыкова Н. И.
Исследование приборных редукторов
Методические указания к лабораторной работе №4, 5, 6 по курсу «Основы конструирования приборов»
Оригинал: 1999 г.
Оцифровка: 2005 г.
Цифровой макет по оригиналу составил: Александр А. Ефремов, гр. ИУ1-51
Цель работ
Ознакомление с конструкциями установок для определения коэффициента полезного действия редукторов.
Экспериментальное и аналитическое определение коэффициента полезного действия заданного типа редуктора в зависимости от нагрузки на выходном валу.
В различного рода приборах широкое применение нашли устройства, называемые приводами. Они состоят из источника энергии (двигателя), редуктора и аппаратуры управления.
Редуктором называют механизм, состоящий из системы зубчатых, червячных или планетарных передач, понижающих скорость вращения ведомого звена по сравнению со скоростью вращения ведущего звена.
Аналогичное устройство, служащее для повышения скорости вращения ведомого звена по сравнению со скоростью вращения ведущего звена, называется мультипликатором.
В данных лабораторных работах исследуются следующие типы редукторов: цилиндрический многоступенчатый редуктор, планетарный редуктор и одноступенчатый червячный редуктор.
Понятие о коэффициенте полезного действия
При установившемся движении механизма мощность движущих сил затрачивается полностью на преодоление полезных и вредных сопротивлений:
Здесь P g - мощность движущих сил;P c - мощность, затраченная на преодоление сопротивления трения;P n - мощность, затраченная на преодоление полезных сопротивлений.
Коэффициент полезного действия есть отношение мощности сил полезного сопротивления к мощности движущих сил:
(2)
Индекс 1-2 указывает, что движение передается от звена 1, к которому приложена движущая сила, к звену 2, к которому приложена сила полезного сопротивления.
Величина
называется коэффициентом потерь
передачи. Очевидно:
(3)
В случае слабонагруженных передач (они характерны в приборостроении) КПД существенно зависит от собственных потерь на трение и от степени силовой загрузки механизма. В этом случае формула (3) принимает вид:
(4)
где c - коэффициент, учитывающий влияние собственных потерь на трение и нагрузкуF ,
Составляющие a иb зависят от типа передачи.
При
коэффициент
отражает влияние собственных потерь
на трение в слабонагруженных передачах.
С возрастаниемF
коэффициентc
(F
)
уменьшается, приближаясь к значению
при
большой величинеF
.
При последовательном соединении m
механизмов с КПД
КПД всего соединения механизмов:
(5)
где P g - мощность, подаваемая в первый механизм;P n - мощность, снимаемая с последнего механизма.
Редуктор можно рассматривать как устройство с последовательным соединением передач и опор. Тогда КПД определяется по выражению:
(6)
где
- КПДi
-
ой пары
зацепления;
- КПД одной пары опор;
- число пар опор.
Коэффициент полезного действия опор
КПД опоры определяется по формуле
(7)
так как отношение мощностей на выходе и входе опоры равно отношению соответствующих моментов вследствие постоянства скорости вращения. Здесь М - крутящий момент на валу;М тр - момент трения в опоре.
Момент трения в подшипнике качения можно определить по формуле:
(8)
где М 1 - момент трения, зависящий от нагрузки на опору;М 0 - момент трения, зависящий от конструкции подшипника, частоты вращения и вязкости смазки.
В приборных редукторах составляющая М 1 много меньше составляющейМ 0 . Т.о., можно считать, что момент трения опор практически не зависит от нагрузки. Следовательно, и КПД опоры не зависит от нагрузки. При расчетах КПД редуктора можно принять КПД одной пары подшипников, равным 0,99.
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) | 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
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 – вращающий момент на выходном валу. Учитывается номинальная мощность , коэффициент безопасности [S], расчетная продолжительность эксплуатации (10 тысяч часов), КПД редуктора.
Номинальный крутящий момент – 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 – крутящий момент, удовлетворяющим критериям заказчика. Его значение меньшее или равное номинальному крутящему моменту.
Расчетный крутящий момент – 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 | 2-8 | 9-16h | 17-24 | ||
| Плавный запуск, статичный режим эксплуатации, ускорение массы средней величины | <10 | 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 | <10 | 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 | <10 | 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 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.
ВАЖНО!
В червячных редукторах P2 < P1 всегда, так как в результате трения между червячным колесом и червяком, в уплотнениях и подшипниках часть передаваемой мощности расходуется.
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 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 |
Таблица 5. КПД волнового редуктора
Таблица 6. КПД зубчатых редукторов
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
По вопросам расчета и приобретения мотор редукторов различных типов обращайтесь к нашим специалистам. можно ознакомиться с каталогом червячных, цилиндрических, планетарных и волновых мотор-редукторов, предлагаемых компанией Техпривод.
Романов Сергей Анатольевич,
руководитель отдела механики
компании Техпривод.
Другие полезные материалы:
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Углубление знаний теоретического материала, получение практических навыков самостоятельного экспериментального определения редукторов.
2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Механический коэффициент полезного действия редуктора представляет собой отношение мощности, полезно затраченной (мощности сил сопротивления N c к мощности движущих сил N д на входном валу редуктора:
Мощности движущих сил и сил сопротивления могут быть определены соответственно по формулам
(2)
(3)
где М д и М с – моменты соответственно движущих сил и сил сопротивления, Нм ; и - угловые скорости валов редуктора соответственно входного и выходного, с -1 .
Подставляя (2) и (3) в (1), получим
(4)
где - передаточное отношение редуктора.
Любая сложная машина состоит из ряда простых механизмов. КПД машины может быть легко определен, если известны КПД всех входящих в нее простых механизмов. Для большинства механизмов разработаны аналитические методы определения КПД, однако отклонения в чистоте обработки трущихся поверхностей деталей, точности их изготовления, изменения нагрузки на элементы кинематических пар, условий смазки, скорость относительного движения и др., приводят к изменению величины коэффициента трения.
Поэтому важно уметь экспериментально определять КПД исследуемого механизма в конкретных условиях эксплуатации.
Необходимые для определения КПД редуктора параметры (М д, М с и L р ) можно определить с помощью приборов ДП-3К.
3. УСТРОЙСТВО ПРИБОРА ДП-3К
Прибор (рисунок) смонтирован на литом металлическом основании 1 и состоит из узла электродвигателя 2 с тахометром 3, нагрузочного устройства 4 и исследуемого редуктора 5.
3 6 8 2 5 4 9 7 1
 |
11 12 13 14 15 10
Рис. Кинематическая схема прибора ДП-3К
Корпус электродвигателя шарнирно закреплен в двух опорах так, что ось вращения вала двигателя совпадает с осью поворота корпуса. Фиксация корпуса двигателя от кругового вращения осуществляется плоской пружиной 6. При передаче крутящего момента от вала электродвигателя редуктора пружина создает реактивный момент, приложенный к корпусу электродвигателя. Вал электродвигателя сочленяется с входным валом редуктора через муфту. Противоположный его конец сочленен с валом тахометра.
Редуктор в приборе ДК-3К состоит из шести одинаковых пар зубчатых колес, смонтированных на шарикоподшипниковых опорах в корпусе.
Верхняя часть редукторов имеет легкосъемную крышку, выполненную из органического стекла, и служит для визуального наблюдения и замера зубчатых колес при определении передаточного отношения.
Нагрузочное устройство представляет собой магнитный порошковый тормоз, принцип действия которого основан на свойстве намагниченной среды оказывать сопротивление перемещению в ней ферромагнитных тел. в качестве намагничиваемой среды в конструкции нагрузочного устройства применена жидкая смесь минерального масла и железного порошка. Корпус нагрузочного устройства установлен балансирно по отношению к основанию прибора на двух подшипниках. Ограничение от кругового вращения корпуса осуществляется плоской пружиной 7, которая создает реактивный момент, уравновешивающий момент сил сопротивления (тормозной момент), создаваемый нагрузочным устройством.
Измерительные устройства крутящего и тормозного моментов состоят из плоских пружин 6 и 7 и индикаторов часового типа 8 и 9, измеряющих прогибы пружин, пропорциональные величинам моментов. На пружинах дополнительно наклеены тензодатчики, сигнал с которых через тензометрический усилитель может быть также зафиксирован на осциллографе.
На лицевой части основания прибора расположена панель управления 10, на которой установлены:
Тумблер 11 включения и выключения электродвигателя;
Ручка 12 регулирования частоты вращения вала электродвигателя;
Сигнальная лампа 13 включения прибора;
Тумблер 14 включения и выключения цепи обмотки возбуждения нагрузочного устройства;
Ручка 15 регулировки возбуждения нагрузочного устройства.
При выполнении данной лабораторной работы следует:
Определить передаточное отношение редуктора;
Оттарировать измерительные устройства;
Определить КПД редуктора в зависимости от сил сопротивления и от числа оборотов электродвигателя .
4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
4.1. Определение передаточного отношения редуктора
Передаточное отношение редуктора прибора ДП-3К определяется по формуле
(5)
где z 2 , z 1 – число зубьев соответственно большего и меньшего колес одной ступени; к =6 – число ступеней редуктора с одинаковым передаточным отношением.
Для редуктора прибора ДП-3К передаточное отношение одной ступени
Найденные значения передаточного отношения i p проверить опытным путем.
4.2. Тарировка измерительных устройств
Тарировка измерительных устройств производится при отключенном от источника электрического тока приборе с помощью тарировочных приспособлений, состоящих из рычагов и грузов.
Для тарировки измерительного устройства момента электродвигателя необходимо:
Установить на корпусе электродвигателя тарировочное устройство ДП3А сб. 24;
Установить груз на рычаге тарировочного приспособления на нулевую отметку;
Установить стрелку индикатора на нуль;
Устанавливая груз на рычаге на последующие деления, фиксировать показания индикатора и соответствующее деление на рычаге;
Определить среднее значение m ср цены деления индикатора по формуле
(6)
где К – количество измерений (равно количеству делений на рычаге); G – вес груза, Н ; N i – показания индикатора, - расстояние между делениями на рычаге (м ).
Определение среднего значения m c .ср цены деления индикатора нагрузочного устройства производится установкой на корпус нагрузочного устройства тарировочного приспособления ДП3А сб. 25 по аналогичной методике.
Примечание. Вес грузов в тарировочных устройствах ДП3К сб. 24 и ДП3К сб. 25 составляет соответственно 1 и 10 Н .
4.3. Определение КПД редуктора
Определение КПД редуктора в зависимости от сил сопротивления, т.е. .
Для определения зависимости необходимо:
Включить тумблер 11 электродвигателя прибора и ручкой 12 регулировки скорости установить заданную преподавателем частоту вращения n;
Установить ручку 15 регулировки тока возбуждения нагрузочного устройства в нулевое положение, включить тумблер 14 в цепи питания возбуждения;
Плавным поворотом ручки регулирования тока возбуждения установить по стрелке индикатора первое значение (10 делений) момента М с сопротивления;
Ручкой 12 регулировки скорости установить (откорректировать) первоначальную заданную частоту вращения n ;
Зафиксировать показания h 1 и h 2 индикаторов 8 и 9;
Дальнейшей регулировкой тока возбуждения увеличить момент сопротивления (нагрузки) до следующей заданной величины (20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 делений);
Поддерживая частоту вращения неизменной, зафиксировать показания индикаторов;
Определить значения моментов движущих сил М д и сил сопротивления М с для всех замеров по формулам
(7)
(8)
Определить для всех замеров КПД редуктора по формуле (4);
Занести показания индикаторов h 1 и h 2 , значения моментов М д и М с и найденные значения КПД редуктора для всех замеров в таблицу;
Построить график зависимости .
4.4. Определение КПД редуктора в зависимости от числа оборотов электродвигателя
Для определения графической зависимости необходимо:
Включить тумблер 14 цепи питания и возбуждения и ручкой 15 регулировки тока возбуждения установить заданное преподавателем значение момента М с на выходном валу редуктора;
Включить электродвигатель прибора (тумблер 11);
Устанавливая ручкой 12 регулировки скорости последовательно ряд значений (от минимального до максимального) частоты вращения вала электродвигателя и поддерживая неизменное значение момента М с нагрузки, зафиксировать показания индикатора h 1 ;
Дать качественную оценку влияния частоты вращения n на КПД редуктора.
5. СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА
Отчет о проделанной работе должен содержать наименование,
цель работы и задачи определения механического КПД, основные технические данные установки (вид редуктора, количество зубьев на колесах, тип электродвигателя, погрузочного устройства, измерительные устройства и приборы), расчеты, описание тарироввки измерительных устройств, таблицы экспериментально полученных данных.
6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называют механическим КПД? Его размерность.
2. От чего зависит механический КПД?
3. Почему механический КПД определяют опытным путем?
4. Что является датчиком в измерительных устройствах крутящего и тормозного моментов?
5. Описать нагрузочное устройство и его принцип действия.
6. Каким образом изменится механический КПД редуктора, если момент сил сопротивления увеличится (уменьшится) в два раза?
7. Каким образом изменится механический КПД редуктора, если момент сил сопротивления увеличится (уменьшится) в 1,5 раза?
Лабораторная работа 9
