Люфт редуктора: причины и способы определения
Узнайте, как обнаружить и предотвратить потенциальные неисправности вашего оборудования
В промышленном производстве, где каждая деталь машины играет ключевую роль в бесперебойной и эффективной работе оборудования, вопросы связанные с люфтом промышленного редуктора выходят на первый план. Люфт, невидимый недруг механизмов, может стать причиной серьезных поломок и даже аварий на производстве. В этой статье мы разберемся в основных причинах возникновения люфта в редукторах, а также изучим методы его определения.
Само понятие «люфт» достаточно широкое. И применяется практически к любому оборудованию, включающего в себя отдельные механические элементы, взаимодействующие между собой или элементы оборудования, так или иначе, сопряженных друг с другом.
В широком смысле под люфтом понимается свободное пространство, которое возникает в системе управления, в частности во время вращения механических элементов, связанных между собой общей конструкцией. В русском языке такое понятие образовалось в процессе перевода с немецкого слова «Luft», что с родного языка переводится как воздух.
В зависимости от параметров люфта можно определить, насколько может быть повернут элемент управления, чтобы управляемая система не претерпела любых изменений. Чем больше показатель этой характеристики системы, тем серьезнее необходимо воздействовать на элемент управления, чтобы начать изменения. Например, для легкового автомобиля максимальный размер общего люфта — 10°.
В целом, специалисты характеризуют люфт как нежелательное свойство механической системы. Характерно, что величина люфта возрастает, когда изнашиваются детали механизма.
Но это не значит, что люфт выполняет исключительно отрицательную функцию. В некоторых ситуациях люфт необходим. В качестве примера приведем работу стиральной машины. Для того, чтобы осуществлялся запуск двигателя с небольшим вращающим моментом на старте, необходим 180° люфт между крыльчаткой насоса и ротором.
Так что же с люфтами у редукторов?
В описании основных характеристик всех типов редукторов люфт также занимает не последнее место. В данном случае значение этого параметра указывает на величину мертвого хода у выходного вала всей системы.
Люфт может возникать по разным причинам. В частности, это проектирование с погрешностями, некачественное изготовление устройства, быстрый износ отдельных элементов (зубья у колеса), неправильное использование оборудования по производству зубьев и прочее. Размеры люфта варьируются между 1° и 7°. Этот показатель зависим от нагрузки, которая воздействует на вал. Люфт возрастает, если увеличивается нагрузка.
В ходе увеличения люфта может произойти ошибка системы, поэтому профессионалы обязательно рекомендуют компенсировать данный показатель. Для этого используются специальные фотоимпульсные датчики для микроприводов. Их устанавливают непосредственно на двигатель. Установка на мотор-редуктор не принесет должных результатов. В случае установки на двигатель положение вала на нем будет другим по сравнению с положением вала в редукторе. А параметр отличия и будет составлять размер люфта. Передаточное отношение и разрешающая способность – характеристики датчика, которые отвечают за число импульсов, выпускаемых датчиком.
Если вал вращается в одном направлении, то люфт можно устранить, подействовав нагрузкой на двигатель (вал) до начала работы с ним. Если же Вы работаете с динамичными системами, основанными на вращении вала на несколько сторон, необходимо использовать электронные средства для компенсации люфта. В этом случае применяются сразу два датчика, показания которых постоянно сравниваются. Первый отвечает за работу вала, а второй – редуктора в целом.
Специалисты предлагают контроллеры с программами, которые корректируют ошибки в работе вала. Некоторые компании производят редукторы вовсе без люфтов. Для того, чтобы создать такое устройство, во время производства цилиндрические колеса, сцепленные с остальными колесами, нагружаются. Именно так работает производство подобного оборудования у FAULHABER.
Одним из наиболее популярных типов редукторов сегодня остается цилиндрический. Они применяются, когда необходимо передать вращательное движение. Каталог промышленных мотор-редукторов представлен на нашем сайте.
Особенность данного типа редуктора – зубчатые передачи цилиндрического типа, собственно, от которых и получил название класс редукторов. Нижний вал у цилиндрического редуктора имеет достаточно низкий люфт. За счет этого оборудование характеризуется высокой кинематической точностью. Поэтому редуктор может функционировать и с применением неравномерных нагрузок. То есть оборудование будет работать без сбоев, если часто останавливать и запускать редуктор, то есть воздействовать пульсирующими нагрузками.
В области сервоприводов широко распространено использование коническо-цилиндрических редукторов серии BSF и планетарных серии PSF. Их популярность связана с небольшим угловым люфтом устройств. BSF сделаны из монолита, в стандартной комплектации имеют крепежный фланец В5.
Дополнительно возможно создание отверстий для крепления с нескольких сторон. Выходной вал в таких устройствах может быть полым, цилиндрическим, фланцевым, цилиндрическим со шпонкой.
Серия PSF предусматривает производство 1- или 2-ступенчатых редукторов. Выходной вал может быть фланцевым, со шпонкой или гладким цилиндрическим. Если редуктор применяется для обслуживания систем позиционирования и слежения, малый показатель люфта дает возможность не использовать датчик положения только в работе двигателя, а не выходного механического звена.
Редукторы SEW-EURODRIVE также имеют небольшой угловой люфт. Разработать такой механизм удалось благодаря производству качественной геометрии зацепления, точных деталей, а также специальному механизму сборки.
Показатель люфта у конических и планетарных редукторов серий BSF и PSF колеблется между 4° и 10 °. Точный параметр зависит от конкретного редуктора и значения передаточного числа.
Производители также предлагают люфты со сниженным люфтом (2°-6°). Такое оборудование гораздо медленнее изнашивается, а зубья двигателя существенно прочнее, что сохраняет значение люфта на производственном уровне.
Кроме перечисленных выше преимуществ для такого типа редукторов характерна возможность работы на разных передаточных числах в обширном диапазоне. Передаточные числа 3-100 расположены через небольшие интервалы, поэтому управляющее устройство может без ошибок учитывать эти показатели. Кроме того, редукторы легко обслуживать, а срок их годности увеличивается за счет использования при производстве материалов высокой прочности.
Для отдельных производителей редукторов характерно изготовление стандартных моделей, отличающихся низким люфтом. Чаще всего такие редукторы работают для сервоприводов. Так как сервоприводы не должны быть максимально компактными и высокопрочными.
Для работы с сервоприводами подходят стандартные модели редукторов SEW-EURODRIVE. Производители предлагают ассортимент соосных и плоских цилиндрических, червячных и конических редукторов.
Монтаж синхронных и асинхронных двигателей для сервоприводов осуществляется без использования муфты. Серводвигатель крепится прямо на редуктор. Таким образом, можно расширить сочетания различных приводов, что значительно уменьшает цену всей системы.
Пониженные показатели люфта достигаются путем применения особой системы сборки. Так, люфт на отдельных моделях колеблется между 6° и 14°. Конкретное число зависит от передаточного числа, типа, размера редуктора.
Если говорить обо всех моделях редукторов в целом, то все модификации характеризуются люфтом выходного вала.
Сервоприводы и двигатели Wecon являются важными компонентами в автоматизированных системах управления и робототехнике. Эти высокоточные механизмы служат для контроля положения, скорости и ускорения в различных промышленных приложениях.
Благодаря продуманной конструкции и передовым технологиям производства, сервоприводы Wecon обеспечивают плавное и точное движение механизмов, что крайне важно в сферах, где требуется максимальная надежность и эффективность — от производственных линий до современного оборудования для выполнения сложных задач. Использование инновационных решений в этих сервоприводах позволяет значительно повысить производительность работы оборудования при снижении его износа и расхода энергии, делая Wecon предпочтительным выбором для инженеров по всему миру.
Люфты у различных типов редукторов
| Люфт червячных редукторов | Люфт конических редукторов | Люфт в подшипниковых редукторах | Люфт в соосных и угловых редукторах | Люфт у планетарных редукторов |
| Для червячных передач характерно увеличение люфта параллельно износу системы. Именно поэтому червячные передачи не подходят для работы с системами позиционирования, для которых необходима особая точность работы. А люфт отрицательно воздействует на точность. Однако подбирать редуктор с определенными параметрами люфта необходимо, учитывая конкретные условия работы. Например, соединение вала с винтом хода с малым шагом и необходимой точностью позиционирования +/-1 мм позволяет использовать червячный редуктор. По сравнению с другими редукторами значения люфта у червячного могут быть значительнее. | У редукторов конического типа максимальное и наиболее распространенное значение люфта выходного вала — 10°. Однако специалисты в случае индивидуальных заказов предлагают своим клиентам производство редукторов с люфтом 5-6°. Именно по такому принципу изготавливаются модели редукторов SEW, в которых цельную конструкцию составляют понижающий редуктор и электродвигатель. Выбирать подобный редуктор следует, исходя из особенностей крепления, монтажного пространства и наладки связи с приводом. Пониженный люфт могут иметь стандартные и плоские цилиндрические редукторы, конические, планетарные модели. Такие устройства, например, предлагает компания Spiroplan. | Для подшипниковых редукторов показатель такого параметра, как люфт, напрямую зависит от степени натяга подшипников. Существуют допустимые пределы, которые определяют правильную работу редуктора. В случае чрезмерного натяга подшипники перегреваются, а значит, быстрее изнашиваются и впоследствии могут даже заклинивать. А в результате слишком низкого натяга образуется люфт оси основной шестерни. Тогда в работе системы может наблюдаться быстрое изнашивание зубьев, шум, неправильное взаимодействие деталей. Максимальное значение люфта основной шестерни для правильного функционирования целого устройства – 0,10 мм. Для того, чтобы уменьшить люфт, специалисты делают толщину прокладок под втулкой меньше. |
В паре угловые-соосные редукторы в плане показателя углового люфта выигрывают соосные. У угловых люфт больше, однако их преимущество в компактном сочетании двигателя и редуктора. Для сравнения, при номинальном выходном моменте равном 2000 Нм у соосных редукторов значение люфта колеблется между 1° и 12°, а у угловых – между 2° и 14°. И первый, и второй тип редуктора может иметь одну или две степени. Конкретные изделия также могут отличаться значением параметра углового люфта. Сегодня производятся стандартные редукторы, редукторы с пониженным значением люфта, а также устройства с микролюфтом. Такое оборудование предлагает компания «Арех». Эксплуатировать устройства данных классов можно при температурах -10°С-+900°С. Все редукторы данного производителя имеют стандартизированные выходные фланцы. А переходные плиты от компании-производителя позволяют соединять редукторы с двигателями от других производителей без каких-либо сложностей. |
Для планетарных редукторов характерны малый показатель люфта и высокая точность функционирования. Под маркой «Fine Cyclo» производятся особые приводы с низким люфтом либо с минимальными зазорами, либо без зазоров вовсе. Серия Fine Cyclo характеризуется отсутствием механического зазора. Такая конструкция достигается особым путем сборки: редукторы во время сборки находятся в статусе преднапряжения. Каждый редуктор из серии имеет свои особенности и используются в особых случаях. Небольшим значением люфта отличаются редукторы планетарного типа серий IB и PPG. |
Стандартные модели планетарных редукторов легко соединяются с любыми типовыми двигателями с помощью переходной плиты.
У прецизионных планетарных редукторов, производимых с двумя типами валов: фланцевым со шпонкой и сплошным без шпонки, — максимальное значение люфта достигает 15°. При этом конструкция у такого типа редуктора достаточно компактная. Работа такого редуктора отличается плавной передачей момента и ограниченным, приближающимся к нулю, количеством ошибок.
Среди планетарных редукторов особым спросом пользуются редукторы марки Sumitomo. Они отличаются небольшим моментом инерции, что положительно влияет на динамику работы системы.
Наиболее популярная модель — Sumitomo Drive Technologies. В целом же вся продукция данной марки классифицируется в зависимости от значения крутящего момента и, что особенно ценно, от величины люфта. Крутящий момент делит редукторы на прецизионные планетарно-цевочные и просто на прецизионные планетарные.
Как определить люфт у редуктора?
Прецизионные редукторы необходимы для работы с робототехникой, печатными машинками, медицинским оборудованием, конвейерными системами, линиями розлива, станкостроении, антенным оборудованием. Они применимы в тех ситуациях, когда значение имеет именно ступенчатое движение при учете высокой точности поворотного механизма во время остановок.
У низколюфтовых прецизионных редукторов люфт может быть ниже 1°, 3°, 6°, 15°. Значение люфта зависит от конкретной модели, линейки производства, а также целевого назначения.
Для того, чтобы произвести низколюфтовый редуктор, заказчик применяет сборку селективного типа. При этом используются детали высокой точности из одной партии. После производства проводятся испытания, и редуктор распределяется в поставку с соответствующим значением люфта.
Возможно также производство безлюфтового редуктора, то есть значение люфта приближается к нулю. Для таких редукторов также характерна селективная сборка.
Особенность состоит в том, что они также собираются в состоянии преднапряжения. Это позволяет придать им разные значения жесткости в пределах диапазона, необходимого для правильной работы устройства. У низколюфтовых прецизионных редукторов передача может быть планетарной и планетарно-цевочной. При этом такие редукторы характеризуются высокими показателями передаточных чисел: от 3 до 81.
На рынке низколюфтовых редукторов существует определенная особенность, определяющая конкурентоспособность изделий.
Дело в том, что некоторые производители предлагают прецизионные планетарные редукторы с низким люфтом, повторяющие по своим характеристикам конкурентные модели. Причем, схожесть может быть и в размерах, и в технических характеристиках.
Таким образом производители предлагают своим покупателям заменять оборудование конкурентов без изменений силовых параметров и показателей точности. Как правило, цена на такие устройства существенно ниже, что и подкупает многих заказчиков. Именно по такому принципу осуществляются продажи прецизионных редукторов PPG.
Редукторы с низким люфтом серии Servo 100 в свою комплектацию включают передачу планетарно-цевочного типа в алюминиевом корпусе. Для того, чтобы достичь малых показателей углового люфта, производитель осуществляет сдвиг корпусных частей друг к другу. Передаточные числа у таких редукторов выше, чем у редукторов серии PPG.
Селективная сборка применяется и для производства низколюфтового редуктора Servo 6000. При комплектации из стандартных частей этот тип редуктора отличается высокими рабочими характеристиками и низкой ценой.
Если Вы, выбирая редуктор, в первую очередь обращаете внимание на характеристики привода, то стоит обратить внимание на Fine Cyclo с нулевым люфтом. В рамках серии Fine Cyclo производятся редукторы с различными характеристиками выходных валов. Исполнения выходного вала зависят от необходимой для будущей работы радиальной нагрузки. Именно она через исполнительный орган оказывает влияние на работу редуктора. Редуктор может иметь 1-2 роликовых подшипника конического типа, перекрестно-роликовый подшипник, фланцевую или сплошную конструкцию выходного вала.