Червячный или цилиндрический мотор-редуктор: что выбрать по КПД, нагреву и режиму работы

Стоимость при покупке мало что говорит о том, какой тип окажется выгоднее. Разница проявляется позже: в счете за электричество, в температуре корпуса и в поведении агрегата на вашем графике нагрузки. Решают обычно три параметра: КПД, нагрев и режим работы. Кроме них, ниже рассмотрены самоторможение, габариты и шум.

По каким критериям сравнивать

Тип передачи определяет сразу несколько свойств привода. Удобнее оценивать их, задавая себе прикладные вопросы:

• какая доля мощности остается в самом редукторе и куда она уходит;
• как хорошо корпус отдает тепло и сколько часов подряд привод способен работать;
• нужно ли удерживать нагрузку, когда двигатель обесточен;
• каким должно быть передаточное число и сколько места выделено под агрегат;
• насколько критичны тишина и срок службы.

Нагрев и допустимый режим вытекают из КПД, так что начнем с него.

КПД: где червячная пара проигрывает

В червячной паре витки червяка скользят по зубьям колеса. Скольжение порождает трение, и трение забирает часть передаваемой мощности. В цилиндрической передаче зубья по большей части перекатываются друг по другу, потому потери заметно ниже.

Обратимся к учебной методичке БНТУ по деталям машин. Если учесть потери в подшипниках, КПД червячной передачи равен 0,70-0,75 при одном заходе червяка, 0,75-0,82 при двух и 0,82-0,92 при четырех. Для цилиндрической зубчатой передачи производители указывают КПД до 98 процентов. Это данные из документации, а не замер на вашей машине, однако пропорцию они передают верно: цилиндрический редуктор теряет единицы процентов, а червячный способен терять четверть мощности и больше.

Стоит держать в голове две оговорки:

1. Чем больше заходов у червяка, тем выше КПД и тем слабее самоторможение. Получить оба свойства в полной мере нельзя.
2. Каталожный КПД относится к номинальному режиму. При малой нагрузке и холодном масле фактическое значение у червячного редуктора ниже.

При небольшой мощности абсолютные потери малы. Но привод в несколько киловатт, работающий в несколько смен, превращает их в заметную строку расходов. Та же методичка БНТУ указывает, что мощность червячных передач обычно не превышает 50 кВт: на средних мощностях экономичнее зубчатые передачи.

Нагрев: куда уходят потери

Утраченная мощность не пропадает бесследно, а становится теплом. При КПД 0,75 и одинаковой полезной нагрузке червячный редуктор нагревает внутренности корпуса многократно сильнее, чем цилиндрический. Отводить это тепло в окружающий воздух должны корпус и масло.

Для червячного исполнения отсюда следует несколько практических правил:

• в каталоге обычно приведены два предела: механический, по моменту, и тепловой, по мощности, которую агрегат передает длительно без перегрева. Если смотреть только на момент, корпус нередко выходит горячим, а масло срабатывается раньше срока;
• летом, в тесной нише без обдува или рядом с другими источниками тепла нужен больший запас по тепловой мощности;
• перегрев убивает смазку и уплотнения, а сама пара скольжения при нем изнашивается быстрее.

У цилиндрических и соосно-цилиндрических мотор-редукторов тепловой предел чаще всего не лимитирует: подбор идет по моменту и сервис-фактору, а температура держится умеренной.

Режим работы: сколько и как вы его загружаете

Режим показывает, успевает ли редуктор остыть между нагрузками.

Длительная ровная нагрузка: вентилятор, насос, конвейер без остановок. Тепло копится без перерыва, поэтому здесь удобнее цилиндрический или соосно-цилиндрический мотор-редуктор. Червячный возможен, но лишь после проверки по тепловой мощности и с запасом.

Повторно-кратковременный режим: частые пуски, короткие циклы и паузы. В паузах редуктор остывает, и тепловое ограничение смягчается. Червячная пара тут вполне уместна, особенно на малой мощности. Впрочем, частые пуски под нагрузкой тяжелы для зубьев любого типа, поэтому смотрите на пиковые моменты и удары, а не на одни средние значения.

Редкие короткие включения: задвижки, шиберы, подъемные устройства, механизмы подачи. КПД почти не отражается на затратах, зато на первый план выходят компактность и фиксация положения.

Иногда скорость требуется менять прямо на ходу. Тогда рядом с редуктором порой ставят вариатор, но подбирают его независимо от редуктора. Чаще обороты регулирует частотный преобразователь, а редуктор выбирают под нужный диапазон скоростей.

Самоторможение: достоинство с оговорками

Червячный редуктор, по мнению специалистов компании https://promair.by/ , часто берут ради самоторможения: при остановленном двигателе нагрузка не может провернуть червяк относительно колеса. Так происходит при малом угле подъема витка, а расплачиваться за это приходится низким КПД.

Тем не менее тормоз он не заменяет:

• вибрация и ударные нагрузки способны нарушить самоторможение, особенно у многозаходных червяков;
• на подъемных механизмах недопустим даже небольшой сдвиг при пуске или остановке, так что надеяться на самоторможение нельзя;
• для подъема и удержания груза устанавливают отдельный тормоз, а требования к вашему оборудованию лучше уточнить заранее.

Когда фиксация положения критична, ставьте на двигатель электромагнитный тормоз, а самоторможение считайте добавочной страховкой. У цилиндрического редуктора самоторможения нет совсем, и для наклонных конвейеров и вертикальных перемещений тормоз обычно обязателен.

Передаточное число, габариты и шум

По этим параметрам расклад обратный тому, что мы видели с КПД.

Червячная пара выдает большое передаточное число уже за одну ступень, а корпус остается компактным. Выходной вал червячного редуктора чаще всего стоит под 90 градусов к двигателю, и это выручает, если привод надо уложить вдоль стены или под раму. Он работает тише: витки входят в зацепление плавно.

Одноступенчатый цилиндрический редуктор дает умеренные передаточные числа, а для высоких значений приходится брать две-три ступени. Слабые места цилиндрического типа: шум и многоступенчатость при большом передаточном числе. Взамен вы получаете высокий КПД. В соосном исполнении вал двигателя и выходной вал лежат на одной оси, и такую компоновку проще вписать в линию.

Что до ресурса, у червячного агрегата он во многом зависит от износа скользящей пары, а в цилиндрической передаче рабочие поверхности нагружены ровнее.

Что выбрать: сводка по ситуациям

Цилиндрический или соосно-цилиндрический мотор-редуктор стоит взять, если:

• привод работает подолгу и без остановок;
• мощность составляет несколько киловатт и более;
• важны затраты на электроэнергию и умеренная температура корпуса;
• скорость планируется менять частотным преобразователем.

Червячный мотор-редуктор подойдет, если:

• мощность небольшая, а режим повторно-кратковременный;
• требуется высокое передаточное число в одной ступени и компактный корпус;
• вал должен выходить под прямым углом;
• нужен тихий, плавный ход, а потери энергии не имеют значения.

В смешанных условиях, например при средней мощности, непрерывной работе и дефиците места, сопоставляйте варианты по тепловой мощности и КПД при реальной нагрузке, а не по цене и размерам. Если вышедший из строя агрегат заменяют машиной другого типа, расчет тоже придется повторить: поменяются КПД, нагрев и направление выходного вала, а следом и крепление.

Что подготовить для подбора

Чтобы специалист поставщика предложил вариант без догадок, заранее соберите:

1. данные шильдика действующего агрегата, если идет замена;
2. нужный момент и частоту вращения выходного вала;
3. режим: часы работы в сутки, число пусков в час, характер нагрузки;
4. температуру окружающей среды и условия охлаждения;
5. требования к удержанию груза и к взрывозащите, если они есть;
6. монтажное положение и свободное место.

Чем точнее описан режим, тем меньше шанс промахнуться с типом передачи.

FAQ

Чем червячный мотор-редуктор отличается от цилиндрического?

В червячной паре усилие передают скользящие витки червяка, в цилиндрической зубья, перекатывающиеся друг по другу. Поэтому червячный вариант получается компактнее при большом передаточном числе и тише, но больше теряет мощности и сильнее греется. Цилиндрический экономичнее и лучше переносит длительную работу.

Какой КПД у червячного мотор-редуктора?

По учебной методике БНТУ, с учетом потерь в подшипниках он равен 0,70-0,75 при одном заходе червяка, 0,75-0,82 при двух и 0,82-0,92 при четырех. У цилиндрической передачи производители указывают до 98 процентов. Точную цифру для конкретной модели ищите в каталоге.

Червячный редуктор всегда самотормозящийся?

Нет. Самоторможение определяют угол подъема витка и число заходов, а вибрация способна его нарушить. Чтобы удерживать груз, надежнее поставить отдельный тормоз.

Какой мотор-редуктор греется сильнее?

Червячный: из-за трения потерь у него больше, и все они переходят в тепло. По этой причине в каталоге для него сверяют не только момент, но и тепловую мощность.

Когда нужен соосно-цилиндрический мотор-редуктор?

Когда привод трудится долго, мощность заметная, важны КПД и ресурс, а двигатель удобно разместить на одной оси с выходным валом.

Можно ли заменить червячный мотор-редуктор цилиндрическим?

Можно, но предварительно сверьте момент, передаточное число, направление выходного вала, крепление и необходимость тормоза: самоторможения у цилиндрического типа нет.

«Химволокно» модернизирует производство пластических масс