Выбор мотор-редуктора. Московский Государственный Технический Университет им. Н. Э. Баумана Передаточное число редуктора и кпд

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

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

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:

η [%] = (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

Таблица 5. КПД волнового редуктора

Таблица 6. КПД зубчатых редукторов

По вопросам расчета и приобретения мотор редукторов различных типов обращайтесь к нашим специалистам. C каталогом червячных, цилиндрических, планетарных и волновых мотор-редукторов , предлагаемых компанией Техпривод можно ознакомиться на сайте.

Романов Сергей Анатольевич,
руководитель отдела механики
компании Техпривод

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 КПДКПД 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 большинстве механизмов с электрическим двигателем стоит цилиндрический редуктор. Он снижает количество оборотов и повышает мощность агрегата. Зубчатый механизм передачи крутящего момента через цилиндрические колеса имеет наиболее высокий КПД по сравнению с другими способами. Различные виды цилиндрических редукторов широко применяются в металлургическом и машиностроительном оборудовании, электрическом инструменте и автомобилях.

Конструктивные особенности

Основой любого редуктора является передающее вращательный момент и изменяющее число оборотов вала. Для цилиндрических зацеплений характерна возможность вращаться в обе стороны. При необходимости ведомый вал с колесом подключается к двигателю и становится ведущим. Они в данной конструкции расположены параллельно, горизонтально и вертикально. Устройство цилиндрических редукторов может быть самое разное, но оно обязательно включает в свою конструкцию:

• ведущий;
• ведомый вал;
• шестерню;
• колесо;
• подшипники;
• корпус;
• крышки;
• систему смазки.

Корпус и крышка отливаются из чугуна или делаются сварными из низкоуглеродистого листа толщиной 4 – 10 мм в зависимости от габаритов и мощности узла. Сварными делают маленькие редуктора. Остальные имеют крепкий литой корпус.

Характеристика цилиндрических редукторов

Количество зацеплений, тип зуба и взаимное расположение валов для всех видов оборудования описывает ГОСТ Редукторы цилиндрические. В нем указаны типоразмеры всех деталей, которые могут применяться в цилиндрических редукторах при различных количествах ступеней. Максимальное одной пары 6,5. Общее многоступенчатого редуктора может быть до 70.

Больше чем у цилиндрического редуктора может быть передаточное число у червячной передачи,оно может достигать 80. При этом они компактные, но используются редко из-за низкого КПД. У цилиндрических одноступенчатых редукторов КПД 99 – 98%, самый высокий из всех видов передач.Отличаются червячные и цилиндрические редукторы расположением валов. Если у цилиндрических они параллельные, то червяк располагается к колесу под углом. Следовательно валы ведущий и ведомый выходят из перпендикулярно расположенных боковых стенок корпуса.

Цилиндрические редуктора самые шумные, при соприкосновении зубьев происходит удар поверхности одну о другую. Это исключает сильное трение и перегрев.

Для смазки достаточно залить масло в поддон, чтобы нижние шестерни в него частично погрузились. При вращении зубья захватывают масло и разбрызгивают его на другие детали.

Проектирование и порядок расчета

Расчет будущего редуктора начинается с определения передаточного момента и подборки его из нормированных пар. После этого уточняются диаметры деталей и межосевое расстояние валов. Составляется кинематическая схема, определяется оптимальная форма корпуса и крышки, номера подшипников. В сборочный чертеж входит кинематическая схема двухступенчатого редуктора, система смазки и способы ее контроля, типы подшипников и места их установки.

ГОСТ 16531-83 описывает все возможные виды и типоразмеры зубчатых колес, которые могут применяться в цилиндрических редукторах с указанием модуля, количества зубьев и диаметра. По размеру шестерни подбирается вал. Его прочность рассчитывается с учетом вращательного момента на скручивание и изгиб. Определяется минимальный размер, умножается на коэффициент прочности. Затем выбирается ближайший больший нормализованный размер вала. Шпонка рассчитывается только на срез и подбирается аналогично.

Скачать ГОСТ 16531-83

По диаметру вала выбирается подшипник. Его тип определяется направлением зуба. При косозубой передаче ставят упорные, более дорогие. Прямозубая передача не нагружает их в осевом направлении, и однорядные шарикоподшипники работают по несколько тысяч часов.

Схема сборки указывается на чертеже внизу и подробно расписывается в технологической документации, которая выдается в производство вместе с чертежами. На главном чертеже с общим видом в таблице указываются технические характеристики редуктора, которые затем переносятся в паспорт:

• количество ступеней;
• передаточное число;
• число оборотов ведущего вала;
• мощность на выходе;
• габариты;

Дополнительно могут указываться вертикальное расположение зацепления, направление вращение вала и способ установки: фланцевый или на лапах.

Виды цилиндрических редукторов

Цилиндрические редукторы разнообразны по конструкции, размерам и мощности, они делятся на виды по нескольким характеристикам:

• тип крепления;
• расположение валов;
• количество ступеней;
• нарезка зуба.

К характеристикам могут относиться виды подшипников и тип соединения валов.

Редукторы цилиндрические одноступенчатые могут крепиться к двигателю и корпусу рабочего узла фланцами. Конструкция компактная, с минимальными затратами материалов.В основном они устанавливаются на подошву с выступами по периметру или на лапки с отверстиями под . Небольшие по габариту узлы могут устанавливаться на сварной каркас. Для габаритных агрегатов делается специальный фундамент.

Расположение валов

Входной и выходной валы могут располагаться горизонтально, вертикально, параллельно друг другу, но в разных плоскостях для многоступенчатых узлов. При наличии только одного зацепления, валы находятся в одной плоскости, строго вертикальной или горизонтальной. Они редко выводятся в одну сторону, только при возможности компактного расположения двигателя и рабочего узла. У двухступенчатого цилиндрического редуктора межосевое расстояние больше и можно монтировать двигатель со стороны исполнительного механизма.

Редукторы цилиндрические могут выпускать с вертикальным расположением валов. Их удобно устанавливать на машины, но верхнее зацепление и подшипники смазываются слабо. Для длительной работы с большими нагрузками они не подходят.

Корпус редуктора цилиндрического горизонтального габаритный, занимает много места. Он меньше греется, выдерживает нагрузки и вибрацию, устойчив.В моделях от 3 и более ступеней, валы располагаются горизонтально. Смазка достает до всех подшипников. В многорядных конструкциях делается дополнительно орошение сверху, с маслопровода, установленного в крышку.

Коробки скоростей

Разновидность цилиндрического редуктора с подвижным промежуточным валом является широко известной коробкой скоростей. При изменении положения вала одни пары выходят из зацепления, другие начинают взаимодействовать. В результате изменяется передаточное число, скорость вращения на выходе.

Коробки скоростей делаются с прямым зубом. Косозубые встречаются редко, когда большие нагрузки на исполнительный механизм.

Применение цилиндрических редукторов

– понижение числа оборотов двигателя и увеличение мощности на выходном валу. Сборка цилиндрического редуктора не представляет сложности. По центру отверстий проходит разъем корпуса и крышки. Подшипники насаживаются на валы, устанавливаются в заготовленные гнезда и подпираются снаружи крышками.

Колеса и шестерни крепятся на валы с помощью шпонок.

Для регулировки межосевого расстояния необходимо с большой точностью делать расточку корпуса.

Техобслуживание редукторов простое. Надо регулярно доливать масло, периодически менять его. Детали, расположенные внутри, рассчитаны на длительную эксплуатацию в течение как минимум 10 лет.

Применяются редуктора в различных отраслях промышленности. Отдельные типы крупного оборудования способны выдержать любые погодные условия. Их устанавливают в карьерах и на открытых площадках, на козловых кранах.

Прокатное и кузнечно-прессовое оборудование не сможет работать без редукторов. В этой отрасли востребовано много разновидностей редукторов. Прямозубые стоят на кранах. Мощные шевронные вращают кривошипные прессы, вальцы, манипуляторы, подающие металл.

Прокатные т-правильные станы работают исключительно благодаря клетям, передающим вращение двигателя на валки и рабочие узлы.

Под каждым капотом прячется коробка скоростей. На каждом станке имеется редуктор или несколько. Маленькие передачи установлены в электроинструменте и регулируют скорость вращения шпинделя дрели, болгарки и фрезера.

Достоинства и недостатки

Цилиндрический передаточный механизм получил широкое применение в различных областях. Он имеет неоспоримые достоинства по сравнению с червячным:

• высокий КПД;
• не греется;
• работает в обе стороны.

Преимущества и недостатки цилиндрического редуктора зависят от особенностей зубчатого зацепления и других конструктивных элементов.

Преимущества

Основным положительным моментом является высокий КПД. Он значительно превосходит мощности на выходе при одинаковых двигателях, все зубчатые и другие виды передач.

Узел может работать длительное время без перерывов, переключаться бесконечное количество раз с одного режима на другой и даже менять направление вращения.

Выделение тепла минимальное. Нет надобности ставить систему охлаждения. Смазка разбрызгивается нижними колесами, смазывает верхние шестерни, подшипники и собирает вниз, в поддон, всю грязь, сколовшиеся частицы металла.Достаточно периодически доливать масло и раз в 3 – 6 месяцев менять его.Частота профилактических мероприятий зависит от режима работы.

Выходной вал установлен в подшипники качения и практически не имеет люфта. Перемещение его достаточно точное, чтобы использовать зубчатый механизм в качестве привода точных приспособлений и приборов. Осевое и радиальное биение сопрягаемых деталей не влияет на работу механизма.

Эффективность работы не зависит от перепадов напряжения. Передаточное число стабильно. Если падает скорость вращения двигателя, пропорционально замедляется вращение ведомого колеса. Мощность остается неизменной.

Недостатки

Положительное качество – отсутствие трения и торможения, в определенных условиях создает проблемы. В грузоподъемных механизмах при установке цилиндрического редуктора надо ставить сильный тормоз, чтобы удержатьтяжелые предметы на весу и предотвратить их самостоятельное опускание. В червячных передачах ведущим может быть только червяк и из-за большого трения возникает эффект самоторможения.

Проблема всех зубчатых зацеплений в отсутствии предохранительного механизма.

При перегрузе или резком включении ремень проскальзывает по шкиву. Зуб может только сломаться, и деталь придется менять. Как дополнительные предохранители используются шпонки. Они рассчитываются на срез без запаса прочности. Заменить срезанную муфтой простую деталь значительно проще.

Стоимость рабочих деталей большая. Технология изготовления длительная и сложная.При этом зуб постепенно стирается, увеличивается зазор между рабочими поверхностями. Изменять межцентровое расстояние, как в реечных и червячных передачах в редукторе нельзя.Приходится периодически заменять шестерни, колеса, подшипники.

Чем больше стирается эвольвента, тем сильнее стучат друг об друга зубья, и шумит редуктор.

1 Крутящий момент на выходном валу редуктора M2 [Нм]
Крутящим моментом на выходном валу редуктора называется вращающий момент, подводимый к выходному валу мотор-редуктора, при установленной номинальной мощности Pn, коэффициенте безопасности S, и расчетном сроке службы 10000 часов, с учетом КПД редуктора.
2 Номинальный крутящий момент редуктора Mn2 [Нм]
Номинальным крутящим моментом редуктора называется максимальный крутящий момент, на безопасную передачу которого рассчитан редуктор, исходя из следующих величин:
. коэффициент безопасности S=1
. срок службы 10000 часов.
Величины Mn2 рассчитываются в соответствии со следующими стандартами:
ISO DP 6336 для шестерен;
ISO 281 для подшипников.

3 Максимальный вращающий момент M2max [Нм]
Максимальным вращающим моментом называется наибольший крутящий момент, выдерживаемый редуктором в условиях статической или неоднородной нагрузки с частыми пусками и остановками (это величина понимается как мгновенная пиковая нагрузка при работе редуктора или пусковой крутящий момент под нагрузкой).
4 Необходимый крутящий момент Mr2 [Нм]
Значение крутящего момента, соответствующее необходимым требованиям потребителя. Данная величина всегда должна быть меньше или равна номинальному значению выходного крутящего момента Mn2 выбранного редуктора.
5 Расчетный крутящий момент M c2 [Нм]
Значение крутящего момента, которым необходимо руководствоваться при выборе редуктора с учетом требуемого крутящего момента Mr2 и эксплуатационного коэффициента fs, вычисляется по формуле:

Значения динамического КПД редукторов указаны в таблице (A2)

Предельная термическая мощность Pt [кВт]

Данная величина равна предельному значению передаваемой редуктором механической мощности в условиях непрерывной работы при температуре окружающей среды 20°C без повреждения узлов и деталей редуктора. При температуре окружающей среды, отличной от 20°C, и прерывистом режиме работы значение Pt корректируется с учетом тепловых коэффициентов ft и коэффициентов скорости, приведенных в таблице (A1). Необходимо обеспечить выполнение следующего условия:

Коэффициент полезного действия (КПД)

1 Динамический КПД [ηd]
Динамический КПД представляет собой отношение мощности, получаемой на выходном валу P2, к мощности, приложенной к входному валу P1.

Передаточное число [ i ]

Характеристика, присущая каждому редуктору, равная отношению скорости вращения на входе n1 к скорости вращения на выходе n2:

Скорость вращения

1 Скорость на входе n1 [мин -1]
Скорость вращения, подведенная к входному валу редуктора. В случае прямого подсоединения к электродвигателю данное значение равно выходной скорости электродвигателя; в случае подсоединения через другие элементы привода для получения входной скорости редуктора скорость двигателя следует разделить на передаточное число подводящего привода. В этих случаях рекомендуется подводить к редуктору скорость вращения ниже 1400 об/мин. Не допускается превышение значений входной скорости редукторов, указанных в таблице.

2 Скорость на выходе n2 [мин-1]
Выходная скорость n2 зависит от входной скорости n1 и передаточного числа i; вычисляется по формуле:

Коэффициент безопасности [S]

Значение коэффициента равно отношению номинальной мощности редуктора к реальной мощности электродвигателя, подсоединенного к редуктору:

Классификация редукторов в зависимости от расположения осей входного и выходного валов в пространстве.

Классификация редукторов в зависимости от способа крепления.

Конструктивные исполнения по способу монтажа.

Условные изображения и цифровые обозначения конструктивных исполнений редукторов и мотор-редукторов общемашиностроительного применения: (изделий) по способу монтажа установлены ГОСТ 30164-94.
В зависимости от конструкции редукторы и мотор-редукторы разбиты на следующие группы:

а) соосные;
б) с параллельными осями;
в) с пересекающимися осями;
г) со скрещивающимися осями.

К группе а) отнесены и изделия с параллельными осями, у которых концы входного и выходного валов направлены в противоположенные стороны, а их межосевое расстояние составляет не более 80мм.
К группам б) и в) отнесены также вариаторы и вариаторные приводы. Условные изображения и цифровые обозначения конструктивных исполнений по способу монтажа характеризуют конструктивные исполнения корпусов, а также расположение в пространстве поверхностей крепления валов или осей валов.

Первая - конструктивное исполнение корпуса (1 - на лапах, 2 - с фланцем);
Вторая - расположение поверхности крепления (1 - пол, 2 - потолок, 3 - стена);
Третья - расположение конца выходного вала (1 - горизонтальный влево, 2 - горизонтальный вправо, 3 - вертикальный вниз, 4 - вертикальный верх).

Условное обозначение изделий группы а) состоит из трех цифр:
первая - конструктивное исполнение корпуса (1 - на лапах; 2 - с фланцем); вторая - расположение поверхности крепления (1 - пол; 2 - потолок; 3 - стена); третья - расположение конца выходного вала (1 - горизонтальный влево; 2 - горизонтальный вправо; 3 - вертикальный вниз; 4 - вертикальный вверх).

Условное обозначение изделий групп б) и в) состоит из четырех цифр:
первая - конструктивное исполнение корпуса (1 - на лапах; 2 - с фланцем; 3 - навесное; 4 - насадное); вторая - взаимное расположение поверхности крепления и осей валов для группы б): 1 - параллельно осям валов; 2 - перпендикулярно осям валов; для группы в): 1 - параллельно осям валов; 2 - перпендикулярно оси выходного вала; 3 - перпендикулярно оси входного вала); третья - расположение поверхности крепления в пространстве (1 - пол; 2 - потолок; 3 - стена левая, передняя, задняя; 4 - стена правая, передняя, задняя);

четвертая - расположение валов в пространстве для группы б): 0 - валы горизонтальные в горизонтальной плоскости; 1 - валы горизонтальные в вертикальной плоскости; 2 - валы вертикальные; для группы в): 0 - валы горизонтальные; 1 - выходной вал вертикальный; 2 - входной вал вертикальный).
Условное обозначение изделий группы г) состоит из четырех цифр:
первая - конструктивное исполнение корпуса (1 - на лапах; 2 - с фланцем; 3 - навесное; 4 - насадное);
вторая - взаимное расположение поверхности крепления и осей валов (1 - параллельно осям валов, со стороны червяка; 2 - параллельно осям валов, со стороны колеса; 3, 4 - перпендикулярно оси колеса; 5, 6 - перпендикулярно оси червяка);
третья - расположение валов в пространстве (1 - валы горизонтальные; 2 - выходной вал вертикальный: 3 - входной вал вертикальный);
четвертая - взаимное расположение червячной пары в пространстве (0 - червяк под колесом; 1 - червяк над колесом: 2 - червяк справа от колеса; 3 - червяк слева от колеса).
Изделия навесного исполнения устанавливают полым выходным валом, а корпус фиксируют в одной точке от проворота реактивным моментом. Изделия насадного исполнения устанавливают полым выходным валом, а корпус крепят неподвижно в нескольких точках.
В мотор-редукторах на изображении конструктивного исполнения по способу монтажа должно быть дополнительное упрощенное изображение контура двигателя по ГОСТ 20373.
Примеры условных обозначений и изображений:
121 - соосный редуктор, конструктивное исполнение корпуса на лапах, крепление к потолку, валы горизонтальные, выходной вал слева (рис. 1, а);
2231 - редуктор с параллельными осями, исполнение корпуса с фланцем, поверхность крепления перпендикулярна осям валов, крепление к левой стене, валы горизонтальные в вертикальной плоскости (рис. 1, б);
3120 - редуктор с пересекающимися осями, исполнение корпуса навесное, поверхность крепления параллельна осям валов, крепление к потолку, валы горизонтальные (рис. 1, в);
4323 - редуктор со скрещивающимися осями, исполнение корпуса насадное, поверхность крепления перпендикулярна оси колеса, выходной вал вертикальный, червяк слева от колеса (рис. 1, г). Символом LLLL обозначена точка фиксации изделия от проворота реактивным моментом и крепление полого выходного вала на валу рабочей машины.

Лабораторная работа

Исследование коэффициента полезного действия зубчатого редуктора

1. Цель работы

Аналитическое определение коэффициента полезного действия (КПД) зубчатого редуктора.

Экспериментальное определение КПД зубчатого редуктора.

Сравнение и анализ полученных результатов.

2. Теоретические положения

Энергия, подводимая к механизму в виде работы движущих сил и моментов за цикл установившегося режима, расходуется на совершение полезной работы т.е. работы сил и моментов полезного сопротивления, а также на совершение работы , связанной с преодолением сил трения в кинематических парах и сил сопротивления среды: . Значения и подставляются в это и последующие уравнения по абсолютной величине. Механическим коэффициентом полезного действия называется отношение

Таким образом, КПД показывает, какая доля механической энергии, подведенной к машине, полезно расходуется на совершение той работы, для которой машина создана, т.е. является важной характеристикой механизма машин. Так как потери на трение неизбежны, то всегда . В уравнении (1) вместо работ и , совершаемых за цикл, можно подставлять средние за цикл значения соответствующих мощностей:

Редуктор - это зубчатый (в т.ч. червячный) механизм, предназначенный для уменьшения угловой скорости выходного вала по отношению к входному.

Отношение угловой скорости на входе к угловой скорости на выходе называют передаточным отношениемредуктора :

Для редуктора уравнение(2)принимает вид

Здесь Т 2 иТ 1 – средние значения вращающих моментов на выходном (момент сил сопротивления) и входном (момент движущих сил) валах редуктора.

Экспериментальное определение КПД основано на измерении значенийТ 2 иТ 1 и расчете η по формуле(4).

При исследовании КПД редуктора факторами, т.е. параметрами системы которые оказывают влияние на измеряемую величину и могут целенаправленно изменяться в процессе эксперимента, являются момент сопротивления Т 2 на выходном валу и частота вращения входного вала редуктора n 1 .

Основным путем повышения КПД редукторов является уменьшение потерь мощности, как-то: использование более современных систем смазки, исключающих потери на перемешивание и разбрызгивание масла; установка гидродинамических подшипников; проектирование редукторов с наиболее оптимальными параметрами передачи.

КПД всей установки определяется из выражения

где – КПД зубчатого редуктора;

– КПД опор электродвигателя, ;

– КПД муфты, ;

– КПД опор тормоза, .

Общий КПД зубчатого многоступенчатого редуктора определяется по формуле:

где – КПД зубчатого зацепления при среднем качестве изготовления при периодической смазке, ;

– КПД пары подшипников зависит от конструкции их, качества сборки, способа нагружения и приближенно принимается (для пары подшипников качения) и (для пары подшипников скольжения);

– КПД, учитывающий потери на разбрызгивание и перемешивание масла приближенно принимается = 0,96;

k – число пар подшипников;

n – число пар зубчатых колес.

3. Описание объекта исследования, приборов и инструментов

Данная лабораторная работа выполняется на установке ДП-3А, позволяющей экспериментально определить КПД зубчатого редуктора. Установка ДП-3А(рисунок 1)смонтирована на литом металлическом основании 2 и состоит из узла электродвигателя3(источник механической энергии) с тахометром5, нагрузочного устройства11(потребитель энергии), испытуемого редуктора8и упругих муфт9.

Рис.1. Принципиальная схема установки ДП-3А

Нагрузочное устройство 11 представляет собой магнитный порошковый тормоз, имитирующий рабочую нагрузку редуктора. Статор нагрузочного устройства представляет собой электромагнит, в магнитный зазор которого помещен полый цилиндр с валиком (ротор нагрузочного устройства). Внутренняя полость нагрузочного устройства заполнена массой, представляющей собой смесь карбонильного порошка с минеральным маслом.

Два регулятора: потенциометры 15 и 18 позволяют регулировать частоту вращения вала электродвигателя и величину тормозного момента нагрузочного устройства соответственно. Частоту вращения контролируют с помощью тахометра5.

Величины вращающих моментов на валах электродвигателя и тормоза определяют посредством устройств, включающих в себя плоскую пружину6 и индикаторы часового типа7,12. Опоры1и10на подшипниках качения обеспечивают возможность поворота статора и ротора (и у двигателя, и у тормоза) относительно основания.

Таким образом, при подаче электрического тока (включить тумблер14, загорается сигнальная лампа16) в обмотку статора электродвигателя3ротор получает момент вращения, а статор – реактивный момент, равный моменту вращения и направленный в противоположную сторону. При этом статор под действием реактивного момента отклоняется (балансирный электродвигатель) от первоначального положения в зависимости от величины тормозного момента на ведомом валу редуктора T 2 . Эти угловые перемещения корпуса статора электродвигателя измеряют числом делений П 1 , на которое отклоняется стрелка индикатора7.

Соответственно при подаче электрического тока(включить тумблер 17)в обмотку электромагнита магнитная смесь оказывает сопротивление вращению ротора, т.е. создает тормозной момент на выходном валу редуктора, регистрируемый аналогичным устройством (индикатор12), показывающим величину деформации (число деленийП 2) .

Пружины измерительных приборов предварительно тарируют. Их деформации пропорциональны величинам вращающих моментов на валу электродвигателя Т 1 и выходном валу редуктора T 2 , т.е. величинам момента сил движущих и момента сил сопротивления (тормозного).

Редуктор8состоит из шести одинаковых пар зубчатых колес, установленных на шарикоподшипниковых опорах в корпусе.

Кинематическая схема установки ДП 3А представлена на рисунке2, а основные параметры установки приведены в таблице 1.

Таблица 1. Техническая характеристика установки

Рис. 2. Кинематическая схема установки ДП-3А

1 - электродвигатель; 2 – муфта; 3 – редуктор; 4 – тормоз.

4. Методика проведения исследований и обработка результатов

4.1Экспериментальное значение КПД зубчатого редуктора определяется по формуле:

где Т 2 – момент сил сопротивления (вращающий момент на валу тормоза), Нмм ;

Т 1 – момент сил движущих (вращающий момент на валу электродвигателя), Нмм ;

u – передаточное число зубчатого редуктора;

– КПД упругой муфты; = 0,99;

– КПД подшипников опор, на которых установлены электродвигатель и тормоз; = 0,99.

4.2. Экспериментальные испытания предполагают измерение вращающего момента на валу электродвигателя при заданной скорости вращения. При этом на выходном валу редуктора последовательно создают определенные тормозные моменты по соответствующим показаниям индикатора12.

Во время включения электродвигателя тумблером 14 (рисунок 1) статор электродвигателя поддерживать рукой для предотвращения удара по пружине.

Включить тормоз тумблером17, после этого стрелки индикаторов устанавливаются на ноль.

При помощи потенциометра15установить на тахометре требуемое число оборотов вала двигателя, например – 200(таблица 2).

Потенциометром 18 на выходном валу редуктора создаются тормозные моменты Т 2 , соответствующие показаниям индикатора12.

Зафиксировать показания индикатора7, чтобы определить вращающий момент на валу электродвигателя Т 1 .

После каждой серии измерений на одну скорость, потенциометры 15 и 18 выводятся в крайнее против часовой стрелки положение.

4.3. Изменяя нагрузку на тормозе потенциометром18и на двигателе потенциометром15(см. рисунок 1) при неизменной скорости вращения двигателя записатьпятьпоказаний индикатора7и12(П 1 иП 2) в таблицу 3.

Таблица 3. Результаты испытаний