Расчет редуктора, расчет червячного редуктора, подбор типа редуктора

Расчет редуктора

Надежность редуктора и его срок службы определяется тем, насколько верный выбор Вы сделали при покупке оборудования. Поломка редуктора, его неправильное функционирование и, как следствие, дополнительные финансовые затраты – всё это может указывать на различные ошибки, которые были допущены при расчете редуктора. Кроме того, у верно подобранного редуктора срок службы значительно выше: для редукторов цилиндрического типа он составляет 10-15 лет, а для червячных – 7-9 лет. Следовательно, наиболее рациональное решение при выборе подобного оборудования – доверить расчет редуктора высококвалифицированным специалистам, которые не забудут учесть такие факторы, как степень допустимого нагрева или температурные условия эксплуатации редуктора. Наши сотрудники с удовольствием помогут Вам сделать правильный выбор и подобрать подходящий под конкретные цели редуктор. Для этого Вы можете воспользоваться функцией онлайн-консультации, заказать бесплатный звонок или оставить заявку на почте info@saluteh.by. Получите профессиональную консультацию от наших специалистов тем способом, которым Вам удобно!

Можно выделить три основных шага при расчете редуктора. Необходимо:

  1. Выбрать тип редуктора;
  2. Выбрать типоразмер редуктора и требуемые характеристики;
  3. Произвести проверку всех проделанных расчетов.

Выбираем тип редуктора

Для того, чтобы определиться с типом редуктора, нужно рассмотреть пространственное расположение всех механизмов, которые присоединяются к редуктору, их места креплений и способы монтажа.

  1. Цилиндрические редукторы:
    • Горизонтальный тип такого редуктора подходит для схем, в которых оси входного и выходного валов между собой параллельны и при этом находятся в одной плоскости (а именно, горизонтальной);
    • У вертикального цилиндрического типа оси редуктора должны располагаться в одной вертикальной плоскости;
    • Планетарный или соосный цилиндрический тип используется в том случае, если оси валов находятся в разных плоскостях, но при этом расположены на одной прямой.
  2. Коническо-цилиндрические редукторы применяются только для тех схем, где оси валов находятся в одной плоскости (горизонтальной) и перпендикулярны друг другу.
  3. Червячные редукторы:
    • Оси одноступенчатого червячного редуктора должны скрещиваться под прямым углом и лежать в разных плоскостях;
    • У двухступенчатого червячного редуктора оси валов пересекаются под прямым углом или параллельны друг другу, но при этом обязательно лежат в разных плоскостях.

Более того, в зависимости от области применения редуктора могут оказать влияние такие факторы, как:

  • Громкость работы (самый «тихий» - червячный редуктор);
  • КПД или коэффициент полезного действия (самые эффективные в плане работы считаются планетарные редукторы, в то время как у двухступенчатых червячных редукторов КПД самый низкий);
  • Стоимость в относительном эквиваленте (планетарные редукторы считаются самыми недорогими).

Также, производя расчет червячного редуктора, следует учитывать тот факт, что его использование в большей мере оправдано при повторяющихся кратковременных режимах эксплуатации.

Определяем габариты редуктора

Прежде всего, нужно рассчитать передаточное число по формуле:

U=nвх/nвых (1)

где nвх – количество оборотов входного вала редуктора, об/мин, а nвых - выходного вала.

Рекомендуется учитывать, что режим эксплуатации, при котором частота вращения вала редуктора на входе меньше 900 об/мин, обеспечивает его наиболее продолжительную безотказную работу.

Ниже представлена таблица, по которой необходимо определить тип редуктора в соответствии с полученным передаточным числом, округленным до целого значения.

Тип редуктора Диапазон передаточных чисел
Цилиндрический одноступенчатый 2...6,3
Цилиндрический двухступенчатый 8...50
Цилиндрический трехступенчатый 31,5...200
Червячный одноступенчатый 8...80
Червячный двухступенчатый 100...4000
Коническо-цилиндрический одноступенчатый 6,3...28
Коническо-цилиндрический двухступенчатый 28...180

После этого необходимо рассчитать крутящий момент вала на выходе. Для этого используется формула:

Трасч треб х Креж (2)

Здесь Ттреб – крутящий момент выходного вала, который требуется для выполнения редуктором своих функций; а Креж – коэффициент используемого режима эксплуатации.

Используя значение мощности установки, можно найти Ттреб, если оно не задано технической спецификацией редуктора:

Ттреб= (Р х U х 9550 х КПД)/ nвх (3)

Здесь Р – мощность установки, кВт; U – передаточное число, которое было рассчитано нами выше.

Для определения Креж применяется несколько формул в зависимости от вида редуктора. Обычно используется следующая формула (например, для зубчатого редуктора):

Креж1 х К2 х К3 х КПВ х Крев (4)

При расчете червячного редуктора к формуле (4) добавляется коэффициент Кч, который характеризует пространственную ориентацию червячной пары:

Креж1 х К2 х К3 х КПВ х Крев х Кч (5)

В формулах (4) и (5) применяются коэффициенты, взятые из таблиц, приведенных ниже:

  • для коэффициента характеристик установки К1
Ведущая машина 1-ый тип 2-ой тип 3-ий тип 4-ый тип
Электродвигатель, паровая турбина 1,0 1,2 1,5 1,8
4-х, 6-ти цилиндровые двигатели внутреннего сгорания, гидравлические и пневматические двигатели 1,25 1,5 1,8 2,2
1-х, 2-х, 3-х цилиндровые двигатели внутреннего сгорания 1,5 1,8 2,2 2,5

К первому типу оборудования относятся различные генераторы, центробежные насосы и компрессоры, вентиляторы и фильтрующие установки, винтовые и стреловые механизмы, а также конвейеры с равномерной нагрузкой.

Второй тип включает в себя лебедки и прочие подъемные механизмы, бетоносмесители, водоочистные устройства, различные резаки и дробилки, а также конвейеры с неравномерной нагрузкой.

Третий тип оборудования – это, прежде всего, пробойные прессы, компрессоры с одним цилиндром и лесопильные установки.

К последнему типу можно отнести различные установки и устройства, используемые для изготовления резинотехнических пластмасс, и смесительное оборудование.

  • для коэффициента, характеризующего длительность работы, К2
    Ежедневное пользование, ч/сут < 2 < 8 < 16 > 16
    K2 0,9 1,0 1,12 1,25
  • для К3, указывающего на число запусков
    Количество запусков в час 1 < 20 < 40 < 80 < 160 > 160
    Коэффициент характеристики двигателя, K1 1 1,0 1,2 1,3 1,5 1,6 2,0
    1,25 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,7
    1,5 1,0 1,07 1,1 1,15 1,25 1,4
    1,8 1,0 1,05 1,05 1,07 1,1 1,2
  • для коэффициента КПВ, который характеризует такой показатель, как длительность сессии (или продолжительность включений)
    ПВ % 100 60 40 25 15
    KПВ 1,0 0,90 0,80 0,70 0,67
  • Крев берется исходя из реверсивности работы, т. е. для реверсивной работы данный коэффициент будет равняться 0,75, в противном случае – 1,0
  • Коэффициент Кч учитывается только в том случае, когда производится расчет червячного редуктора. При этом Кч = 1 в том случае, когда червячная пара расположена под колесом, Кч = 1,2 при расположении червяка над колесом, Кч = 1,1 - сбоку.

И последний шаг:

Fвых.расч = Fвых х Креж (6)

Fвых – радиальная консольная нагрузка, определяемая для центра посадочной части выходного вала. Коэффициент Креж рассчитан выше с помощью формул (4) и (5).

Проверяем расчеты

Если все произведенные расчеты оказались верны, а подсчитанные нами значения сходятся, то должны выполняться три условия. Во-первых,

Тном > Трасч, (7)

где Тном – номинальный крутящий момент, получаемый на выходном валу. Данное значение можно найти в техническом описании редуктора.

Во-вторых,

Fном > Fвых.расч (8)

В данной формуле Fном по аналогии берется из технической спецификации изделия, а Fвых.расч – из полученных нами значений (формула 6).

И последнее условие:

Р вх.расч < Р терм х Кт (9)

Здесь Р терм – термическая мощность из тех. описания редуктора; Кт – температурный коэффициент, который берется из таблицы:

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

Р вх.расч – это мощность электродвигателя, которая рассчитывается по формуле:

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

КПД редуктора зависит от его типа и количества ступеней. Таким образом, для редуктора цилиндрического типа с одной ступенью КПД будет равен 0,99, с двумя – 0,98, с тремя – 0,97, с четырьмя – 0,95. Одноступенчатый конический редуктор обладает КПД, равным 0,98, двухступенчатый – 0,97. Коэффициент полезного действия коническо-цилиндрического редуктора определяется умножением значений, приведенных для конического и цилиндрического редуктора по отдельности. КПД червячных редукторов можно посмотреть в техническом описании, при этом для каждого передаточного числа будет свое определенное значение.