Расчет и выбор редуктора. Российская методика

SEW-EURODRIVE — это одна из ведущих компаний на мировом рынке электроприводной техники. Полный ассортимент продукции и широкий спектр услуг делают эту компанию идеальным партнёром для предприятий, нуждающихся в приводных системах различного назначения. SEW-Eurodrive является обладателем патента на мотор-редуктор как на единое мехатронное устройство.

Компания «Алтэк» является официальным партнёром немецкой компании SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG.

Наша компания оказывает три вида услуг:

1. Подбор комплексного электропривода в том числе сервопривода, преобразователя частоты, мотор-редуктора и редуктора по параметрам заказчика.
2. Подбор аналога редуктора, мотор-редуктора, электропривода в комплексе на замену другого производителя по техническим характеристикам, присоединительным и габаритным размерам.
3. Уникальное предложение - Основанные на передовых немецких методиках конструкторские расчеты электропривода, с помощью фирменного программного обеспечения WorkBench, по техническому заданию заказчика или заполненному опросному листу.

Для качественного подбора используется программа проектирования ProDrive компании SEW-EURODRIVE предназначена для быстрого и эффективного выбора привода SEW-EURODRIVE со всеми необходимыми данными для оценки возможности применения. Для этого в качестве базы данных используется обширная информация электронного каталога EKAT компании SEW-EURODRIVE.

Расчет и выбор редуктора

От правильности выбора редуктора во многом зависит не только его надежность, но и безопасность привода.

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.

Для тех кто желает получить больше информации по расчету различных приводов и редукторов мы рекомендуем обратиться на сайты студентов МАТИ и МВТУ им.Баумана.

Выбор 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 высокая - у конических
- 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 nвых, 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.

Таблица 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)

где

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)

где

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=К1 х К2 х К3 х К_пв х К_рев (4)

Для червячных редукторов:

К_реж=К1 х К2 х К3 х К_пв х К_рев х Кч (5)

где

К1 – коэффициент типа и характеристик двигательной установки, таблица 2

К2 – коэффициент продолжительности работы, таблица 3

К3 – коэффициент количества пусков, таблица 4

КПВ – коэффициент продолжительности включений, таблица 5

Крев – коэффициент реверсивности , при нереверсивной работе Крев=1,0 при реверсивной работе Крев=0,75

Кч – коэффициент, учитывающий расположение червячной пары в пространстве. При расположении червяка под колесом Кч = 1,0, при расположении над колесом Кч = 1,2. При расположении червяка сбоку колеса Кч = 1,1.

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	1,0	1,2	1,5	1,8
4-х, 6-ти цилиндровые двигатели внутреннего сгорания, гидравлические и пневматические двигатели	1,25	1,5	1,8	2,2
1-х, 2-х, 3-х цилиндровые двигатели внутреннего сгорания	1,5	1,8	2,2	2,5

Таблица 3

Ежедневное пользование, ч/сут	< 2	< 8	< 16	> 16
K2	0,9	1,0	1,12	1,25

Таблица 4

Количество пусков в час		1	< 20		< 40	< 80	< 160	> 160
Коэффициент характеристики двигателя, K1	1	1,0	1,2	1,3	1,5	1,6	2,0
	1,25	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,7
	1,5	1,0	1,07	1,1	1,15	1,25	1,4
	1,8	1,0	1,05	1,05	1,07	1,1	1,2

Таблица 5

ПВ %	100	60	40	25	15
KПВ	1,0	0,90	0,80	0,70	0,67

 

3) Расчетная радиальная консольная нагрузка на выходном валу редуктора

Fвых.расч = Fвых х Креж , (6)

где

F вых - радиальная консольная нагрузка, приложенная в середине посадочной части концов выходного вала (исходные данные), Н

Креж - коэффициент режима работы (формула 4,5)

3. Параметры выбираемого редуктора должны удовлетворять следующим условиям:

1) Тном > Трасч, (7)

где

Тном – номинальный крутящий момент на выходном валу редуктора, приводимый в данном каталоге в технических характеристиках для каждого редуктора, Нхм

Трасч - расчетный крутящий момент на выходном валу редуктора (формула 2), Нхм

2) Fном > Fвых.расч (8)

где

Fном – номинальная консольная нагрузка в середине посадочной части концов выходного вала редуктора, приводимая в технических характеристиках для каждого редуктора, Н.

Fвых.расч - расчетная радиальная консольная нагрузка на выходном валу редуктора (формула 6), Н.

3) Р вх.расч < Р терм х Кт , (9)

где

Р вх.расч – расчетная мощность электродвигателя (формула 10), кВт

Р терм – термическая мощность, значение которой приводится в технических характеристиках редуктора, кВт

Кт - температурный коэффициент, значения которого приведены в таблице 6 

Таблица 6

Способ охлаждения	Температура окружающей среды, Со	Продолжительность включения, ПВ %.
		100	80	60	40	25
Редуктор без постороннего охлаждения.	10	1,12	1,34	1,57	1,79	2,05
	20	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8
	30	0,88	1,06	1,23	1,41	1,58
	40	0,75	0,9	1,05	1,21	1,35
	50	0,63	0,76	0,88	1,01	1,13
Редуктор со спиралью водяного охлаждения.	10	1,1	1,32	1,54	1,76	1,98
	20	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8
	30	0,9	1,08	1,26	1,44	1,62
	40	0,85	1,02	1,19	1,36	1,53
	50	0,8	0,96	1,12	1,29	1,44
Редуктор охлаждается обдуванием.	10	1,15	1,38	1,61	1,84	2,07
	20	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8
	30	0,9	1,08	1,26	1,44	1,82
	40	0,8	0,96	1,12	1,29	1,44
	50	0,7	0,84	0,98	1,12	1,26
Редуктор с обдуванием и водяным охлаждением.	10	1,12	1,34	1,57	1,79	2,05
	20	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8
	30	0,92	1,1	1,29	1,47	1,66
	40	0,83	1,0	1,16	1,33	1,5
	50	0,78	0,94	1,09	1,25	1,4

Расчетная мощность электродвигателя определяется:

Р вх.расч=( Твых х nвых)/(9550 х КПД), (10)

где

Твых - расчетный крутящий момент на выходном валу редуктора (формула 2), Нхм

nвых - 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.  

ПРИМЕР ВЫБОРА РЕДУКТОРА

Кинематическая схема

Кинематическая схема редуктора

Транспортер для сыпучих материалов

Требуемый крутящий момент на выходном валу Ттреб, = 1800 Нхм

Асинхронный электродвигатель nвх, =1500 об/мин

Обороты на выходном валу редуктора nвых = 40 об/мин

Работа непрерывная, нереверсивная, толчки средней силы

Радиальная консольная нагрузка, приложенная в середине посадочной части концов выходного вала F вых = 5000 Н

Средняя ежесуточная работа 7 часов

Количество включений в час до 10

Продолжительность включений с нагрузкой, ПВ 100 %

Условия окружающей среды: температура до 30oС, условия отвода тепла – естественное охлаждение воздухом окружающей среды

Выбор типа редуктора

Исходя из расположения осей входного и выходного вала в пространстве, выбираем цилиндрический горизонтальный редуктор. Крепление редуктора на фундамент. Вариант сборки редуктора 12.

Выбор габарита редуктора

1) Передаточное число редуктора (формула 1)

U = 1500/40= 37,5

По таблице 1 выбираем передаточное отношение редуктора 40. Это передаточное отношение имеют редукторы 1Ц2У, РМ, РЦД, Ц2, 1Ц3У, Ц3У…(Н), Ц3Н

2) Определим коэффициент режима работы (формула 4)

Креж= 1,0 х 1,0 х 1,2 х 1,0 х 1,0 = 1,2

3) Расчетный крутящий момент на выходном валу редуктора (формула 2)

Трасч = 1800 х 1,2 = 2160 Нхм

4) Расчетная радиальная консольная нагрузка (формула 6)

Fвых.расч = 5000 х 1,2 = 6000 Н

5) Исходя из соблюдения условия формулы 7,8, наиболее эффективно использование в данном приводе редуктора 1Ц2У-200-40-12 со следующими характеристиками: Тном = 2500 Нхм; Fном = 12500 Н.