1. Введение
2. Оценка задач редуктора
3. Передача мощности
4. Контроль движения редуктора

Как выбрать редуктор для ЧПУ станка: основные правила


Введение


Выбрать редуктор для ЧПУ станка может оказаться довольно сложной задачей. Клиенты постоянно сталкиваются с разнообразием редукторов, предназначенных для различных задач. Неправильно сделанный выбор может привести к покупке более дорогого редуктора. В индустрии передачи механической энергии необходимы редукторы, которые поддерживают большие внешние радиальные нагрузки, в тоже время для точного управления перемещениями или в сервомеханизмах необходимы редукторы, способные выдерживать динамические нагрузки.

Одной из первых проблем, с которой столкнется клиент – это как подобрать параметры редуктора и нагрузки, они должны соответствовать параметрам двигателя и в тоже время должны соответствовать предполагаемой нагрузке. Подбор параметров редуктора может быть упрощен, и в результате, вы все равно получите работоспособную конструкцию, только за большие деньги и редуктор будет иметь характеристики большие, чем это необходимо для вашей задачи. В тоже время правильный подбор параметров гарантирует, что ваш редуктор справится с нагрузкой, будет рентабельным и будет занимать небольшую площадь.

Как подобрать параметры редуктора


Общие аспекты оценки задачи для редуктора


Есть несколько аспектов для оценки параметров редуктора, которые необходимо рассматривать во всех случаях. В данном разделе статьи они будут подробно разобраны.

1. Коэффициент перегрузки

Перед определением параметров задачи по подбору оптимального редуктора, клиент должен определится со значением коэффициента перегрузки. Коэффициент перегрузки обычно определяется как превышение заданного значения какого-либо параметра над номинальным значением параметра конкретного устройства. Коэффициент перегрузки должен учитывать такие факторы как неравномерная нагрузка, простой для обслуживания и повышенную температуру эксплуатации.

Как правильно интерпретировать коэффициент перегрузки? Коэффициент перегрузки равный 1,0 означает, что устройство обладает достаточным запасом мощности, чтобы справиться с задачей. В тоже время при значении коэффициента 1,0 система не имеет запаса по характеристикам, что может привести к перегреву или разрушению редуктора. Для решения большинства промышленных задач коэффициент перегрузки должен составлять 1,4, таким образом, гарантируется, что редуктор сможет выдержать нагрузку в 1,4 раза превышающую номинальную. Если задача требует обработки нагрузки в 113 Нм, то с учетом выбранного коэффициента, редуктор должен справляться с нагрузкой 160 Нм. На конечное значение коэффициента перегрузки для каждой конкретной задачи будет влиять множество факторов. Коэффициент перегрузки также зависит от производителя редуктора, поэтому ознакомление со спецификацией редуктора полученной от производителя является обязательным условием правильного выбора.

2. Температура эксплуатации и окружающей среды

Более высокие температуры окружающей среды увеличивают внутреннее давление, что также может потребовать увеличения коэффициента перегрузки. Эксплуатация при высоких или низких температурах может потребовать использования других уплотняющих материалов и специальных смазок.

Условия окружающей среды, в которой работает редуктор, также является важным параметром при выборе параметров редуктора. Тяжелые условия эксплуатации могут увеличивать износ устройства. Условия эксплуатации в запыленных или грязных условиях часто требуют использования специальных материалов для предотвращения коррозии или роста бактерий. Производства производящие пищевые продукты или напитки требуют специальных покрытий и смазочных материалов, совместимых с требованиями FDA. Вакуумные среды также требуют применения особых смазочных материалов и решений для рассеивания тепла, так как в условиях вакуума затрудняется теплоперенос. Несоблюдение этих требований может привести к тому, что редуктор не сможет выдерживать нагрузку. Все эти аспекты должны учитываться при подборе параметров редуктора.

3. Ударные нагрузки или типы нагрузки

Высокие ударные или динамические нагрузки могут приводить к повышенному износу шестеренок и подшипников вала, такой износ может привести к преждевременному выходу из строя, если он не учитывается при выборе параметров. Кроме того такие нагрузки потребуют повышенный коэффициент перегрузки. Равномерные нагрузки – это такие нагрузки, которые остаются неизменными в течение всего времени их приложения, в тоже время неоднородные нагрузки – это такие нагрузки, которые изменяются в течение времени их приложения. Присутствие неравномерных нагрузок, даже небольшие, как правило, потребуют более высокого коэффициента перегрузки. Примером задачи с равномерной нагрузкой может служить конвейер с постоянным количеством транспортируемого продукта. Примером неравномерной нагрузки может быть любая задача, связанная с резкой. Резка сопровождается периодическим увеличением крутящего момента на редукторе, что собственно и является неравномерной нагрузкой.

4. Тип выхода или выходной механизм

Выходной механизм включает в себя звездочку, шкив или зубчатую шестерню. Различные конфигурации выходного механизма, такие как двойной выходной вал или втулка, установленная на валу, уменьшает количество нагрузки, на которое рассчитан блок. Различные выходные механизмы меняют возможную нагрузку на вал, значение которой также необходимо учитывать. Большинство механизмов создают высокую радиальную нагрузку, в тоже время такие вещи как геликоидальная передача может создавать высокую осевую нагрузку. Такие различные условия могут потребовать различных подшипников для того чтобы справляться с высокой радиальной или осевой нагрузки.

5. Размер выходного вала или полости выходного шпинделя

При подборе параметров приложения выходной вал и размер отверстия полости шпинделя должны соответствовать требованиям заказчика. Выходные валы могут быть выполнены из нержавеющей стали, быть шпоночными или бесшпоночными, быть полым с установкой шпонки или без шпонки или быть фланцевым и комбинированным с любым из предыдущих вариантов. Знание правильного размера отверстия на блоке может подтолкнуть клиента к покупке большего редуктора, для установки его на имеющийся вал. В некоторых случаях клиент имеет возможность модифицировать свой вал, так чтобы иметь возможность использовать наиболее экономичное устройство и получить наиболее оптимальное решение.

6. Тип корпуса

Также важно предусмотреть способ монтажа перед тем, как выбрать редуктор. Блок редуктора может быть оснащен монтажными ножками, выходным фланцем или же резьбовыми отверстиями с одной или с нескольких сторон. Такие различные виды корпуса могут накладывать определенные ограничения пи установке устройства, поэтому присутствие на рынке различных вариантов корпусов предотвращает использование дополнительных крепежных элементов, таких как рамки или кронштейны. Например, наличие резьбовых отверстий на нижней поверхности корпуса снимает необходимость установки дополнительного L-образного кронштейна вокруг выхода редуктора.

Передача мощности редуктора


Некоторые элементы, которые могут повлиять на процесс выбора параметров оборудования, являются специфичными и зависят от индустрии, в котором данное оборудование должно работать. Так для задач передачи мощности важными параметрами являются значение скорости вращения вала (об/мин), мощность двигателя и габариты корпуса при установке, а также рабочая нагрузка с которой системе придется работать.

  • Скорость вращения входного вала

    Клиент должен определить рабочее отношение редуктора или предоставить отношение входной/выходной скорости и рабочую частоту (Гц) для расчетов. Стандартом является скорость вращения 1750 об/мин при частоте тока питания 60 Гц. Любые изменения должны быть обязательно указаны при выборе параметров задачи, так как это отразится на расчете отношения. Несоблюдение этого условия может привести к тому, что редуктор не будет соответствовать требованиям заказчика.

  • Мощность двигателя и габариты корпуса

    Определение габаритов редуктора и входные опции должно быть выполнено перед вычислением коэффициента перегрузки. После того как установлены габариты редуктора, воспользуйтесь значением требуемой мощности для вычисления фактического коэффициента перегрузки. Двигатели большой мощности генерируют много тепла, которое может неблагоприятно влиять на механические характеристики редуктора. Такой сниженный рейтинг, основанный на увеличенном тепловыделении известен как тепловая мощность редуктора и должен учитываться при эксплуатации двигателей.

  • Нагрузка на вал 

    При определении параметров необходимо убедиться, что нагрузка не повредит редуктор. Силу, измеренную в Н*м, которую способен вынести вал называют как внешняя радиальная нагрузка. Если эта сила меньше чем указанная в техническом задании, то редуктор будет поврежден. 


Контроль движения редуктора

Для индустрии сервомеханизмов, при определении параметров устройства необходимо учитывать такие параметры как: скорость ведущего вала, инерция, значение динамического крутящего момента, удельная нагрузка на вал и непосредственно диаметр вала.

  • Скорость ведущего вала

    Скорость ведущего вала не должна превышать номинальную скорость редуктора, в обратном случае из-за повышенного давления может возникнуть преждевременный износ уплотнения. Скорость ведущего вала может увеличиваться случайным образом, особенно если на выходе есть механизм, коэффициент редукции которого не был учтен при подборе параметров системы, поэтому так важно определять параметры устройств на выходе.

  • Инерция

    Для точного управления механизмом требуется рассогласование инерции менее 10:1. Это крайне важно для получения высокой точности, необходимой в ряде приложений. Размер и передаточное отношение редуктора являются основными факторами, влияющими на инерцию редуктора. Инженеры по системам управления могут затребовать и меньшего несоответствия или даже запросить конкретное значение такого несоответствия. Очень часто двигатель выбирается на основе динамических возможностей, а, не исходя из крутящего момента. Как правило, используется двигатель с гораздо большим крутящим моментом, чем этого требует техническое задание из-за большой инерции ротора. Некоторые производители даже делают двигатели, специально предназначенные для высоких и низких значений инерции. Таким образом, можно улучшить настройку двигателя для задачи благодаря меньшему инерционному рассогласованию. Также важно ограничить выходной крутящий момент двигателя для предотвращения поломки редуктора.

  • Динамические движения

    Циклическое движение может потребовать использование более высокого значения коэффициента перегрузки, чем в случае равномерного движения. Это связано с тем, что постоянные пуски и остановки приводят к дополнительному износу зубьев, шестеренок и уплотнений. Циклическое реверсное движение требует еще более высокого коэффициента перегрузки, чем просто циклический или непрерывный режим движения.

  • Удельные нагрузки на вал

    Радиальные, осевые и мгновенные нагрузки на вал должны быть учтены и проверены на соответствие значениям номинальных нагрузок конкретного блока. Несоблюдение этого правила может привести к повреждению вала, подшипников или зубьев шестеренок. Как правило, для того чтобы сделать выбор правильного редуктора, указанных выше параметров применяется один коэффициент перегрузки. Дополнительные типы подшипников могут увеличить эти оценки, если условия применения требуют этого.

  • Диаметр и длина вала

    Вал двигателя должен подходить по диаметру и длине, чтобы иметь полное сцепление с муфтой. Без полного контакта может произойти проскальзывание вала. Не смотря на то, что этот эффект не влияет на коэффициент перегрузки, важно его учитывать чтобы избежать проблем с монтажом двигателя. Некоторые производители делают большую конструкцию ввода, что позволяет редуктору работать с более мощным двигателем без необходимости увеличения размера конструкции редуктора.


Выводы:


Для получения оптимального решения, клиенты должны знать размер нагрузки, тем самым обеспечивается получение рентабельного решения подходящего для приложения. Коэффициент перегрузки, окружающая среда, температура окружающей среды, ударная нагрузка, тип выходного соединения и время обслуживания являются важными параметрами при выборе редуктора. Чем больше информации предоставляет клиент, тем более точным является процесс подбора редуктора, что, в конечном счете, поможет подобрать оптимальный редуктор для решения задачи клиента. Существует множество программ определения параметров, которые могут помочь с выбором конкретной модели редуктора.