Мотор-редукторы

Мотор редуктор можно представить как комплексный механизм в виде электромеханического узла, совмещающего в себе работающие в паре редуктор и электродвигатель. Такие устройства находят широкое применение во многих отраслях промышленности, что обусловлено их основными преимуществами: компактностью, малым весом, хорошим КПД, простотой установки и обслуживания. Электродвигатель в данном узле отвечает за преобразование определенного вида энергии в механическую, а редуктор – для ее передачи на выходной вал с изменением частоты вращения. Наиболее распространенными являются нижеперечисленные типы моторов-редукторов:

• червячные;
• цилиндрические;
• конические;
• планетарные;
• волновые;
• комбинированные.

Моторы-редукторы применяются практически повсеместно, чему способствует ряд преимуществ данного вида агрегатов. Компактность и сравнительно малые габариты позволяют встраивать моторы-редукторы в конструкцию различных машин и аппаратов. Это могут быть автоматизированные линии упаковки, паллетизации и паллетообмотки, различного вида конвейеры и другие машины для перемещения сред, а также аппараты химической, нефтехимической, пищевой и других отраслей. Сфера применения моторов-редукторов распространяется также на медицинскую технику, системы регулирования, автоматизированного управления, обработки и предоставления информации и т.д. Конкретизация применения мотора-редуктора в рамках одной отрасли определяется характеристиками его составных частей.

Принцип работы данного вида агрегатов состоит в использовании зубчато-винтовой передачи. Зубчато-винтовая передача значительно увеличивает передаваемый крутящий момент, при этом значительно уменьшая угловую скорость. Механическая передача состоит из двух основных звеньев: винта и колеса. Внешне винт в передачах такого рода напоминает червя, отчего он также получил называние червяк. Зубчатое колесо передачи, именуемое червячным, имеет ряд отличий от колес в зубчатой передаче. Их зубья обычно делают косыми и специальной вогнутой формы, что обеспечивает лучшее сцепление с червяком. Профиль зубьев червячного колеса также может быть разным: прямой, изогнутый и роликовый. В последнем случае вместо зубьев в зацеплении участвует ролик.

В паре винт-червяк ведущим обычно является винт. Червячное колесо в отдельных случаях также может быть ведущим, но чаще это невозможно, так как приводит к самостопорению передачи. Для снижения трения в зоне сцепления подбор материалов червяка и колеса производят таким образом, чтобы они составляли антифрикционную пару для достижения минимального коэффициента трения. Винт обычно изготавливается из углеродистых или легированных сталей, в то время как колесо – из антифрикционного материала, но в целях экономии на сердцевину колеса идет более дешевый материал без указанных свойств.

Червячный мотор-редуктор унаследовал многие черты червячных редукторов, что наделяет его схожими преимуществами и недостатками. Так для этого вида моторов-редукторов характерна низкая шумность и плавность работы, а также присуще такое явление как самостопорение. Помимо этого червячным моторам-редукторам характерно большое передаточное число, приходящееся на одну ступень.

В то же время недостатки червячной передачи сказываются и на соответствующих моторах-редукторах, что выражается в их относительно низком КПД и сниженной износостойкости, из-за чего повышаются требования к точности сборки и настройки, а также необходимости обеспечения качественной смазки для снижения тепловыделения вследствие трения в передаче. Этот комплекс причин ограничивает применение червячных моторов-редукторов в основном случаями, предусматривающими передачу небольших мощностей.

Данный тип агрегатов может быть классифицирован по различным признакам: по количеству заходов резьбы винта, по способу нарезки резьбы (право- и левосторонняя), по форме винта (глобоидная форма или цилиндрическая), по профилю резьбы (конволютный, архимедовый или эвольвентный). В зависимости от конструктивного решения червячные моторы-редукторы могут быть одноступенчатым, двухступенчатым и т.д. По взаимному расположению элементов передачи выделяют червячные моторы-редукторы с верхним, нижним и боковым расположением червяка относительно колеса.

Как следует из названия, перенос движения в цилиндрических моторах-редукторах происходит за счет цилиндрической передачи, в которой в сцеплении находится пара зубчатых колес. Агрегаты данного типа являются одними из наиболее распространенных в промышленности, а их популярность сопоставима с популярностью червячных моторов-редукторов. Цилиндрические моторы-редукторы широко используются в режущих станках по металлу, мешалках, измельчающих механизмах, валковом оборудовании и т.д.

В какой-то мере цилиндрическую передачу можно назвать противоположностью червячной. Так она обладает значительно большим КПД, кинематической точностью и показателями надежности, а также возможностью передавать большие мощности и усилия. Высокий КПД во многом обеспечивается малыми тепловыми потерями в передаче вследствие трения зубьев. Как и в случае червячных моторов-редукторов, преимущества цилиндрической передачи переносятся и на соответствующие моторы-редукторы.

В то же время у данных агрегатов отсутствует способность к самоторможению, а также с их помощью трудно достичь больших передаточных чисел при сохранении малых размеров. Кроме того, уровень производимого при эксплуатации шума у них выше.

Взаимное расположение валов зубчатой передачи делит цилиндрические моторы-редукторы на соосные и параллельные. В отличие от редукторов, где данная классификация определяет положение входного и выходного валов относительно друг друга, в моторах-редукторах в сравнение ставятся вал электродвигателя и выходной вал. В зависимости от количества ступеней данные агрегаты могут быть одноступенчатыми, двухступенчатыми и т.д.

Цилиндрические моторы-редукторы могут размещаться как горизонтально, так и вертикально, однако наиболее распространенным остается первый вариант размещения. Монтаж агрегатов может проводиться с помощью лап, фланцев или насадочных приспособлений.

Залогом большого ресурса работы, надежности и высоких показателей работоспособности в целом цилиндрического мотора-редуктора является его правильный и обоснованный выбор в процессе проектирования агрегата согласно нормативной документации.

Конические моторы-редукторы являются разновидностью цилиндрических, а основное отличие заключается в использовании конических зубчатых колес. Оси конических зубчатых колес, находящихся в зацеплении, пересекаются под углом (обычно 90°), значение которого определяется конфигурацией самих колес. Данная особенность является ключевой, так как с ее помощью становится возможным менять взаимное расположение выходного вала мотора-редуктора и вала электродвигателя, а точнее угол между ними. Нередко коническую передачу включают в состав мотора-редуктора вместе с цилиндрическими передачами именно для возможности изменения положения выходного вала.

Данный вид моторов-редукторов сохраняет преимущества цилиндрических, таких как высокий КПД и устойчивость к кратковременным и переменным нагрузкам, однако сложность изготовления таких передач, а значит и возрастающая стоимость соответствующих моторов-редукторов, и возникающие в ней дополнительные нагрузки (аксиальные и радиальные) являются недостатками этого типа агрегатов.

Необходимость в изменении направления передачи крутящего момента встречается весьма часто, что и обуславливает широкий спектр применения конических моторов-редукторов. Они встречаются в приводах конвейерных линий, станков, подъемных механизмов, тягового шахтного оборудования. При этом охватываемые области применения включают сельское хозяйство, строительную и машиностроительную промышленности, а также создание электроприводов для нужд автоматизации производств и т.д.

Поскольку червячные и цилиндрические моторы-редукторы наиболее распространены в промышленности, целесообразно привести их сравнительный анализ по основным характеристикам, от которых зависит конечное решение по выбору привода в том или ином случае. В сравнении с червячными, цилиндрические моторы-редукторы обладают следующими преимуществами:

• высокий КПД (98% без учета передаточного отношения), делающий их крайне экономичными по энергопотреблению;
• высокая нагрузочная способность, благодаря которой цилиндрический мотор-редуктор способен передавать значительно большее усилие, чем червячный мотор-редуктор аналогичных размеров;
• высокая кинематическая точность, обусловленная сравнительно небольшим люфтом выходного вала;
• малые потери энергии на тепловыделение вследствие трения в передаче;
• возможность создавать условия работы, при которых выходной вал будет являться ведущим;
• стабильность работы при частых запусках и остановках мотора-редуктора и при неравномерных нагрузках.

Лежащая в основе данного типа моторов-редукторов планетарная передача представляет собой механическую передачу, состоящую из ряда шестерен. В центре располагается солнечная шестерня, находящаяся в зацеплении с несколькими шестернями меньшего размера, называемыми планетарными. Планетарные шестерни (сателлиты) соединяются в единую конструкцию благодаря водилу, при этом сохраняя возможность вращаться вокруг своих осей. Помимо солнечной шестерни сателлиты находятся в зацеплении с коронной шестерней. Движение сателлитов вокруг солнечной шестерни напоминает движение планет вокруг Солнца, откуда и происходит название самой передачи и ее составляющих.

В зависимости от кинематической схемы один из элементов передачи остается неподвижным (водило, солнечная или коронная шестерня), а два других становятся ведущим и ведомым. В случае, когда все три элемента являются подвижными, планетарную передачу называют дифференциальной. Дифференциальная планетарная передача позволяет производить сложение или разложение движения, что используется в автомобилях или станках. Также планетарные моторы-редукторы способны передавать значительные усилия при сохранении высокого КПД. Еще одним немаловажным их преимуществом можно назвать небольшие размеры и вес агрегатов. Последнее во многом обусловлено плотной компоновкой планетарной передачи и ее конструктивными особенностями.

Также существует разновидность планетарных моторов-редукторов, называемых эксцентриковыми. Конструктивным отличием моторов-редукторов эксцентрикового типа является наличие эксцентрикового вала и присутствие дебалансной массы на валу эксцентрика, которая уравновешивает силы инерции водила и сателлитов, однако от этого увеличиваются аксиальные размеры устройства и усложняется конструкция. Эксцентриковый вал монтируется или в отдельном корпусе и присоединяется к валу двигателя муфтой, или устанавливается консольно непосредственно на валу двигателя.

Благодаря уникальным свойствам планетарной передачи аналогичные моторы-редукторы нашли широкое применение в различных отраслях, таких как нефтехимия, фармацевтическая и пищевая промышленность, металлургия, горная промышленность, машиностроение и водоподготовка. Часто данный вид моторов-редукторов используется в качестве приводов перемешивающих устройств.

Одной из наиболее продвинутых и технологичных передач является волновая передача. Соответственно, созданные на ее основе моторы-редукторы также показывают высокую эффективность, сочетая в себе преимущества зубчатых и гибких передач. Передача данного типа была создана в 1959 г. американским инженером Уолтоном Массером.

Основными элементами волновой передачи являются твердое зубчатое колесо, зубчатый гибкий элемент и генератор волн. Зубья колеса обращены внутрь, а зубья гибкого элемента – наружу. Причем число зубьев гибкого элемента несколько меньше. Генератор волн представляет собой механизм, растягивающий гибкий элемент, отчего тот создает две или более зоны сцепления с колесом. В то же время на участках между зонами сцепления контакт гибкого элемента и колеса отсутствует полностью. Генератор волн соединяется с входным валом, а гибкий элемент – с выходным. Принцип действия волнового мотора-редуктора основан на деформации гибкой части. Вслед за вращательным движением генератора волн перемещаются и деформации гибкого элемента, скорость которых постоянна и зависит от скорости вращения генератора волн.

Использование в конструкции гибкого элемента дает волновым моторам-редукторам ряд существенных преимуществ. В первую очередь стоит отметить высокую точность и плавность движения элементов передачи, а также способность обеспечивать большие передаточные числа, что позволяет с успехом применять волновые моторы-редукторы в ряде специфических областей. Помимо этого немаловажной является возможность герметичного отделения двигателя от остальной части агрегата, что позволяет применять волновые редукторы в токсичных, коррозионных и взрывоопасных средах. Также они выделяются высокими эксплуатационными качествами, такими как малая шумность, отсутствие вибраций и плавный ход при изменении рабочих условий. При этом данные моторы-редукторы сохраняют высокий КПД и, благодаря плотной компоновке элементов, имеют сравнительно небольшие размеры и вес.

Основной недостаток этих агрегатов заключается в высоких требованиях к гибкому элементу передачи, который должен обладать большой износостойкостью и эластичностью. Крайне важным является правильный подбор материала для изготовления гибкого колеса.

Комплекс характеристик волновых моторов-редукторов определил их широкую сферу применения во многих отраслях промышленности. Так они часто применяются в качестве приводов грузоподъемных машин, на химических предприятиях, где присутствует агрессивная среда, а также в ракетной и авиационной промышленностях. Не менее важно отметить их использование в производстве различных роботов, манипуляторов и систем позиционирования, где требуется обеспечение высокой точности и плавности движений.

Корпус волновых моторов-редукторов может устанавливаться следующими методами:

• на лапы;
• с помощью фланцев на выходе;
• насадным методом с полым выходным валом.

Для первого варианта установки характерен способ соединения с приводным валом посредством муфт или передачи (цепной или ременной). При втором варианте вал мотора-редуктора центрируется с приводным валом. Третий вариант установки характерен тем, что вал редуктора насаживается на входную часть приводного вала.

Несомненно, если в наличии есть достаточно места для размещения и отсутствует ограничение весу, то выбор в пользу простой комбинации мотора и редуктора может оказаться предпочтительнее. Но моторы-редукторы, как правило, легче альтернативных приводов из сборки двигателя и редуктора более компактны, а также процессы их установки и обслуживания значительно упрощены. Так для агрегатов с насадным исполнением даже не требуется рамная конструкция для установки. Часто, особенно в системах автоматики или размещения оборудования в ограниченном объеме, вопрос экономии места может быть первостепенным.

Меньшая масса также предпочтительна при выборе привода для различного рода манипуляторов и систем позиционирования, поскольку нередко привод располагается непосредственно да подвижных элементах, утяжеление которых крайне нежелательно. Для еще большего облегчения моторов-редукторов для передачи осевых сил от вала на корпус вместо крышек могут быть использованы пружинные упорные кольца, что приводит к дополнительному снижению массы редуктора. Однако такая замена требует дополнительной обработки, как самих колец, так и канавок под них.

Мотор-редуктор исполнение на лапах (178 Нм)

Мотор редуктор с цилиндрической зубчатой передачей.
Номинальная мощность – 7,5 кВт.
Номинальная частота вращения редуктора – 400 об/мин
Крутящий момент – 178 Н/м
Передаточное число редуктора – 2,2
Электродвигатель – 400/690 В, 50 Гц
Номинальный ток – 15,0/8,8 А
Cos phi – 0,82
Класс изоляции – F
Класс защиты – IP 55
Положение клемной коробки – 0А
Исполнение редуктора – на лапах
Выходной вал – Ø 60 х 140 мм.
Смазка – 0,5 I минеральное масло CLP220.
Цвет – RAL 7031, серо-голубой.

Мотор-редуктор фланцевое соединение (178 Нм)

Мотор редуктор с цилиндрической зубчатой передачей.
Номинальная мощность – 7,5 кВт.
Номинальная частота вращения редуктора – 400 об/мин
Крутящий момент – 178 Н/м
Передаточное число редуктора – 2,2
Электродвигатель – 400/690 В, 50 Гц
Номинальный ток – 15,0/8,8 А
Cos phi – 0,82
Класс изоляции – F
Класс защиты – IP 55
Положение клемной коробки – 0А
Исполнение редуктора - фланцевое
Диаметр фланца – 300 мм
Выходной вал – Ø 60 х 140 мм.
Смазка – 0,5 I минеральное масло CLP220.
Цвет – RAL 7031, серо-голубой.

Мотор-редуктор (7.545 Нм / 6.245 Нм)

Технические характеристики мотор-редуктора:

Цилиндрический мотор-редуктор (10200 Нм)

Технические характеристики цилиндрического мотор-редуктора:

Мотор-редуктор (6600 Нм)

Основные характеристики редуктора:

Мотор-редуктор для линии продольной резки

Объем поставки включает в себя:

• Мотор-редуктор
• Инвентор
• Блок-управления

Мотор-редуктор

Частотный преобразователь (Инвертор)

Блок управления

Пример №1

Передаточное отношение: 1/59

Двигатель: 15 кВт, 4 полюса, 3 фазы, 220/380 В, 50 Гц, IE1, F-класс

Монтажное исполнение на лапах

Пример №2

Передаточное отношение: 1/43

Двигатель: 22 кВт, 4 полюса, 3 фазы, 220/380 В, 50 Гц, IE1, F-класс

Монтажное исполнение на лапах

Пример №3

Передаточное отношение: 1/29

Двигатель: 30 кВт., 4 полюса, 3 фазы, 220/380 В, 50 Гц, IE1, F-класс

Монтажное исполнение на лапах

Пример №4

Передаточное отношение: 1/29

Двигатель: 15 кВт, 4 полюса, 3 фазы, 220/380 В, 50 Гц, IE1, F-класс

Монтажное исполнение на лапах

Пример №5

Передаточное отношение: 1/59

Двигатель: 11 кВт, 4 полюса, 3 фазы, 220/380 В, 50 Гц, IE1, F-класс

Монтажное исполнение на лапах

Пример №6

Передаточное отношение: 1/29

Двигатель: 22 кВт, 4 полюса, 3 фазы, 220/380 В, 50 Гц, IE1, F-класс

Монтажное исполнение на лапах

Инженеры всегда готовы проконсультировать или предоставить дополнительную техническую информацию по предлагаемым мотор-редукторам.