Малогабаритный редуктор согласует частоту вращения электродвигателя со скоростью механизма, увеличивает крутящий момент и влияет на точность позиционирования. Для подбора рассчитывают передаточное число, определяют нагрузку, оценивают КПД, нагрев, люфт и присоединительные размеры.
Для подбора микроредуктора необходимы данные о моменте нагрузки, требуемых оборотах, режиме работы, точности и допустимых габаритах. Также для расчёта нужны:
При пересчёте нагрузки к валу двигателя через идеальный редуктор используют зависимость:
Jₙₐ₍дв₎ = Jₙₐ₍вых₎ / i²,
где Jₙₐ₍дв₎ — инерция нагрузки, приведённая к валу двигателя; Jₙₐ₍вых₎ — инерция нагрузки на выходном валу; i — передаточное число. В расчёте также учитывают приведённые к тому же валу моменты инерции ротора, муфты и вращающихся деталей передачи.
Передаточное число редуктора рассчитывают как отношение частоты вращения входного вала к оборотам выходного. Формула:
i = n₁ / n₂,
где n₁ — скорость двигателя под нагрузкой, n₂ — требуемая частота вращения механизма. При 3000 об/мин на входе и заданных 100 об/мин на выходе предварительная редукция составляет:
i = 3000/100 = 30
Полученное значение соответствует отношению 30:1. После предварительного расчёта выбирают серийное передаточное число.
Число ступеней влияет на размеры, массу, КПД и люфт. Мотор-редуктор выбирают по оборотам, моменту и совместимости с системой управления.
Требуемый момент на выбранном валу рассчитывают по формуле:
Mтреб = Mсопр + Jпр྾ε,
где Mсопр — суммарный момент сопротивления, Jпр — приведённый к выбранному валу момент инерции, ε — угловое ускорение. Для вертикальных механизмов отдельно рассчитывают подъём и опускание груза. При подъёме двигатель преодолевает силу тяжести и потери в передаче, при опускании груз может сам приводить механизм во вращение. КПД учитывают в зависимости от направления передачи мощности.
Затем рассчитывают момент, который мотор-редуктор способен создать на выходном валу:
M₂ = M₁ × i × η,
где M₁ — входной момент, i — передаточное число, η — КПД передачи.
Расчётный момент должен покрывать требуемый. При этом редуктор дополнительно проверяют по нагрузкам во время разгона, торможения, реверса, удержания механизма в неподвижном положении.
| Величина | Режим | Критерий |
| Номинальный момент | Продолжительная работа | Покрывает длительную нагрузку |
| Пусковой момент | Разгон | Покрывает требуемый динамический момент |
| Пиковый момент | Удар, торможение или реверс | Соответствует допустимому значению, длительности и повторяемости нагрузки по паспорту |
| Момент при остановке | Удержание положения | Проверяется с учётом двигателя, тормоза и допустимой статической нагрузки редуктора |
| Сервис-фактор | Полная циклограмма | Соответствует методике производителя |
Сервис-фактор выбирают по циклограмме и методике изготовителя. Недостаточный запас сокращает срок службы зубчатой передачи и подшипников, избыточный — увеличивает размеры и стоимость привода.
КПД редуктора влияет на доступный выходной момент, потребляемую мощность и нагрев малогабаритного привода. Выходную механическую мощность рассчитывают по формуле:
P₂ = P₁ × η,
где P₁ — механическая мощность на входном валу редуктора, η — КПД передачи.
Если P₁ в рабочей точке равно 120 Вт, при КПД 85% выходная механическая мощность составит около 102 Вт. Потери внутри редуктора достигнут примерно 18 Вт и преимущественно преобразуются в тепло.
Выбирать редуктор только по мощности нельзя. Для любого механизма необходимо учитывать скорость, момент и рабочий цикл. Также требуется тепловая проверка, показывающая, останется ли температура двигателя, редуктора и смазки в допустимых пределах.
Тип малогабаритного редуктора выбирают по сочетанию момента, передаточного числа, люфта, КПД, шума и компоновки.
| Тип | Особенности | Основные проверки |
| Планетарный | Соосная компоновка, высокая плотность момента | Люфт, количество ступеней, пиковая нагрузка |
| Цилиндрический | Высокий КПД, простая кинематическая схема | Шум, габариты, расположение валов |
| Рядный (соосный цилиндрический) | Входной и выходной валы расположены на одной оси | Количество ступеней, шум, габариты и допустимый момент |
| Червячный | Перпендикулярные оси, плавное движение | Нагрев, КПД, обратимость, износ |
| Конический | Передача между пересекающимися осями | Осевые силы, смазка, точность монтажа |
| Волновой | Большое передаточное число, малый люфт | Жёсткость, ресурс, допустимый пик |
Червячный часто имеет более низкий КПД, чем планетарный или цилиндрический редуктор. Его потери зависят от передаточного числа, скорости скольжения, геометрии зацепления, материалов, смазки.
Малогабаритный цилиндрический редуктор подходит для приводов с параллельным расположением валов, если важны высокий КПД и простота конструкции.
Волновой редуктор выбирают при компактной соосной компоновке и строгих требованиях к точности позиционирования. Также важный критерий — наличие полого вала.
При выборе волнового редуктора проверяют:
Волновую передачу применяют в манипуляторах, поворотных узлах, медицинской технике, станках, оптических и лазерных системах. Для высокой входной скорости чаще выбирают планетарные редукторы.
Совместимость редуктора и электродвигателя проверяют по диаметру и длине вала, геометрии фланца, креплению, оборотам, моменту и осевым нагрузкам. Также учитывают:
Для подбора используют присоединительный чертёж или CAD-модель и технические характеристики. Для определения допустимой области применения учитывают назначение изделия, документацию изготовителя, требования отрасли.
Точность привода зависит от люфта, жёсткости, повторяемости, допустимых радиальных и осевых нагрузок. Каждый параметр характеризует отдельное свойство механизма.
| Параметр | Типичная единица | Что характеризует |
| Люфт | угл. мин | Потерянный ход при смене направления |
| Крутильная жёсткость | Н·м/рад | Упругое угловое смещение под моментом |
| Передаточная погрешность | угл. мин или угл. сек | Отклонение фактического угла от расчётного |
| Повторяемость | угл. мин или угл. сек | Разброс при повторном выходе в заданную позицию |
| Радиальная нагрузка | Н | Нагрузку, деформацию и ресурс опор выходного вала |
| Осевая нагрузка | Н | Нагрузку и ресурс опор при воздействии вдоль оси |
Радиальную и осевую нагрузки проверяют по каталожным данным с учётом вида передачи, точки приложения силы, массы рабочего органа и положения его центра тяжести.
Малогабаритный редуктор для позиционирования испытывают в обоих направлениях вращения. Проверка при реверсе выявляет люфт, измерение углового перемещения при положительном и отрицательном моментах позволяет определить потерянный ход, упругую деформацию.
Для предварительного расчёта микроредуктора нужны данные об оборотах, моменте, КПД, режиме нагрузки.
Рассмотрим двигатель с частотой вращения 3000 об/мин и номинальным моментом 0,08 Н·м. Механизму требуются 100 об/мин и рабочий момент 1,8 Н·м. Расчётный КПД редуктора принят равным 85%.
| Этап | Расчёт | Результат |
| Передаточное число | i = 3000 / 100 | 30:1 |
| Теоретический момент | M₂ = 0,08 × 30 | 2,4 Н·м |
| Момент с учётом КПД | M₂ = 0,08 × 30 × 0,85 | 2,04 Н·м |
| Коэффициент запаса | k = 2,04 / 1,8 | 1,13 |
| Мощность двигателя | P₁ = 0,08 × 2π × 3000 / 60 | 25,1 Вт |
| Выходная мощность | P₂ = 25,1 × 0,85 | 21,4 Вт |
Расчёт даёт 2,04 Н·м и около 13% запаса. Его достаточность проверяют по циклограмме, продолжительному и пиковому моментам, тепловым ограничениям, нагрузкам на вал, требуемому ресурсу.
Ошибки возникают при расчёте только по мощности без проверки момента, пиков, люфта и ресурса. Другие распространённые проблемы при подборе микроредуктора:
Чтобы подобрать мотор-редуктор, поставщику передают циклограмму, схему нагрузки, присоединительный чертёж и требования к точности.
Чтобы избежать ошибок при подборе, обратитесь к специалистам «ИнноДрайв». Наши сотрудники помогут подобрать редуктор, двигатель и контроллер с учётом параметров оборудования.
