Крутящий момент редуктора: что такое и как рассчитать, чтобы подобрать устройство

Редукторы – механизмы для передачи энергии от источника к исполнительному устройству и согласования ее параметров. Агрегаты осуществляют преобразования угловой скорости и крутящего момента. Последний – одна из ключевых характеристик зубчатых механизмов. Рассмотрим что такое крутящий момент редуктора, факторы, влияющие на его значение, каким образом его величина влияет на выбор механизма для привода.

Что такое крутящий момент редуктора

Согласно определению из теоретической механики крутящий момент – произведение приложенной силы и расстояния до центра вращения. Международная единица измерения физической величины – ньютон на метр (Н ∙ м). В инструкциях по эксплуатации часто приводится крутящий момент в килограммах силы на метр, 1 Н ∙ м равен 0.10197 кгс ∙ м.

Подавляющее большинство промышленных редукторов повышают момент за счет уменьшения частоты вращения. Таким образом, механическая мощность от двигателя при передаче через редуктор остается неизменной (за вычетом потерь) согласно закону сохранения энергии.

Простыми словами, крутящий момент – это тяга, которую выдает редуктор. Чем больше его величина, тем с более высокой нагрузкой может работать механизм.

Как рассчитывают крутящий момент

При конструировании механизмов и расчете редукторного привода требуется определение крутящего момента:

• На входном валу редуктора.
• На выходном валу механизма.
• На выходном валу привода (рассчитывается при использовании дополнительных передач).

Крутящий момент определяется по выражению: Mn=(9550×Pn× η )/Ni, где 9500 – приводной коэффициент, Pn – механическая мощность на требуемом валу, η – коэффициент полезного действия механизма (вводится при расчете момента на выходном валу) Ni – скорость вращения требуемого вала.

Разные производители предлагают свои методики выбора редуктора по моменту. Например при расчетах по сервис-фактору используется понятие расчетный момент М=Мвых треб×К, где М – расчетный момент на выходном валу, Мвых треб – требуемый выходной момент, К – коэффициент эксплуатации или сервис-фактор, который зависит от характера нагрузки, времени работы за 24 часа и количеству включений/отключений в единицу времени.

Кроме перечисленных величин, в расчетах применяются максимальный момент, характеризующий его предельно допустимое значение, номинальный момент, при котором механизм может длительно и безопасно работать, а также:

• Аварийный момент. Характеризует запас прочности редуктора при недопустимой нагрузке.
• Момент проскальзывания. Тяга, при которой вал проворачивается при неподвижных других элементах механизма. Величина используется в расчетах на прочность при конструировании.
• Стартовый момент. Минимальное усилие, которое необходимо для преодоления инерции механизма и приведение вала во вращение.
• Момент холостого хода. Тяга, требуемая для вращения вала со скоростью 3000 об/мин без нагрузки при температуре эксплуатации 200 С. Параметр используется при конструировании и характеризует КПД.
• Обратный момент. Усилие, требуемое для вращения редуктора в обратном направлении. При этом механическая энергия передается от выходного вала. Рассчитывается для реверсивных механизмов.

При выборе редуктора по моменту необходимо чтобы его номинальная величина была больше или равна расчетному моменту, необходимому для нормальной работы оборудования во всех предусмотренных режимах c учетом коэффициентов эксплуатации. То есть момент на выходе механизма должен быть достаточен для функционирования привода, все комплектующие должны выдерживать возникающие нагрузки.

Факторы, влияющие на крутящий момент

Крутящий момент связан практически со всеми ключевыми параметрами редуктора:

• Передаточные отношения. Ряд производителей определяет характеристику как отношение моментов на валах передачи механизма.
• Консольные и радиальные нагрузки. Усилие на входном и выходном валах влияет на паразитные нагрузки на механизм. Их расчетные значения не должны превышать величины, указанные в паспорте редуктора.
• Механическая мощность. Физическая величина связана с механической работой, которая в свою очередь зависит от скорости вращения и момента.

Исходя из предполагаемого момента, при конструировании редуктора также выбирают тип передачи, геометрические параметры зацепления, количество ступеней, диаметр, длину и конфигурацию входного и выходного вала, тип соединения деталей.

Заключение

Итак, крутящий момент – одна из главных характеристик промышленных редукторов, которая характеризуют усилие на входном и выходном валу. Расчет момента необходим для конструирования механизмов и определения параметров привода при выборе редуктора или мотор-редуктора. С моментом связан ряд других основных и промежуточных параметров силовых агрегатов для передачи и изменения механической энергии.