Мотор-редуктор, как элемент электропривода


Мотор редуктор представляет собой узел, в котором совмещаются функции редуктора и электрического двигателя. Такие механизмы широко используются во многих областях промышленности. Основные их достоинство – высокие показатели КПД, простота монтажа и обслуживания.

В свою очередь, электродвигатель – это устройство, в котором осуществляется преобразование того или иного типа энергии в механическую.

Классификация мотор-редукторов

Сегодня существует несколько вариантов представленного приводного оборудования, но наиболее популярными являются следующие типы мотор редукторов:

  • червячные;
  • цилиндрические;
  • планетарные;
  • волновые.

Рассмотрим более подробно каждый из приведенных выше типов.


Червячный мотор редуктор – является оптимальным решением для механизмов, работающих в непрерывном или повторно-кратковременном режиме. Свою популярность такие агрегаты получили за счет неприхотливости привода, его удобства, а также широкого диапазона передаточных чисел – от 5 до 100. В работе червячные мотор редукторы показали себя как устройства с низким уровнем вибраций и шума. Важной особенностью «червяков» выступает опция самоторможения. Если такие агрегаты используются для поднятия груза, то в случае остановки или выхода из строя двигателя, редуктор остановится в одной точке, что предотвратит падение и повреждение груза. При этом вращение вала осуществляется в обе стороны. Эта характеристика особенно актуальна при использовании червячного мотор-редуктора в строительных, конвейерных, грузоподъемных и прочих системах.


Мотор редуктор цилиндрический сегодня пользуется наибольшей популярностью в промышленности и технике. Такие агрегаты характеризуются высоким КПД (превышает 90%), малой изнашиваемостью узлов и составляющих элементов, а также высокой эффективностью работы даже в самых неблагоприятных условиях. Можно выделить типичного представителя этого класса приводного оборудования – мотор редуктор 4МЦ2С. Привод предназначен для долговременной работы (в т.ч. круглосуточные режимы). Работает в сети 50-60Гц, различных мощностей.


Преимуществами цилиндрических мотор редукторов выступают:

  • вращение вала в обе стороны;
  • высокий КПД;
  • обширный диапазон режимов работы (на разных скоростях);
  • экономически оправданное использование мотор редукторов;
  • доступная цена;
  • удобство и оперативность выполнения установочных работ (плоский).

Волновой мотор редуктор является одним из самых современных и высокотехнологичных приводных агрегатов. Волновая передача эффективно сочетает проверенную надежность зубчатой передачи с динамикой гибких элементов. Такие механизмы имеют общепромышленное применение, характеризуются легкостью, компактностью и, что немаловажно, возможностью получения большого передаточного числа в условиях минимального количества движущихся частей.

Преимущества волновых мотор редукторов:

  • возможность герметизировать узел, отделив его от электрического двигателя, в силу чего представленное приводное оборудование допускается использовать в запыленных цехах или в условиях взрывоопасных производств;
  • эффективная работа при любых нагрузках (не выше номинального значения);
  • оптимальная функциональность при высоких и низких давлениях;
  • возможность использования на высокоточных машинах;
  • отличная плавность хода.

Планетарный редуктор позволяет добиться оптимальных эксплуатационных характеристик при соосном расположении привода и двигателя. Такие агрегаты характеризуются наименьшим весом и высокой компактностью. Именно этот принцип лег в основу работы, к примеру, мотор редуктора стеклоочистителя автомобиля. Что же касается промышленности, то здесь чаще всего применяется моторы редуктор ЗПМ, подтверждающий на практике свои высокие эксплуатационные характеристики.


Преимущества планетарного мотор редуктора:

  • возможность изменения загруженности вала не только по величине, но и времени. Привод отлично справляется с прямой и реверсивной нагрузкой (номинальный режим работы);
  • продолжительность работы может составлять от 8 до 24 часов;
  • подходит для использования в условиях пониженных давлениях, эквивалентных подъему на высоту до 1000 м над уровнем моря;
  • возможность использования на высокоточных машинах;
  • адаптирован для эффективного использования в климате с широким температурным разбросом: -45 …. +45° С и повышенной влажностью. Тропические широты предполагают специальную настройку двигателя.

Выше приведена базовая классификационная группа мотор редукторов, на основе которых могут генерироваться приводы нового поколения. Ярким примером выступают цилиндро-конические мотор редукторы – разновидность мотор-редукторов по конструктивному выполнению рабочих элементов. Такие агрегаты набирают все большую популярность у покупателей и заказчиков в связи с удобным и компактным расположением корпуса редуктора. В свою очередь, мотор редуктор конический рационально использовать только в тех случаях, когда это требуют условия компоновки машины.


Классификация редукторов в зависимости от вида передач и числа ступеней

Редуктор Число ступеней Виды передач Взаимное расположе­ние осей входного и выходного валов
Цилиндрический Одноступенчатый Одна или несколько цилиндрических передач Параллельное
Двухступенчатый; трехступенчатый Параллельное или соосное
Четырехступенчатый Параллельное
Конический Одноступенчатый Одна коническая передача Пересекающееся
Коническо-цилиндрический Двухступенчатый; трехступенчатый; четырехступенчатый Одна коническая переда­ча и одна или несколько цилиндрических передач Пересекающееся или скрещивающееся
Червячный Одноступенчатый; двухступенчатый Одна или две червячные передачи Скрещивающееся
Параллельное
Цилиндрическо-червячный или червячно-цилиндрический Двухступенчатый; трехступенчатый Одна или две цилиндрические передачи и одна червячная передача Скрещивающееся
Планетарный Одноступенчатый; двухступенчатый; трехступенчатый Каждая ступень состоит из двух центральных зубчатых колес и сател­литов Соосное
Цилиндрическо-планетарный Двухступенчатый; трехступенчатый; четырехступенчатый Комбинация из одной или нескольких цилин­дрических и планетар­ных передач Параллельное или соосное
Коническо-планетарный Двухступенчатый; трехступенчатый; четырехступенчатый Комбинация из одной конической и планетар­ных передач Пересекающееся
Червячно-планетарный Двухступенчатый; трехступенчатый; четырехступенчатый Комбинация из одной конической и планетар­ных передач Скрещивающееся
Волновой Одноступенчатый Одна волновая передача Соосное

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

Редуктор Расположение осей входного и выходного валов в пространстве
С параллельными осями входного и выходного валов 1. Горизонтальное: оси расположены в горизонтальной плоскости; оси расположены в вертикальной плоскости (с входным валом над или под выходным валом); оси расположены в наклонной плоскости
2. Вертикальное
С совпадающими осями входного и выходного валов (соосный) 1. Горизонтальное
2. Вертикальное
С пересекающимися осями входно­го и выходного валов 1. Горизонтальное
2. Горизонтальная ось входного вала и вертикальная ось выходного вала
3. Вертикальная ось входного вала и горизонтальная ось выходного вала
Со скрещивающимися осями вход­ного и выходного валов 1. Горизонтальное (с входным валом над или под вы­ходным валом)
2. Горизонтальная ось входного вала и вертикальная ось выходного вала
3. Вертикальная ось входного вала и горизонтальная ось выходного вала

Классификация мотор редукторов в зависимости от способа крепления

Способ крепления Пример Способ крепления Пример
На приставных лапах или на плите (к потолку или стене): Фланцем со стороны входного вала
На уровне плоскости основания корпуса редуктора; Фланцем со стороны выходного вала
Над уровнем плоско­сти основания кор­пуса редуктора Фланцем со стороны входного и выходно­го валов
Насадкой


Особняком в этой группе приводного оборудования стоят мини мотор редукторы. Эти устройства представлены миниатюрными электрическими асинхронными двигателями или миниатюрными электродвигателями постоянного тока, комплектующимися цилиндрическими редукторными элементами. Двигатели комплектуются каким-то одним из двух типов валов (цилиндрический или вал шестерня), тормозным элементом, при необходимости предоставляется контроллер скорости, регулирующий обороты электрического двигателя. Такие маломощные мотор редукторы используются не только в промышленности, но и в бытовых условиях. Разумеется, что мотор редуктор для буровой установки должен соответствовать совершенно другим эксплуатационным требованиям и техническим характеристикам.


Общие технические характеристики мотор редукторов


Независимо от типа и вида, все мотор редукторы имеют базовый набор характеристик, регламентированный ГОСТами. Все характеристики мотор редукторов и технические параметры можно разделить на несколько основных групп:

  • Показатели надежности. Здесь основным критерием является рабочий ресурс, который выражается в количестве часов работы (гарантированная производителем величина). Так, для червячных передач этот показатель, как правило, составляет не менее 10 000часов, для цилиндрических – не менее 25 000часов. Отдельного внимания заслуживает рабочий ресурс подшипников – не менее 500 часов. Таким образом, полный гарантированный эксплуатационный срок мотор-редуктора составляет ориентировочно 5-6 лет (точная величина зависит от интенсивности использования узла).
  • Эксплуатационные условия.
    1. напряжение и фазы тока. Все редукторные приводы запитываются от однофазной/трехфазной сети переменного тока, напряжением 220/380 вольт. Мотор-редукторы мощностью менее 2,2 киловольт могут быть адаптированы для использования с возможностью питания от однофазных 220 или трехфазных 380 вольт, узлы мощнее 2,2 кВт — только от трехфазной сети 380вольт.
    2. допустимая температура среды. Приводные узлы разработаны для использования при температуре от -40 до +50ºС. Важно учесть, что минусовая температура предполагает необходимость предварительного прогрева мотор-редуктора на небольших оборотах, после чего агрегат может эксплуатироваться в обычном режиме.
    3. частота вращения вала не должна быть выше, чем 1880 об/мин.
    4. мощность электрического двигателя не должна превышать расчетный показатель больше, чем на 20%.
  • Климатическое исполнение. Здесь представлены умеренные, тропические и умеренно-холодные мотор редукторы технические характеристики каждой такой модификации определяются условиями ее использования.
  • КПД мотор редукторов зависит от следующего перечня факторов: передаточное число ступени, частота вращения вала, тип смазки и ее температура.

Другие характеристики мотор редукторов зависят от конкретной модификации приводного узла.


Применение мотор редуктора


Назначение мотор редуктора определяет и сферы его использования. Так, приводные узлы, состоящие из электрического двигателя и редуктора, находят свое применение в средствах автоматизации, системах управления, устройствах регулирования, следящих мини-приводах, средствах обработки и предоставления данных, медицинской технике, специализированных инструментах и прочем промышленном оборудовании.


Наибольшее промышленное распространение получили планетарные редукторы и цилиндрические редукторы, соответствующие схемам взаимного расположения двигателя и выходного вала. Такие агрегаты адаптированы для использования в умеренных климатических условиях (установка в помещении, на открытом воздухе/под навесом).


Применение мотор редуктора в стандартном исполнении предполагает грунтовку краской методом окунания, а после покрываются сине-серой алкидной эмалью воздушной сушки. Также предусмотрены специальные покрытия для экстремальных условий и монтажа на открытом воздухе.


Устройство и принцип работы мотор редуктора


Как уже отмечалось выше, мотор-редуктор представляет собой моноблок с комбинацией электрического двигателя и редуктора. За счет свой компактности, такие приводные узлы не требуют много усилий при монтаже. Основным элементом узла выступает корпус, в котором объединены электродвигатель и прочие детали в один механизм. Корпус может быть выполнен из металла, чугуна или легких сплавов (зависит от области использования привода).


Редукторная часть включает валы, опирающиеся на подшипники. На валах закрепляются шестерни. Чтобы получить требуемый диапазон передаточных чисел, далеко не всегда можно обойтись одной ступенью. Здесь используют двух-, трех- и четырехступенчатые мотор-редукторы.


Устройство мотор редуктора рассмотрим на примере зубчатого цилиндрического двухступенчатого узла. В данном случае ведущая шестерня первой ступени насаживается на вал двигателя, одновременно выполняющего роль входного вала редуктора. Ведущая шестерня передает крутящий момент на промежуточный вал с блоком шестерен, а потом – на шестерню вторичного вала. Именно в такой последовательности приводится в движение рабочий орган. Принцип работы мотор редуктора одноступенчатого типа куда проще. В картер заключены только два вала, другими словами, для передачи крутящего момента достаточно будет всего двух шестерней.


Конструкция мотор редуктора цилиндрического обуславливает передачу крутящего момента, которая выполняется при непосредственном контакте зубьев зубчатого колеса. Червячный привод вместо цилиндрических шестерен использует червячную передачу, в этом случае крутящийся момент увеличивается с помощью винта специальной формы. Достоинство таких приводов в том, что выходной вал располагается под 90º к двигателю. Важно, чтобы составляющие детали зубчатых передач и валы были выполнены из надежной высокопрочной стали. Чтобы предотвратить преждевременный износ применяют соответствующие смазочные масла.


Использование принципов различных конструкторских решений в процессе производства мотор-редукторов, обусловило их широкий диапазон применения.


Как подобрать мотор редуктор?


В процессе проектирования нового оборудования или при модернизации старого перед конструктором неизбежно станет вопрос выбора мотор редуктора, на который влияют нижеприведенные факторы:

  • Момент нагрузки на выходном валу Тс, [Н м.]
  • Частота вращения вала, n2, [об/мин]
  • Условия использования оборудования
  • Мощность электродвигателя, P2, кВт
  • Конструктивный вариант исполнения
  • Режим работы
    • Частота вращения выходного вала определяется величиной его передаточного числа:
      Частота вращения
      где n1 – это частота вращения входного вала редуктора (вала электрического двигателя)
    • Момент нагрузки или сопротивления Тс на выходном валу определяется конкретным механизмом, технологическим процессом и вычисляется по общепринятым методикам.
    • Требуемая мощность приводного электродвигателя с учётом коэффициента полезного действия редуктора, может быть определена по следующей зависимости:
      , где P1[кВт] - мощность электродвигателя;
      – момент на валу редуктора;
      – частота вращения вала;
      - показатель КПД редуктора.

Выбор мотор редуктора по моменту (Tред. ном.) предполагаем необходимость учитывать ~20%-е снижение момента по причине возможного 10%-го падения напряжения сети питания:



Режим эксплуатации раньше определялся и задавался нормами ГОСГОРТЕХНАДЗОРА:

  • Л – лёгкий, ПВ% до 16;
  • С – средний, ПВ% до 25;
  • Т – тяжёлый, ПВ% до 40;
  • ВТ – весьма тяжёлый, ПВ% до 63.

(ПВ% – продолжительность включения двигателя за 10 мин. работы или отношение времени работы электрического двигателя к суммарному времени цикла с учётом пауз, при которых двигатель остывает.)


Сегодня же для оценки степени нагрузки редуктора используют статистические типовые режимы «0–V» согласно положениям ГОСТ 21354; для двигателей – режимы «S1–S10» согласно нормам IEC 34-1. Но выбрать мотор редуктор стало гораздо проще по причине наличия компромиссного решения, учитывающего оба вышеприведенных фактора. Речь идет о коэффициенте условий эксплуатации – FS, при котором достаточно знать и учитывать нижеприведенные факторы:

  • Тип нагрузки:
    • «А» – спокойная безударная;
    • «В» – нагрузка с умеренными ударами;
    • «С» – нагрузка с сильными ударами.
  • Продолжительность работы привода в расчете на сутки;
  • Число включений в час.

Вся эта информация поможет ответить на вопрос как подобрать мотор редуктор. Кроме того, специалисты нашей компании всегда рады оказать покупателям и заказчикам активную помощь и ответить на все интересующие вопросы.


Как определить передаточное число редуктора?


Прежде чем производить расчет редуктора, важно определиться, что включает понятие передаточное число? В качестве примера возьмем универсальный одноступенчатый редуктор Ч-100-40. Здесь передаточное число – это цифра 40. Объяснимся: при вращении входного вала выходной вал должен сделать один оборот вокруг оси за 40 оборотов входного вала. Теперь нужно обозначить различие между такими понятиями, как фактическое и номинальное передаточное число.


Номинальное передаточное число является округленным значение фактического отношения. Такая величина нужна для удобства и стандартизации обозначения. Приведем пример: универсальный редуктор Ч-100 может иметь фактическое передаточное число 7,75, тогда как номинальная величина будет равной 8 и так далее: 10=10; 12=12,5; 15,5=16; 20=20…


Далее будет рассмотрено, как выполнить расчёт передаточного числа мотор редуктора, если не читается соответствующая бирка или же отсутствует какая-либо сопроводительная документация к оборудованию.


Первый способ предполагает возможность «идентифицировать» практически любой мотор редуктор передаточное отношение определяется просто и точно. Эта методика подходит для червячного, цилиндрического, конического, планетарного и других приводных узлов.


Передаточное отношение определяется так: покрутите быстроходный вал, количество оборотов которого за один оборот тихоходного вала и будет означать передаточное число фактическое.


Что касается второго способа, то он является актуальным тогда, когда возможность прокрутить и посчитать обороты выходного вала отсутствует. В данном случае важно обратить внимание на различия между методами определения передаточного отношения «червяка» и, скажем, цилиндрического привода:

  • В качестве примера возьмем указанный выше червячный одноступенчатый редуктора 1Ч-160 универсального применения.

    В первую очередь, подсчитывается количество зубов червячного колеса. Имеем 32 зуба.


    Далее подсчитываем количество заходов витка на червячном валу. Заход – один.


    Теперь необходимо 32 разделить на 1, получаем 32 – фактическое передаточное число универсального редуктора 1Ч-160.

  • Рассмотрим способ подсчета передаточного отношения червячного редуктора типа Ч-125.

    Считаем количество зубьев на колесе «червяка». Имеем 52 зуба.


    Далее считаем количество заходов витка на червячном валу. Получилось 4.




    Теперь разделим 52 на 4 и получим 13 – фактическое передаточное число универсального редуктора Ч-125.

Возврат к списку