Расчет и выбор (Российская методика) – редуктор червячный

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 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 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)

            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 К_ч     (5)

            где

            К₁ – коэффициент типа и характеристик двигательной установки, таблица 2

            К₂ – коэффициент продолжительности работы таблица 3

            К₃ – 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)

            где

            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)

            где

            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)

            где

            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)

            где

            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)

            где

            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. 

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

Таблица 5

Таблица 6