ВВЕДЕНИЕ

В 20-е годы ХХ века промышленность узнала о новом виде привода – мотор-редукторе. Одним из создателей нового приводного элемента и изобретателем идеи модульной системы мотор-редукторов был Эрнст Бликле, основавший компанию Süddeutsche Elektromotoren-Werke (SEW).

В настоящее время компания стала концерном SEW-EURODRIVE (СЕВ-ЕВРОДРАЙВ).

Мотор-редукторы стали мировым стандартом приводной электромеханики. Практически невозможно найти отрасли, где не применялись бы мотор-редукторы.

КОНСТРУКЦИЯ

Мотор-редуктор состоит из электродвигателя и понижающего редуктора, образующих единую конструкцию. Конструкция SEW-EURODRIVE реализуется путем посадки шестерни первой ступени редуктора на вал электродвигателя. Фланец электродвигателя при этом выполняет функцию крышки редуктора. Подшипниковые узлы и уплотнения исполняются таким образом, чтобы обеспечивать надежную работу мотор-редуктора, как единого целого.

В отличие от классической схемы соединения электродвигателя и редуктора через муфту, преимуществами данной схемы являются наибольшая компактность, блочно-модульный принцип построения, отсутствие потерь в муфте (которые могут достигать 25% мощности). В отличие от схемы соединения электродвигателя и редуктора по схеме вал в вал (характерной для большинства итальянских производителей) отсутствует проблема несоосности валов при сборке.

Наибольшее применение находят цилиндрические, плоские цилиндрические, конические редукторы в стандартном исполнении и со сниженным люфтом, а также червячные редукторы, редукторы со спироидным зацеплением, планетарные и низколюфтовые планетарные редукторы. Редукторы могут комбинироваться с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором, серводвигателями (вентильными либо специальными асинхронными), двигателями постоянного тока.

Рис.2

Редукторы также поставляются с входным валом (например, для ременной передачи), с адаптером под стандартный фланцевый двигатель, c моментоограничительной или гидравлической пусковой муфтой.

Двигатели могут быть обеспечены дополнительным оборудованием, таким как:

- Встроенными дисковыми тормозами или блокираторами обратного хода

- Взрывозащитой по стандарту ATEX 100a

- Встроенными преобразователями частоты (до 3 кВт)

- Термодатчиками, устройствами принудительного обдува, импульсными и абсолютными датчиками и т.п.

Рис.3 Плоско-цилиндрический мотор-редуктор

Далее рассмотрим каждый из видов мотор-редукторов и приведем примеры применения, а также особенности при расчетах при выборе редукторов.

СООСНО-ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ МОТОР-РЕДУКТОРЫ

Имеют наибольшее распространение, и могут быть применены практически для любой цели. Совместно с редукторами других видов (плоские цилиндрические, конические, червячные, планетарные) соосно-цилиндрические редукторы используются в качестве предступени для получения особо больших передаточных отношений. Единственное исполнение, которое невозможно реализовать для соосно-цилиндрических редукторов – насадное, что является ограничением по применению данного типа мотор-редукторов.

Серия маркируется R…7…, имеет 14 типоразмеров (R07 – R147) для крутящего момента от 50 до 18000 Нм. Передаточные числа лежат в диапазоне от 1,5 до 27000. КПД: от 0,94 до 0,97 в зависимости от числа ступеней. Конструктивные исполнения на лапах, на лапах с фланцем, с фланцем.

Пример применения:

Для использования в земснаряде был выбран соосно-цилиндрический мотор-редуктор. Учитывая кинематическую схему, мотор-редуктор оснащен электромагнитным тормозом. Чтобы привод работал в уличных условиях, для двигателя сделана внутренняя антикоррозионная обработка, а для мотор-редуктора (в целом) внешняя антикоррозионная обработка. Для использования в российских условиях привод может быть изготовлен для работы в диапазоне температур от –40 до +60 ^ОС.

ПЛОСКО-ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ МОТОР-РЕДУКТОРЫ

Имеет широкое распространение для задач, где требуется высокая компактность привода. Наиболее часто используемое конструктивное исполнение – насадное.

Серия маркируется F…7…, имеет 11 типоразмеров (F27 – F157) для крутящего момента от 130 до 18000 Нм, передаточные числа лежат в диапазоне от 4 до 30000. КПД: от 0,94 до 0,97 в зависимости от числа ступеней. Конструктивные исполнения с цельным валом и c полым валом со шпоночным пазом, со стяжной муфтой, шлицами; насадные, на лапах, с фланцем.

Пример применения:

Для использования в миксере был выбран плоско-цилиндрический мотор-редуктор, что сэкономило монтажное пространство, позволив компактно разместить 6 приводов.

КОНИЧЕСКО-ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ МОТОР-РЕДУКТОРЫ

Часто применяется для задач, где требуется стойкость к переменным нагрузкам, частым пускам, радиальным нагрузкам на выходном валу и где требуется высокая компактность.

Рис.6

Серия маркируется K…7…, имеет 12 типоразмеров (К37 – К187) для крутящего момента от 200 до 50000 Нм, передаточные числа лежат в диапазоне от 4 до 32000. КПД: 0,97 – самый высокий из всех типов угловых редукторов. Конструктивные исполнения с цельным валом и c полым валом со шпоночным пазом, со стяжной муфтой, шлицами; на лапах, насадные, с фланцем.

Пример применения:

Для использования в транспортерах аэропорта был выбран коническо-цилиндрический мотор-редуктор. Установка угловых редукторов характерна для транспортеров, а применение коническо-цилиндрических редукторов, имеющих высокий КПД, позволила использовать двигатели меньшей мощности по сравнению с червячными мотор-редукторами и сократить расходы на электроэнергию. Учитывая, что редукторы с высоким КПД не обладают свойством самоторможения, на наклонных транспортерах могут быть использованы блокираторы обратного хода.

ЦИЛИНДРО - ЧЕРВЯЧНЫЕ МОТОР-РЕДУКТОРЫ

Имеет широкое распространение для задач, где необходимо реализовать большое передаточное отношение, а также, исторически, в пищевой и упаковочной промышленности. Ограничение по применению – температура окружающей среды более +50 ^ОС и ударные нагрузки.

Серия маркируется S…7…, имеет 7 типоразмеров (S37 – S97) для крутящего момента от 90 до 4000 Нм, передаточные числа лежат в диапазоне от 6,8 до 33800. Благодаря цилиндрической ступени КПД у этой серии выше, чем у одноступенчатых червячных редукторов при равных передаточных числах. Конструктивные исполнения с цельным валом и c полым валом со шпоночным пазом, со стяжной муфтой, шлицами; на лапах, насадные, с фланцем.

Пример применения:

Для использования в линии розлива был выбран цилиндро-червячный мотор-редуктор. Это позволило получить требуемую низкую скорость движения. Для применения в пищевой промышленности редукторы могут быть заправлены специальным нетоксичным маслом. Также может быть произведена покраска любого типа мотор-редуктора в необходимый пользователю цвет.

СПИРОИДНЫЕ МОТОР-РЕДУКТОРЫ

Самые «молодые» редукторы в линейке мотор-редукторов SEW. Имеют одну передаточную ступень, состоящую из неизнашеваемой пары сталь-сталь. Широко распространены для задач, где требуется привод небольшой мощности за умеренную цену.

Серия маркируется W …0…, имеет 3 типоразмера (W10 – W30) для крутящего момента от 25 до 70 Нм, передаточные числа лежат в диапазоне от 6,57 до 75. Конструктивные исполнения с цельным валом и c полым валом со шпоночным пазом; на лапах, насадные, с фланцем.

Особенности спироидных мотор-редукторов: не требуют технического обслуживания, заправлены маслом на весь срок службы. Отсутствует дыхательный клапан (сапун). Благодаря этому редуктор может эксплуатироваться в любой монтажной позиции без корректировки уровня масла и перестановки дыхательного клапана.

Пример применения:

Рис.9 Спироидный мотор-редуктор

Для использования на роликовом конвейере в автоматизированном складе был выбран спироидный мотор-редуктор. Это позволило получить требуемую скорость движения, а применение установленного на двигателе преобразователя частоты сделало эту скорость регулируемой в диапазоне 1:10.

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТОВ ПРИ ВЫБОРЕ РЕДУКТОРОВ

При огромном разнообразии процессов движения в производстве, кажется, невозможно найти два одинаковых варианта привода.Однако в действительности все варианты привода можно свести к трем стандартным решениям: линейное движение по горизонтали, линейное движение по вертикали, вращательное движение.

При выборе прежде всего учитываются данные нагрузки, такие как масса, момент инерции, скорость, усилия, количество включений в час, время работы, размеры шестерен и валов проектируемого механизма.

Исходя из этих данных, можно определить мощности с учетом КПД и необходимые частоты вращения выходного вала. В результате, учитывая условия эксплуатации, определяется необходимый мотор-редуктор по каталогу производителя. После этого тип мотор-редуктора выбирается с учетом типа двигателя, если необходимо, учитываются возможности регулирования, наличие тормоза и др. Естественно, каждое решение требует детальной проработки.

Удобно при этом использовать специальные программы изготовителей, например, как электронный каталог EKAT или программа расчета PRO-DRIVE, разработанные SEW-EURODRIVE.

При выборе мотор-редуктора важно учитывать монтажное пространство, способы крепления и соединение с приводимым механизмом. Обязательной оценки требует наличие внешних радиальных и осевых нагрузок и изгибающих моментов.

Рис. 10

Типоразмер редуктора зависит от вращающего момента на его выходном валу, который рассчитывается по номинальной мощности двигателя и частоте вращения на выходе редуктора.

Мотор-редукторы обычно описываются либо через отдаваемую мощность, либо через вращающий момент при заданной частоте вращения выходного вала.

При этом дополнительным параметром является эксплуатационный коэффициент.

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ

Действующий в России стандарт на прочностной расчёт цилиндрических зубчатых передач - ГОСТ 21354 вводит понятие о типовых статистических режимах эксплуатации.

Особенностью редукторов SEW-EURODRIVE является то, что для непрерывного режима эксплуатации (при работе в 1-2 смены) можно использовать момент указанный в каталоге. Кроме того, вводится понятие эксплуатационный коэффициент (сервис-фактор). Воздействие рабочего механизма на редуктор учитывается с достаточной точностью, если при расчете использовать эксплуатационный коэффициент f_B (как правило, более распространенное название сервис-фактор). Эксплуатационный коэффициент определяется по ежедневному времени работы и количеству включений в час. При этом выделяют три характера нагрузки в зависимости от коэффициента инерции. Необходимый эксплуатационный коэффициент можно определить по диаграмме на рис. Полученный эксплуатационный коэффициент должен быть меньше или равен эксплуатационному коэффициенту.

Рис.11 График для выбора эксплуатационного коэффициента

Где: * = ежедневное время работы [ч/сут]

** = количество включений в час ( учитываются все процессы запуска и торможения, а также переходы с низкой частоты вращения на высокую и наоборот ).

I - Кривая равномерной нагрузки, допустимый коэффициент инерции ≤ 0,2

II - Кривая умеренной ударной нагрузки, допустимый коэффициент инерции ≤ 3

III - Кривая значительной ударной нагрузки, допустимый коэффициент инерции ≤ 10

Коэффициент инерции равен отношению суммы всех внешних моментов инерции к моменту инерции двигателя.

Естественно, в ряде случаев коэффициенты выбираются более высокими, чем на графике. Это определяется спецификой нагрузки, например: радиальными и осевыми нагрузками, а для червячных редукторов – повышенной температурой окружающей среды.

При выборе нельзя забывать о пиковых и стартовых нагрузках, которые должен парировать мотор-редуктор, независимо от тяжести режима работы оборудования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Практика работы SEW-EURODRIVE в России и во всем мире показывает, что:

1. Участие квалифицированных специалистов по мотор-редукторам позволяет выбрать оптимальный и надежный привод.

2. Исчерпывающая документация, консультации и помощь специалистов SEW-EURODRIVE позволяют выбрать мотор-редуктор для любой задачи привода.

3. Модульная система мотор-редукторов с ее миллионами вариантов позволяет подобрать изделие практически для любых условий эксплуатации, что дает возможность использовать мотор-редукторы во всех отраслях промышленности.

4. Децентрализованная сборка мотор-редукторов из первоклассных компонентов позволяет быстро поставлять продукт пользователю.

5. Высокое качество и надежность мотор-редукторов в ежедневной эксплуатации обеспечивают непрерывную работу оборудования в целом.