Как найти выходную мощность редуктора

Правильный расчет редуктора перед покупкой крайне важен, поскольку от него напрямую зависит срок службы как самого устройства, так и связанных с ним агрегатов. В противном случае существует большой риск их преждевременного износа из-за перегрузки или вероятность поломки.  С другой стороны, приобретение редуктора с большим запасом по мощности, связан с излишними финансовыми затратами как при приобретении самого механизма так и при  дополнительном  расходе электроэнергии на недогруженном механизме. Именно поэтому при подборе следует учитывать:

• тип;
• мощность;
• максимальный момент на выходном валу;
• частоту оборотов;
• передаточные числа;
• КПД;
• Эксплуатационный коэффициент ( сервис-фактор Sf)
• Климатическое исполнение
• ремонтопригодность;
• варианты исполнения в срезе взрывозащищенности и взрывобезопасности.

Тип редуктора

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

Передаточное число [I]

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

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

Крутящий момент редуктора

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

Mc2 = Mr2 x Sf ≤ Mn2, где:

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

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

Эксплуатационный коэффициент (сервис-фактор)

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

Мощность привода

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

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

Коэффициент полезного действия (КПД)

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

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

Типы взрывозащищенного исполнения

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

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

Показатели надежности

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

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

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

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

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

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

Тип редуктора
Передаточное число [I]
Крутящий момент редуктора
Эксплуатационный коэффициент (сервис-фактор)
Мощность привода
Коэффициент полезного действия (КПД)
Взрывозащищенные исполнения
Показатели надежности
Сервис расчета привода

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 [M2] – вращающий момент на выходном валу. Учитывается номинальная мощность [Pn], коэффициент безопасности [S], расчетная продолжительность эксплуатации (10 тысяч часов), КПД редуктора.

Номинальный крутящий момент [Mn2] – максимальный крутящий момент, обеспечивающий безопасную передачу. Его значение рассчитывается с учетом коэффициента безопасности – 1 и продолжительность эксплуатации – 10 тысяч часов.

Максимальный вращающий момент {M2max] – 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 [Mr2] – крутящий момент, удовлетворяющим критериям заказчика. Его значение меньшее или равное номинальному крутящему моменту.

Расчетный крутящий момент [Mc2] – 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 [P2] 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

Таблица 5. КПД волнового редуктора

Передаточное число	63	80	100	125	160	200	250	315
КПД	0,83	0,82	0,80	0,78	0,75	0,72	0,70	0,65

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. Здесь 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:
Как правильно подобрать электродвигатель
Редуктор от «А» до «Я»
Выбор преобразователя частоты
Подключение и настройка частотного преобразователя
Схемы подключения устройства плавного пуска

Мотор-редуктор – это главный элемент электропривода. За счет его работы происходит распределение скорости работы движущих частей механизма техники. По своим конструктивным особенностям он состоит из двух компонентов: редуктора и мотора. Задачей редуктора является передача крутящего момента вала электрического двигателя к машинному валу.

Данный приводной механизм широко распространен в сферах промышленности. Такая популярность обусловлена тем, что мотор-редуктор имеет компактные размеры, высокий уровень КПД и простое обслуживание. Изделия используют на производственных предприятиях для работы:

• ленточных конвейеров;
• бетономешалок;
• передвижных грузовых подъемников;
• оцилиндровочных станков.

Типы мотор-редукторов

В зависимости от типа передачи энергии данный механизм делится на следующие виды:

1. Планетарные. Отличаются своей надежностью и повышенным уровнем КПД. Соединение представлено ротором и исполнительным механизмом с применением шестерней. В движение механизм приводится центральной шестерней. Минусом такого оснащения является отсутствие тормоза и ускоряющего момента.
2. Червячные. Соединение механизма представлено комбинацией червячного колеса с винтом. Благодаря этому изделия способны плавно прибавлять и снижать скорость вращения, что благоприятно сказывается на изнашиваемости деталей. Главным минусом является малое число передачи вращения и КПД. Такие мотор-редукторы способны работать на оборотах средней мощности.
3. Цилиндрические. Имеют два подтипа: соосные и плоские. В таких механизмах передача движения осуществляется косозубными колесами цилиндрической формы, установленных на фланце или лапе. Главными достоинствами является способность задать желаемое передаточное число с повышенным уровнем КПД. Минус – сравнительно высокая стоимость.
4. Волновые. Движение происходит через встроенные в гибкой части механизма волны. Модели имеют соосное расположение осей.

Градация изделий также происходит по расположенным внутри осям, которые могут быть:

• параллельными;
• соосными;
• пересекающимися;
• скрещивающимися.

Ось механизма определяет тип расположения входящего и выходящего валов по отношению друг к другу. Валы могут размещаться вертикально, горизонтально или с уклоном.

Для крепления мотор-редукторов используются:

• лапы – применяется для габаритных изделий;
• фланцы – подходит для механизмов небольших размеров и массы;
• насадки – самый простой способ, когда редукторный вал усаживается на вал механизма.

Как выбрать оптимальный вариант?

Выбор мотор-редуктора для производства задача не из легких. Стоит брать во внимание много сопутствующих факторов:

1. Тип изделия.
2. Количество выходных оборотов (данный параметр имеет важное влияние на последующий выбор модели изделия).
3. Мощность.
4. Особенности эксплуатации.
5. Условия работы.
6. Тип крепления.
7. Конструктивное строение входных и выходных валов.
8. Наличия дополнительных функциональных возможностей.
9. Габаритные размеры (показатели должны соответствовать месту расположения такого оборудования).

Как рассчитать эффективность?

Подсчитать и получить количественные значения главных рабочих характеристик мотор-редуктора можно при помощи специальных математических формул.

Первое, что необходимо сделать – подсчитать исходную мощность вращения валов. Чтобы найти значение крутящего момента следует учесть размер номинальной мощности, коэффициента безопасности, длительности работы и КПД.

Номинальное значение крутящего момента «Mn2» – это максимальный уровень безопасного вращения. Он исчисляется с показателем безопасности (1) и длительностью работы (10 тыс. часов).

Максимальное значение «M2max» – то предельное значение, которое изделие способно выдержать при стабильной или изменяемой типах нагрузки.

Нужный вращающий момент «Mr2» – тот показатель, который удовлетворяет критерии заказчика. Значение может быть равно или быть меньше номинального показателя вращений.

Расчетное число «Mc2» – показатель, влияющий на выбор изделия. Чтобы произвести расчет следует воспользоваться формулой:

Mc2 = Mr2 x Sf ≤ Mn2

Обозначение:

• «Mr2» – нужный вращающий момент;
• «Sf» – коэффициент эксплуатации;
• «Mn2» – номинальное значение.

Приводная мощность

При правильном расчете мощности мотор-редуктора можно добиться преодоления сопротивления, которое возникает при прямолинейном или вращающих движениях. Подсчитать мощность «Р» можно при помощи поиска показателей соотношения силы и количества оборотов за 1 минуту. Формула для расчёта:

P = (MxN)/9550

Обозначение:

• «М» – вращающий момент;
• «N» – число оборотов за 1 минуту.

Рассчитать выходную мощность можно формулой:

P2 = P x Sf

Обозначение:

• «Р» – силы мощности;
• «Sf» – коэффициент эксплуатации.

Стоит учесть, что при проведении расчетов необходимо брать реальные значения, чтобы полученный результат был действительным.

Расчет коэффициента полезного действия (КПД)

Поиск данного значения приведем на примере червячного мотор-редуктора, который будет равен выходной и входной мощности изделия. Формула исчисления:

ñ [%] = (P2/P1) x 100

Обозначение:

• «Р2» – показатель выходной мощности;
• «Р1» – значение входной мощности.

Стоит учесть важный факт, что высокая передача провоцирует низкий уровень КПД. Его высокие показатели имеют особое влияние и зависят от качества материалов для смазки, а также длительности работы самого оборудования.

Особенности взрывозащищенных изделий

Данный вид имеет свою классификацию. По типу защиты от взрывов они делятся:

1. Е – высокая степень защищенности. Модели способны применяться в любых условиях.
2. D – оболочка корпуса взрывонепроницаема. Это защитит мотор от деформирования, в случае самостоятельной детонации. Такие изделия подходят для работ с высоким температурным режимом и любыми видами взрывоопасных веществ.
3. I – защита от иск электрической сети. Подходят для специально созданных условий производства.

Табличное значение надёжности

Табличные данные показывают значения работы мотор-редуктора при номинальном типе нагрузки. Изделие должно обеспечить 90% работоспособности при временных перегрузках на небольшое время, которые возникают при запуске оборудования или увеличении номинального показателя вдвое.

Данные	Типы изделия	Показатели (ч)
90% ресурса валов и передач	Цилиндрические, планетарные, конические, коническо-цилиндрические	25 000
90% ресурса подшипников	Червячные, волновые и глобоидные	25 000
Цилиндрические, планетарные, конические, коническо-цилиндрические	10 000
Червячные	5 000

Купить мотор-редукторы от производителя желаемого размера и мощности довольно просто. Если у вас в процессе подбора возникли проблемы или нет возможности произвести правильный расчет основных показателей работы изделия, тогда смело обращайтесь к специалистам нашей компании: +375 (17) 513-99-93 или +375 (17) 513-99-91.