Как выбрать мотор-редуктор и рассчитать сервис-фактор

Момент на выходном валу и передаточное число считают все — это база, без неё типоразмер не выбрать. А вот сервис-фактор fB пропускают, и зря: именно он решает, доживёт редуктор до паспортного ресурса или сдастся раньше. Возьмёшь корпус впритык по номинальному моменту — при ударах и частых пусках он греется, масло стареет, зубья и подшипники сыплются задолго до срока. Дальше разберём три опоры подбора — момент, сервис-фактор, тип передачи, — посчитаем момент на примере и пройдёмся по монтажу и присоединительным размерам.

Момент и передаточное число

Момент на выходном валу — главная цифра. Именно его редуктор передаёт на цепь, шнек или барабан, и по нему подбирают типоразмер. Момент считают из мощности и оборотов двигателя, на выходе он растёт пропорционально передаточному числу и падает на КПД передачи. Выходная скорость связана с оборотами двигателя обратно: n_вых = n_дв / i. Двигатель 1450 об/мин через редуктор i = 20 даёт на выходе 72,5 об/мин.

Передаточное число i задаёт, во сколько раз редуктор снижает обороты и во столько же (за вычетом потерь) поднимает момент. Сначала считают нужную выходную скорость под рабочий орган, из неё получают i = n_дв / n_вых, и уже под это i и требуемый момент ищут типоразмер. Гнаться за круглым i не нужно — берут ближайшее из ряда, который выпускает производитель.

Сервис-фактор: запас под характер нагрузки

Сервис-фактор fB — коэффициент запаса под реальный режим работы. Он закладывает то, что редуктор в жизни видит не ровную нагрузку из паспорта, а рывки, инерцию маховых масс и десятки пусков в час. fB зависит от трёх вещей:

характер нагрузки — равномерная (конвейер, вентилятор), с умеренными толчками (мешалка) или ударная (дробилка, кривошип);
число пусков в час — чем чаще пуск, тем выше пики тока и момента;
суточная наработка — 2 часа в смену или 24/7 без остановки.

Логика подбора простая: считают требуемый fB под свой режим и берут редуктор, у которого паспортный fB не ниже. Ориентиры такие: для равномерной непрерывной нагрузки требуемый fB около 1,0; мешалка с толчками — 1,25–1,5; ударная нагрузка с частыми пусками — 1,5–2,0. Диапазон 1,0–2,0 — это привязка «на пальцах»; точные значения смотрят по каталогу производителя, SEW и NORD дают свои таблицы под конкретный режим и число пусков. Паспортный fB типоразмера падает с ростом оборотов и растёт с запасом по моменту, поэтому запас по fB часто закрывают выбором следующего типоразмера, а не заменой двигателя.

Что бывает, когда fB игнорируют. Привод скребкового конвейера: расчётный момент вышел 900 Н·м, снабженец нашёл редуктор с номиналом 950 Н·м и заказал его — «с запасом». Режим при этом ударный: конвейер стартует под завалом материала, до 15 пусков в час, две смены в день. Требуемый fB для такого режима — около 1,7, а у выбранного типоразмера на этих оборотах паспортный fB всего 1,1. Через несколько месяцев редуктор начал перегреваться, потекли сальники, полетели подшипники выходного вала. Взять следовало следующий типоразмер с моментом 1400–1500 Н·м, чтобы паспортный fB дотянул до 1,7. Номинального момента для подбора мало — считают момент вместе с сервис-фактором.

Тип передачи и КПД

Тип передачи определяет КПД, габарит и способность держать ударную нагрузку:

цилиндрический — КПД 0,96–0,98, соосное или параллельное расположение валов, тянет высокие моменты, самый ходовой для конвейеров;
червячный — компактный и часто самотормозящий (груз не проворачивает вал при выключенном двигателе), но КПД всего 0,7–0,9, сильно греется и не любит непрерывный тяжёлый режим;
конический — угловой, разворачивает вал на 90°, ставят там, где рабочий орган стоит поперёк двигателя;
планетарный — отдаёт большой момент в маленьком корпусе за счёт нескольких сателлитов, дорогой, идёт в приводы с жёстким ограничением по месту.

Считаем момент

Момент на входе редуктора считают по мощности и оборотам двигателя. Формула для электродвигателя: M = 9550 · P / n, где P в киловаттах, n в об/мин, M в ньютон-метрах. Калькулятор ниже считает любую из трёх величин, если знать две другие.

Пример. Двигатель 7,5 кВт при 1450 об/мин даёт на входе редуктора M = 9550 · 7,5 / 1450 ≈ 49,4 Н·м. Это момент до редуктора. На выходном валу он умножается на передаточное число и КПД: при i = 20 и цилиндрической передаче с КПД 0,97 выходной момент ≈ 49,4 · 20 · 0,97 ≈ 958 Н·м при скорости 72,5 об/мин. Дальше эти 958 Н·м сравнивают с требуемым моментом рабочего органа и проверяют, что паспортный fB типоразмера перекрывает fB режима.

Монтаж и присоединение

Монтажное положение M1–M6 (по классификации того же SEW или NORD) говорит, как редуктор стоит в пространстве: горизонтально, вертикально валом вверх или вниз. От этого зависят уровень заливки масла и место сапуна. Поставишь редуктор в положение, под которое он не залит, — часть зубчатых пар останется без смазки, пойдут задиры и ранний износ. Положение указывают в заказе всегда.

Механику стыковки задают тип и размер выходного вала: сплошной вал под шпонку, полый вал на вал машины, полый со шпонкой или с усадочной втулкой под бесшпоночную посадку, плюс фланец (тип и диаметр отверстий) для крепления. По двигателю уточняют мощность и полюсность (2/4/6 полюсов — это 2900/1450/970 об/мин), класс изоляции (обычно F), степень защиты IP (IP55 для пыльного цеха) и опции — тормоз, энкодер, принудительное охлаждение.

Что уточнить при заказе одной строкой: требуемый момент и выходную скорость, характер нагрузки с числом пусков в час и наработкой, передаточное число i, тип передачи, положение M1–M6 с местом сапуна, выходной вал и фланец, а также параметры двигателя (мощность, полюсность, класс изоляции, IP, тормоз/энкодер).

Частые вопросы

Чем мотор-редуктор отличается от связки «двигатель плюс отдельный редуктор»? Конструктивно мотор-редуктор — единый агрегат, двигатель фланцем состыкован с редуктором без муфты и рамы. Это компактнее и точнее по соосности, но двигатель и редуктор подобраны в паре заводом, и произвольно поменять один на другой нельзя.

Когда брать червячный редуктор, а когда цилиндрический? Червячный берут ради компактности и эффекта самоторможения — например, в подъёмных механизмах, где груз не должен проворачивать вал. За это платят КПД 0,7–0,9 и нагревом, поэтому в непрерывном тяжёлом режиме червячный проигрывает цилиндрическому с его 0,96–0,98.

Что будет, если ошибиться с монтажным положением? Редуктор зальют маслом под другое положение, и часть зубчатых зацеплений или верхних подшипников останется без смазки. Результат — задиры и ранний износ. Положение задают в заказе и не меняют на месте без консультации с производителем.

В каталоге есть мотор-редукторы SEW-Eurodrive, NORD и Lenze — три основных ориентира по типоразмерам и монтажным вариантам. Если подбираете аналог на замену снятой позиции SEW, смотрите разбор в статье замена мотор-редукторов SEW.