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

Лабораторная работа № 5.

Исследование КПД редуктора.

Цели и задачи работы : изучение метода экспериментального определения коэффициента полезного действия (КПД) редуктора, получение зависимости КПД редуктора от величины момента сопротивления, приложенного к выходному валу редуктора, оценка параметров математической модели, описывающей зависимость КПД редуктора от момента сопротивления и определение величины момента сопротивления, соответствующего максимальному значению КПД.

5.1.Общие сведения о КПД механизмов.

Энергия, подводимая к механизму в виде работы А д движущих сил и моментов за цикл установившегося режима, расходуется на совершение полезной работы А пс т.е. работы сил и моментов полезного сопротивления, а также на совершение работы А т, связанной с преодолением сил трения в кинематических парах и сил сопротивления среды: А д = А пс + А т. Значения А пс и А т 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 <1. В уравнении (5.1) вместо работ А д и А пс, совершаемых за цикл, можно подставлять средние за цикл значения соответствующих мощностей:

(5.2)

Редуктор - это зубчатый механизм, предназначенный для уменьшения угловой скорости выходного вала по отношению к входному. Отношение угловой скорости на входе к угловой скорости на выходе называют передаточным отношением редуктора:

Для редуктора уравнение (5.2) принимает вид:

(5.4)

Здесь М С и М Д - средние значения моментов на выходном и входном валах редуктора. Экспериментальное определение КПД основано на измерении значений М С и М д и расчете по формуле (5.4).

5.2.Факторы. Определение поля варьирования факторов.

Факторами называют параметры системы, которые оказывают влияние на измеряемую величину и могут целенаправленно изменяться в процессе эксперимента. При исследовании КПД редуктора факторами являются момент сопротивления М C на выходном валу и частота вращения входного вала редуктора n 2 .

На первом этапе эксперимента необходимо определить предельные значения факторов, которые можно реализовать и измерить на данной установке, и построить поле варьирования факторов. Приближенно это поле можно построить по четырем точкам. Для этого при минимальном моменте сопротивления (тормоз установки выключен) регулятором частоты вращения устанавливают ее минимальное и максимальное значения. В журнале регистрируют показания тахометра и , а также соответствующие показания индикатора тормоза и . При этом, если значение превышает верхний предел шкалы тахометра, то принимают ее равной наибольшему значению этой шкалы.

Затем включают тормоз и регулятором момента устанавливают максимальный момент сопротивления М C max . Регулятором частоты вращения устанавливают вначале максимальное для данной нагрузки значение частоты , а затем минимальное устойчивое (около 200 об/мин). В журнале регистрируют значения частоты , и соответствующие им показания индикатора тормоза и Изображая полученные четыре точки на координатной плоскости и соединяя их прямыми линиями, строят поле варьирования факторов (рис. 5.1). Внутри этого поля (с некоторыми отступлениями от границ) выбирают область исследования - пределы изменения факторов в эксперименте. При однофакторном эксперименте изменяют только один из факторов, все остальные поддерживают на заданном постоянном уровне. В этом случае область исследования представляет собой отрезок прямой (см. рис. 5.1, прямая n д =const).

5.3. Выбор модели и планирование эксперимента.

В качестве математической модели исследуемого процесса наиболее часто используют полиномы. В данном случае для зависимости при n д =const

принимаем полином вида

Задача эксперимента заключается в получении эмпирических данных для вычисления оценок коэффициентов этой модели. Так как при М С = 0 КПД системы равен нулю, то полином можно упростить, исключив из него член b 0 , который равен нулю. Результаты эксперимента обрабатывают на ЭВМ по программе "KPD", которая позволяет определять коэффициенты модели b k и выводить на печать графики зависимостей: экспериментальной с указанием доверительных интервалов и построенной по модели , а также значение момента сопротивления М С0 , соответствующего максимальному

5.4. Описание экспериментальной установки.

Исследование КПД редуктора проводят на установке типа ДП-4. Установка (рис.5.2) содержит объект исследования - редуктор 2 (планетарный, червячный, рядный, волновой), источник механической энергии - электродвигатель 1, потребитель энергии - порошковый электромагнитный тормоз 3, два регулятора: потенциометр 5 регулятора частоты вращения двигателя и потенциометр 4 регулятора момента тормоза, а также устройства для измерения частоты - вращения двигателя (тахометр 6) и крутящих моментов на валу двигателя и тормоза.

Устройства для измерения моментов двигателя и тормоза аналогичны по конструкции (рис.5.3). Они состоят из опоры с подшипниками качения, которая обеспечивает возможность поворота статора 1 и ротора 2 относительно основания, измерительного рычага с плечом l и , опирающегося на пластинчатую пружину 4 и стрелочного индикатора 3. Прогиб пружины измеряют с помощью индикатора, значение прогиба пропорционально крутящему моменту на статоре. Значение момента на роторе приближенно оценивают по моменту на статоре, пренебрегая моментами трения и вентиляционных потерь. Для тарировки индикаторов установка комплектуется съемными рычагами 6, на которые с шагом l нанесены деления, и грузами 5. На тарировочных рычагах двигателя lд = 0.03 м, тормоза l д =0.04 м. Массы грузов равны: m 5д = 0.1 кг и m 5т = 1 кг соответственно. Порошковый тормоз представляет собой устройство, состоящее из ротора и статора, в кольцевом зазоре между которыми размещен ферромагнитный порошок. Изменяя потенциометром 5 напряжение на обмотках статора тормоза, можно уменьшать или увеличивать силу сопротивления сдвигу между частицами порошка и момент сопротивления на валу тормоза.

5.5. Тарировка индикаторов измерителей моментов.

Тарировка - экспериментальное определение зависимости (аналитической или графической) между показаниями измерительного прибора (индикатора) и измеряемой величиной (крутящим моментом). При тарировке измерительное устройство с помощью рычага и груза нагружают известными по значению крутящими моментами М т i и регистрируют показания индикатора .
Чтобы исключить влияние начального момента М т o = G 5 l o , переходят из системы координат f" 0" M" в систему f 0 M (рис. 5.4), т.е. устанавливают шкалу индикатора на ноль после размещения груза G 5 у нулевого значения шкалы на рычаге.

При тарировке находят средние значения показаний индикатора тормоза на всех ступенях нагрузки М т c i . Тарировочная зависимость для момента двигателя имеет вид. Область исследования и уровни фактора при тарировке определяются длиной и шагом разметки рычагов 6 и массами грузов 5.

Для получения тарировочной зависимости проводят N оригинальных опытов (при различных уровнях М т i ) с m повторами на каждом уровне, где N >=k + 1; m >= 2 ; k - число коэффициентов модели (принимают N = 5, m >= 2 ; k - число коэффициентов модели (принимают N = 5 , m = 3). Коэффициенты тарировочной зависимости b k рассчитывают по массиву результатов тарировки на ЭВМ по программе "KPD".

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

Наименование параметра	Буквенное обозначение величины	Значение
Количество пар прямозубых цилиндрических колес в редукторе	n
Передаточное число редуктора	u
Модуль передачи, мм	m
Номинальный момент на валу электродвигателя, Нмм	Т 1
Тормозной момент на валу тормоза, Нмм	Т 2	до 3000
Число оборотов вала электродвигателя, об/мин	n 1	1000

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.

Частота вращения n 1 вала электродвигателя,об/мин	Показания индикатора 12, П 2
200, 350, 550, 700	120, 135, 150, 165, 180, 195
850, 1000	100, 105, 120, 135, 150, 160

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

Число оборотов вала электродвигателя, n 1 , об/мин

Показания индикатора 7 П 1

Вращающий момент на валу электродвигателя, Нмм

Показания индикатора 12 П 2

Вращающий момент на валу тормоза, Нмм

КПД экспериментальный,

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		Одна или несколько цилиндрических	Параллельное
			Параллельное/соосное
			Параллельное
Конический		Коническая	Пересекающееся
Коническо-цилиндрический		Коническая	Пересекающееся/скрещивающееся
Червячный		Червячная (одна или две)	Скрещивающееся
			Параллельное
Цилиндрическо-червячный или червячно-цилиндрический		Цилиндрическая (одна или две) Червячная (одна)	Скрещивающееся
Планетарный		Два центральных зубчатых колеса и сателлиты (для каждой ступени)
Цилиндрическо-планетарный		Цилиндрическая (одна или несколько)	Параллельное/соосное
Коническо-планетарный		Коническая (одна) Планетарная (одна или несколько)	Пересекающееся
Червячно-планетарный		Червячная (одна) Планетарная (одна или несколько)	Скрещивающееся
Волновой		Волновая (одна)

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
Плавный запуск, статичный режим эксплуатации, ускорение массы средней величины
Умеренная нагрузка при запуске, переменный режим, ускорение массы средней величины
Эксплуатация при тяжелых нагрузках, переменный режим, ускорение массы большой величины

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

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

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.