Cum să selectați raportul potrivit de reducere a vitezei: un ghid practic pentru ingineri și echipe de achiziții

Raportul de reducere a transmisiei este specificația cea mai influentă într-o selecție a unui motor de viteză sau cutie de viteze. Acesta determină viteza de ieșire, cuplul de ieșire și dacă puterea motorului este convertită eficient în mișcarea mecanică necesară aplicației. Un raport de reducere incorect este una dintre cele mai frecvente cauze ale performanțelor reduse ale motorului de angrenaj în domeniu - motorul și cutia de viteze pot fi perfect fabricate și dimensionate corect pentru putere, dar dacă raportul este greșit, arborele de ieșire fie se rotește prea repede pentru a fi util, fie se rotește prea încet pentru a îndeplini cerințele de timp ciclului aplicației și, în orice caz, cuplul la ieșire este fie prea mare (pierderea energiei) fie prea mare (pierderea de energie) sau prea mare (pierderea de energie).

Pentru inginerii de proiectare care specifică sisteme de antrenare, echipele de echipamente OEM care selectează motoare cu angrenaje standard și echipele de achiziții care lucrează din specificațiile unui inginer, înțelegerea modului în care este definit raportul de reducere, cum se calculează raportul necesar pentru o anumită aplicație și modul în care selecția raportului interacționează cu selecția motorului este cunoștințele practice care previn erorile de specificație și costurile lor în aval. Acest ghid acoperă toate aceste dimensiuni în mod sistematic.

Ce este raportul de reducere a vitezei?

Raportul de reducere a transmisiei (scris și ca raport de reducere, raport de transmisie sau i) este raportul dintre viteza de intrare și viteza de ieșire a unei cutii de viteze sau a unui motor cu angrenaj:

Raport de reducere (i) = Viteza de intrare (RPM) / Viteza de ieșire (RPM)

Un raport de 10:1 înseamnă că arborele de ieșire se rotește cu o zecime din viteza arborelui de intrare (arborele motorului). Un raport de 50:1 înseamnă că arborele de ieșire se rotește la o cincizecime din viteza motorului. Cu cât raportul este mai mare, cu atât cutia de viteze încetinește turația arborelui motorului la ieșire.

Relația complementară cu viteza este cuplul. Într-o cutie de viteze ideală (fără pierderi), puterea este conservată prin reducere: dacă viteza este redusă la jumătate, cuplul este dublat. Din punct de vedere matematic:

Cuplul de ieșire = Cuplul motorului × Raportul de reducere × Eficiența cutiei de viteze (η)

În cazul în care eficiența cutiei de viteze η ține cont de pierderile prin frecare în treptele angrenajului — o cutie de viteze planetară cilindric sau elicoidal bine proiectată poate atinge η = 0,92–0,97 pe treaptă; o treaptă cu angrenaj melcat are pierderi mult mai mari, de obicei η = 0,50–0,85, în funcție de unghiul de avans și raportul. Într-o cutie de viteze cu mai multe trepte, eficiența fiecărei trepte se multiplică: două trepte la 0,95 fiecare dau o eficiență combinată de 0,95 × 0,95 = 0,90.

Cum să calculați raportul de reducere necesar pentru aplicația dvs

Calculul începe cu două mărimi cunoscute: viteza de ieșire necesară a aplicației (în RPM) și viteza nominală a motorului (în RPM). Aceste două valori definesc direct raportul de reducere necesar:

Raportul necesar (i) = Viteza nominală a motorului (RPM) / Viteza de ieșire necesară (RPM)

Exemplu pas cu pas

Luați în considerare un transportor de antrenare care trebuie să se miște cu o viteză a benzii de 0,5 m/s. Rola de antrenare are un diametru de 100 mm (raza = 0,05 m). Motorul luat în considerare este un motor cu angrenaj CC fără perii cu o viteză nominală fără sarcină de 3000 RPM.

Pasul 1: convertiți viteza necesară a benzii la viteza necesară axului rolei (RPM).

Circumferința rolei = 2π × 0,05 m = 0,314 m
RPM necesar arborelui = Viteza curelei / Circumferința = 0,5 m/s ÷ 0,314 m = 1,59 rotații/s × 60 = 95,5 RPM

Pasul 2: Calculați raportul de reducere necesar.

Raportul necesar = 3000 RPM / 95,5 RPM = 31,4

Pasul 3: Selectați cel mai apropiat raport standard.

Rapoartele standard ale motorului cu angrenaj planetar sunt disponibile în pași discreti - rapoartele comune includ 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 80, 100 și combinații ale acestora. Cel mai apropiat raport standard de 31,4 este 30 sau 35 (în funcție de intervalul producătorului). Selectarea raportului 30 oferă viteza de ieșire = 3000/30 = 100 RPM (puțin mai mare decât este necesar - verificați că acest lucru este acceptabil); selectând 35 dă 85,7 RPM (puțin mai mic - verificați și acceptabilitatea). Pentru aplicațiile cu o anumită viteză de ieșire necesară, viteza reală de funcționare a motorului sub sarcină (care este oarecum sub viteza fără sarcină pentru motoarele de curent continuu cu perii) ar trebui utilizată în calcul, mai degrabă decât viteza fără sarcină.

Pasul 4: Verificați că cuplul este suficient.

Calculați cuplul necesar la arborele de ieșire pentru a deplasa sarcina. Dacă cuplul nominal al motorului este T_motor și raportul selectat este 30 cu randament η = 0,95:

Cuplu de ieșire = T_motor × 30 × 0,95

Comparați acest cuplu de ieșire cu cuplul de sarcină necesar. Dacă cuplul de ieșire ≥ cuplul de sarcină necesar cu o marjă de siguranță (de obicei 1,5× până la 2× pentru utilizare intermitentă; 2× până la 3× pentru funcționare continuă sub sarcină de șoc), selecția este validă. Dacă nu, trebuie selectat un motor cu un cuplu nominal mai mare sau un raport mai mare.

Intervalele standard ale raportului de reducere în funcție de tipul de motor angrenaj

Cum afectează raportul de reducere performanța aplicației

Viteza de iesire

Efectul cel mai direct: un raport mai mare înseamnă o viteză de ieșire mai mică. Pentru un motor dat, dublarea raportului reduce la jumătate viteza de ieșire. Aplicațiile care necesită o mișcare precisă cu viteză redusă — actuatoare de supape, acționări solare, agitatoare cu rotație lentă, sisteme de transport cu viteză redusă — necesită rapoarte mari (50:1 până la câteva sute la unu). Aplicațiile care necesită viteză moderată cu multiplicarea cuplului - scule electrice, roți de antrenare AGV la viteza de mers, articulații robotizate - folosesc de obicei rapoarte în intervalul 10:1 până la 50:1.

Cuplul de ieșire

Raport mai mare = cuplu de ieșire mai mare de la același motor, până la limita de cuplu de ieșire nominală a cutiei de viteze. Cutia de viteze are un cuplu nominal maxim de ieșire care nu trebuie depășit, indiferent de ce raport și combinația de motor ar produce teoretic. Dacă cuplul de ieșire calculat (cuplu motor × raport × eficiență) depășește cuplul de ieșire nominal al cutiei de viteze, este necesar un cadru mai mare al cutiei de viteze.

Eficiența sistemului și căldura

Fiecare treaptă de viteză introduce pierderi prin frecare. Un raport ridicat obținut prin mai multe trepte de viteză are o eficiență generală mai scăzută decât același raport obținut în mai puține trepte. Pentru aplicațiile în care eficiența energetică este critică - sisteme alimentate cu baterii precum roboții AGV, dispozitive medicale, echipamente portabile - minimizarea numărului de trepte de viteză și alegerea unei geometrii eficiente a angrenajului (planetar, mai degrabă decât melcat) reduce semnificativ consumul de energie și generarea de căldură.

Reacție

Reacție — the small amount of angular play at the output shaft when the input direction reverses — accumulates across gear stages. A single-stage planetary gearbox may have backlash of 3–5 arc-minutes; a three-stage assembly accumulates backlash from all three stages. For position-critical applications (robotic arms, CNC positioning, camera pan-tilt systems), specifying a precision planetary gearbox with low-backlash helical gear sets reduces position error from backlash to 1–3 arc-minutes or less, compared to 10–20 arc-minutes in standard spur gear designs.

Greșeli frecvente de selecție a raportului și cum să le evitați

Utilizarea vitezei fără sarcină a motorului în locul vitezei încărcate pentru motoarele de curent continuu. Motoarele de curent continuu cu perii și fără perii funcționează la o viteză mai mică sub sarcină decât la gol. Viteza nominală pe o fișă de date a motorului de curent continuu este de obicei viteza fără sarcină; la cuplul nominal, viteza poate fi cu 10-20% mai mică. Utilizarea vitezei fără sarcină pentru a calcula raportul produce un raport puțin mai mare, ceea ce duce la o viteză de ieșire puțin mai mică decât cea prevăzută la sarcina reală. Utilizați viteza la cuplul nominal - sau la cuplul de operare așteptat - pentru calculul raportului pentru a obține o predicție precisă a vitezei de ieșire.

Selectarea unui raport bazat numai pe turație fără a verifica cuplul. Raportul determină atât viteza de ieșire, cât și cuplul de ieșire. Un raport care oferă viteza de ieșire corectă poate fi încă inadecvat dacă cuplul de ieșire este insuficient pentru sarcină. Finalizați întotdeauna atât calculul vitezei, cât și verificarea cuplului înainte de a finaliza selecția raportului.

Ignorarea cuplului maxim de ieșire al cutiei de viteze. Cutia de viteze are o limită mecanică - cuplul maxim de ieșire - pe care dinții și arborii angrenajului sunt proiectați să o reziste. Dacă cuplul de vârf al motorului înmulțit cu raportul depășește această limită, cutia de viteze este expusă riscului de deteriorare în condiții de sarcină de vârf. Verificați dacă cuplul maxim de ieșire al cutiei de viteze (găsit în fișa tehnică a produsului) depășește cuplul de ieșire de vârf calculat cu un factor de siguranță.

Selectarea unui raport prea mare „pentru un cuplu suplimentar”. Creșterea raportului dincolo de ceea ce necesită aplicația risipă intervalul de viteză al motorului și poate muta punctul de funcționare al motorului la o viteză foarte scăzută, unde unele tipuri de motoare (în special motoarele cu inducție cu curent alternativ) funcționează cu eficiență și factor de putere reduse. Potriviți raportul la viteza de ieșire necesară cu o marjă de cuplu adecvată, în loc să maximizați raportul în mod arbitrar.

Selectarea raportului de reducere în funcție de tipul de aplicație

Întrebări frecvente

Pot schimba raportul de reducere pe un motorreductor existent fără a înlocui întreaga unitate?

În majoritatea modelelor standard de motorreductor - în special motoarele cu angrenaje integrale, în care cutia de viteze și motorul sunt o singură unitate etanșată - raportul de reducere este fixat la fabricație și nu poate fi modificat pe teren. Pentru a schimba raportul, trebuie înlocuit motorul complet. În sistemele modulare în care o cutie de viteze separată este flanșată la un motor, cutia de viteze singură poate fi uneori înlocuită cu un raport diferit, păstrând motorul, cu condiția ca dimensiunile arborelui de ieșire ale motorului să corespundă cu intrarea noii cutii de viteze. În aplicațiile în care este necesară o viteză de ieșire variabilă fără modificarea raportului, un controler de motor cu viteză variabilă (invertor pentru motoarele de curent alternativ, driver PWM pentru motoarele de curent continuu) ajustează electronic viteza de intrare a motorului, oferind efectiv o viteză de ieșire variabilă în intervalul de funcționare al motorului.

Care este diferența dintre un raport de transmisie și un raport de reducere?

În uzul obișnuit pentru motoarele cu angrenaje, termenii sunt interschimbabili - ambii se referă la raportul dintre viteza de intrare și viteza de ieșire. În mod strict, „raportul de viteză” se poate referi la raportul numărului de dinți al unei singure perechi de viteze (care poate fi mai mare sau mai mic de 1:1 pentru aplicații de creștere a vitezei, precum și de reducere a vitezei), în timp ce „raportul de reducere” implică în mod specific o reducere a vitezei (ieșire mai lentă decât intrarea, raport mai mare de 1:1). Pentru motoarele cu angrenaje la care puterea este întotdeauna mai mică decât viteza motorului, ambii termeni descriu aceeași valoare și pot fi utilizați interschimbabil în documentele de achiziție și specificații.

Cum afectează raportul de reducere a transmisiei zgomotul și vibrațiile?

Motoarele cu raport mai mare au de obicei mai multe trepte de viteză, fiecare dintre acestea contribuind la zgomotul și vibrațiile angrenajului la frecvența ochiurilor (o funcție de numărul de dinți și viteza arborelui). Design-urile angrenajelor planetare distribuie contactul cu ochiurile dentare pe mai multe angrenaje planetare simultan, ceea ce reduce semnificativ sarcina individuală a dintelui și vibrația rezultată în comparație cu un angrenaj cilindru cu contact cu un singur dinte cu raport echivalent. Pentru aplicațiile sensibile la zgomot — dispozitive medicale, automatizări de birou, aparate de consum — dinții angrenajului elicoidal, care se cuplează progresiv, mai degrabă decât cu un impact brusc, cum ar fi dinții pinten, reduc și mai mult zgomotul și vibrațiile la rapoarte echivalente.

Motoare cu angrenaje cu gama completă de raporturi de la Zhejiang Saiya Intelligent Manufacturing

Zhejiang Saiya Intelligent Manufacturing Co., Ltd. , Deqing, Zhejiang, produce micro-motoare cu angrenaje cu curent alternativ, motoare cu angrenaje cu curent alternativ mici, motoare cu angrenaje cu perii, motoare cu angrenaje fără perii, motoare cu angrenaje planetare și cutii de viteze planetare de precizie cu rapoarte de reducere de la 3:1 la peste 10.000:1. Rapoartele standard și configurațiile personalizate ale raporturilor sunt disponibile pentru toate liniile de produse. Produsele sunt utilizate în sisteme AGV, roboți industriali, automatizare logistică, urmărire fotovoltaică, echipamente medicale și automatizare de precizie pe piețele globale. Dezvoltare OEM și ODM disponibilă pentru specificațiile personalizate ale motorului cu angrenaj.

Contactați-ne cu viteza de ieșire necesară aplicației dvs., cuplul de sarcină, puterea de intrare și ciclul de funcționare pentru a primi o recomandare și o ofertă pentru motorreductor.

Produse înrudite: Motoare cu angrenaje planetare | Cutie de viteze planetară de precizie | Motoare cu angrenaje DC fără perii | Motoare cu angrenaje DC periate | Micromotoare cu angrenaje AC | Motor cu angrenaje AC mic