1.1 Типы мотор-редукторов

Основные типы мотор-редукторов применяемые в ООО НПФ «Метмаш»:

1. Соосные цилиндрические;
2. Планарные цилиндрические;
3. Коническо-цилиндрические;
4. Червячные;
5. Планетарные;
6. Волновые (на основе волновой передачи).

1.2 Актуальные каталоги

Актуальные поставщики и их контакты, на сайте имеются каталоги и возможность запросить 3D-модель.

1.3 Сервис фактор

Сервис-фактор - это коэффициент, который показывает, насколько мотор-редуктор может превышать номинальную нагрузку без риска повреждения. Рассчитывается как отношение максимального допустимого длительного момента к номинальному моменту нагрузки.

Рассчитать сервис-фактор можно:

где T_max - максимальный момент на выходном валу;
где T_nom - номинальный момент.

Пример: SF = 1,23 означает, что мотор-редуктор может работать при нагрузке на 23% выше номинальной без сокращения срока службы.

1.4 Варианты исполнения м/р

1. Исполнение на лапах:

   Болты крепления рассчитываются на срез и отрыв, они должны удерживать редуктор от опрокидывания моментом реакции:

   F_bolt = (T × SF) / (n × d × μ)

   Чаще всего мы используем исполнение на лапах с полым валом. На это есть ряд причин:

   1. Проще монтировать;
   2. Нет необходимости дополнительно ставить муфту или карданный вал;
   3. Уменьшение вибрации, увеличение соосности.
   

   Рис. №1 «На лапах с полым валом»

   Реже используем исполнение на лапах с выходным валом. На это есть ряд причин:

   1. Особенности оборудования не позволяют установить м/р без муфты или кардана;
   2. Модернизации старого оборудования;
   3. Невысокий момент.
   

   Рис. №2 «На лапах с выходным валом»
2. Фланцевое исполнение(В4):

   Рассчитывается на изгиб от момента, создаваемого весом редуктора и рабочими нагрузками:

   σ_изг = M / (I / y)

   где σ_изг - напряжение изгиба МПа;
   где I - момент инерции сечения фланца мм⁴;
   где y - расстояние от нейтральной оси до крайней точки сечения.

   Фланцевое соединение используем для:

   1. Точного центрирования за счет центрирующего буртика;
   2. Имеет сквозные отв-ия для крепежа без резьбы;
   3. Передает высокие крутящие моменты.
   

   Рис. №3 «Крепление на фланец»
3. Фланец с реактивной тягой(штангой)(В14):

   Данный вид исполнения мы используем для:

   1. Крепления м/р к оборудованию или ж/б конструкции;
   2. Компенсации реактивного крутящего момента, который может действовать на м/р со стороны оборудования, на которое он крепится;
   3. Имеет отв-ия с нарезной резьбой для крепления винтов.
   

   Рис. №4 «Фланец с реактивной тягой»
4. Исполнение на лапах с фланцем (XF):
   

   Рис. №5 «Крепление через фланец и лапы»
5. Фланец с усиленными подшипниками для перемешивающих устройств (VLx):

   Для применений с высокими радиальными и осевыми нагрузками (мешалки, конвейеры).

1.5 Тип выходного вала

1. Сплошной вал со шпоночным пазом (V):

   Надежное и дешевое решение для передачи большого крутящего момента.

   Расчёт шпоночного соединения на смятие и срез:

   σ_см = (2 × T) / (d × l × h) ≤ [σ]_см

   где l- рабочая длина шпонки;
   где h- высота шпонки;
   где [σ]_см - допускаемое напряжение смятия.

   Напряжение среза:

   τ = (2 × T) / (d × l × b) ≤ [τ]

   где b- ширина шпонки;
   где [τ] - допускаемое напряжение среза.

   

   Рис. №6 «Классическое шпоночное соединение»
2. Сплошной двухсторонний вал (L):

   Позволяет подключить и приводить в движение два независимых механизма одновременно от одного редуктора.

   

   Рис. №7 «Двухсторонний вал»
3. Полый со шпоночным пазом (A):

   Отсутствие концентраторов напряжений, высокая точность центрирования, возможность многократного монтажа.

   

   Рис. №8 «Соединение полого вала»
4. Втулка (M):

   Передаваемый момент ограничен силой трения:

   T = F × μ × (d/2)

   где μ - коэффициент трения между валом и ступицей;
   где F - сила, создаваемая стяжной муфтой (Н).

   

   Рис. №9 «Втулка»

1.8 Опции редуктора

1. Моментный рычаг (D):

   Моментный рычаг – это простое и компактное устройство для фиксации редукторов с полым валом. Он крепится болтами к фланцу В14 редуктора. На его конце с крепежным отверстием имеется резиновая втулка, поглощающая и снижающая пиковые ударные нагрузки.

   Редукторы с полым валом крепятся к станине через моментный рычаг или консоль, а не через лапы. Это компактное решение.

   Крепление рассчитывается на срез и смятие от действия крутящего момента реакции. Резиновая втулка демпфирует ударные нагрузки, защищая крепеж и фундамент от пиковых напряжений.

   Пример расчета м/р. Цилиндрический мотор-редуктор с крутящим моментом 900 Н×м (SEW, серия FA67DR63S4/BMG/TF/D200.

   

   Рис. №10 «Обозначение в коде»

   Моментный рычаг L-200 мм, креплением из 2-х болтов классом точности 8,8 и d-12 мм. Толщина стенки мом.рычага -15, материал- Ст3.

   1. Расчет поперечной силы:
      F = T / L = 900 / 0.2 = 4500 Н
   2. Расчет необходимой силы затяжки одного болта:
      F_зат = (k × F) / (n × μ) = (1.5 × 4500) / (2 × 0.15) = 22500 Н

      где k – коэффициент надежности. При статической нагрузке k = 1.3 - 1.5, при переменной нагрузке – k=1.8 – 2;
      где f - коэффициент трения сталь по стали.

   3. Проверка прочности болта при затяжке:
      Болт класса 8.8 имеет предел текучести σ_т = 640 МПа.
   4. Площадь сечения болта по напряженному диаметру резьбы (для М12 ≈ 10.86 мм):
      A_s = π × d_р² / 4 = 3.14 × 10.86² / 4 ≈ 92.6 мм²
   5. Напряжение растяжения от затяжки:
      σ_р = F_зат / A_s = 22500 / 92.6 ≈ 243 МПа
   6. Касательные напряжения от крутящего момента при затяжке:
      τ = M_кр / (0.2 × d³) = (F_зат × 0.1 × d) / (0.2 × d³) = (22500 × 0.1 × 12) / (0.2 × 12³) ≈ 78 МПа
   7. Эквивалентное напряжение:
      σ_экв = √(σ_р² + 3τ²) = √(243² + 3×78²) ≈ 277 МПа
   8. Проверка условия прочности:
      σ_экв = 277 МПа ≤ [σ] = σ_т / [n] = 640 / 1.5 ≈ 427 МПа
   9. Условие прочности выполняется. Болты М12 класса 8.8 с требуемой силой затяжки 27 000 Н (или момент затяжки 108 Нм) полностью подходят для данного применения.
   

   Рис. №11 «Рычаг»
2. Моментная консоль (K)

   Моментная консоль крепится болтами к нижней поверхности редуктора. На проушине моментого рычага имеется крепежное отверстие с установленной резиновой втулкой, поглощающей и снижающей пиковые ударные нагрузки.

   Эта опция предусмотрена для цилиндро-конических редукторов, с количеством болтов n=4 (типично для крепления консоли к корпусу редуктора).

   Расчет аналогичен моментному рычагу (D)!

   

   Рис. №12 «Консоль»
3. Стопор обратного хода (R)

   Стопор обратного хода допускает вращение только в одном направлении. Стопоры обратного хода устанавливаются внутри редукторов и рассчитаны на их номинальный крутящий момент.

   Расчет внутренних храповых механизмов или обгонных муфт на контактную прочность и изгиб. Ключевой параметр — номинальный (удерживающий) момент стопора.

1.9 Монтажное положение

Монтажное положение у различных поставщиков бывает разным! И зависит от требования конструкции.

Пример монтажного положения из каталога SEW:

Рис. №13 «Код обозначения в каталоге»

Рис. №14 «Схема монтажного положения»

1.10 Степень защиты электродвигателя

Первая цифра (от 0 до 6) - защита от проникновения пыли.
Вторая цифра (от 0 до 9) - защита от проникновения воды.

IP55
Степень защиты – пыленепроницаемость и защита от струй воды под низким давлением со всех сторон.
5-защита от пыли, проникновение пыли не полностью исключено, но оно не мешает работе оборудования.
5-защита от струй воды, а так же защита от водяных струй с любого направления.

1.14 Моторный тормоз

Устройство для быстрой остановки и удержания вала двигателя в неподвижном состоянии после отключения питания. Необходим для обеспечения безопасности, предотвращения самопроизвольного движения механизма, точного позиционирования.

Расчет необходимого тормозного момента:

где T_ст - статический момент нагрузки, который нужно удерживать(Нм);
где T_дин - динамический момент, необходимый для остановки вращающихся масс за требуемое время (Нм).

где J- суммарный момент инерции системы, приведенный к валу двигателя(кг×м²);
где Δω - изменение угловой скорости при торможении (рад/с);
где t- требуемое время торможения (с);
где k- коэффициент запаса(1.5-2).

1.17 Исполнение кабельного ввода

Базовые уплотнительные вводы- минимальная степень защиты IP55. Используется в 99% случаев!

1.18 Положение клеммной коробки

Момент затяжки крепежных болтов:

где M – момент затяжки (Hм);
где k – коэффициент трения;
где d- диаметр болта (мм);
где F- требуемое усилие затяжки (Н).

Рис. №15 «Код обозначения в каталоге»

Рис. №16 «Схема положения клеммной коробки»

1.19 Положение кабельного ввода

Предусмотрено различное расположение кабельного ввода. Возможные положения: "X" (= стандартное положение), "1", "2" или "3" (см. Рис. №18).

Рис. №17 «Код обозначения в каталоге»

Рис. №18 «Схема положения кабельного ввода»

Уплотнительное кольцо должно обеспечивать давление:

где P_упл – давление уплотнения (МПа);
где P_внеш – внешнее давление (МПа);
где k- коэффициент безопасности (1,5-2,0)

Пример для IP55 (защита от струй воды): P_внеш можно принять равным давлению струи из сопла диаметром 6.3 мм, подаваемой с расстояния 3 метра. Это примерно 0.03 МПа.

Давление уплотнения штатной грибковой втулки SEW значительно превышает расчетное значение 0,045 МПа. Типовые значения для правильно затянутого ввода лежат в диапазоне 0.2 - 0.5 МПа и более.

1.20 Пример выбора и обозначения мотор-редуктора

Алгоритм выбора мотор-редуктора

1. Определить параметры нагрузки: момент, скорость, режим работы
2. Рассчитать требуемый момент с учетом сервис-фактора
3. Выбрать тип редуктора исходя из требований применения
4. Определить необходимое передаточное число
5. Выбрать размер редуктора по каталогу производителя
6. Проверить допустимые радиальные и осевые нагрузки на вал
7. Определить необходимые опции: тормоз, степень защиты, исполнение вала
8. Выбрать вариант монтажного положения
9. Уточнить наличие и сроки поставки