Червячная передача Терморегулирование — Расчет температуры равновесия, определение теплового предела и определение параметров охлаждения

Максимальная безопасная рабочая температура определяется тремя одновременно действующими пределами, при этом определяющим является наименьший из них. Во-первых, предел термической стабильности смазочного материала: минеральное масло начинает быстро окисляться при температуре выше 70 °C; синтетическое масло на основе полиальфаолефинов (PAO) стабильно примерно до 100 °C; масла на основе сложных эфиров стабильны до 110-120 °C. Во-вторых, предел температуры эластомера уплотнения: стандартные уплотнения из нитрида каучука (NBR) работают непрерывно при температуре до 100 °C; уплотнения из фторкаучука (Viton) — до 150 °C. В-третьих, предел температуры бронзового колеса: длительное воздействие температур выше 150 °C может привести к отжигу холоднодеформированного поверхностного слоя колеса из оловянной бронзы, снижая твердость поверхности и ускоряя износ. На практике предел термической стабильности смазочного материала является определяющим для минерального масла (70 °C), а синтетическое масло на основе полиальфаолефинов (PAO) позволяет работать при температуре примерно до 100 °C. Целевая максимальная температура поверхности корпуса 70 °C подходит для минерального масла и 85 °C для масла на основе полиальфаолефинов (PAO) при непрерывной промышленной эксплуатации.

Для применений с сезонными колебаниями температуры правильный подход заключается в том, чтобы выбирать привод с учетом наихудшего летнего сценария и не добавлять сезонные системы охлаждения, требующие сезонного обслуживания. Варианты: (1) перейти на синтетическое масло PAO, которое снижает рабочую температуру на 8-15 градусов Цельсия — это может снизить пиковую летнюю температуру в 82 градуса до 68-74 градусов Цельсия, что находится в допустимом диапазоне; (2) выбрать систему принудительного воздушного охлаждения (осевой вентилятор на корпусе), которую можно оставлять работать круглый год без сезонного вмешательства; (3) если привод находится в машинном отделении, рассмотреть возможность улучшения летней вентиляции — повышение температуры окружающей среды с 35 градусов Цельсия до 28 градусов Цельсия имеет тот же эффект, что и добавление 7 градусов Цельсия охлаждения привода. Сезонно переключаемая система охлаждения (охлаждение только летом) требует надежной работы и обслуживания, и если она выходит из строя летом, привод выходит из строя.

Снижение вязкости уменьшает составляющую трения, связанную с вязкостным сопротивлением, что может незначительно снизить рабочую температуру — однако этот эффект является вторичным по отношению к эффекту толщины смазочной пленки. Если вязкость слишком низкая, электрогидродинамическая пленка в зоне контакта сетки становится недостаточной, и трение граничной смазки увеличивается, потенциально повышая рабочую температуру выше той, которая достигалась при использовании масла с более высокой вязкостью. Правильный подход: указать минимальный класс вязкости, обеспечивающий адекватную электрогидродинамическую пленку при рабочей температуре, и перейти на полиальфаолефины (с высоким индексом вязкости) вместо масла с более низким индексом вязкости, чтобы получить преимущество в стабильности вязкости без уменьшения толщины пленки. Правильный минимальный класс вязкости при рабочей температуре: 60-120 сСт в зависимости от скорости скольжения и модуля. Не следует снижать класс вязкости ниже минимального, необходимого для образования пленки.

Компания Korea Ever-Power может предоставить оценку теплового анализа для новых конструкций машин на основе следующих параметров: потребляемая мощность (кВт или Вт), частота вращения червячного вала (об/мин), передаточное число и количество пусков (для расчета КПД), диапазон температур окружающей среды (минимальная и максимальная), рабочий цикл (часы в сутки, коэффициент нагрузки во время работы) и конфигурация корпуса (закрытый или полузакрытый, ориентация при монтаже). На основе этих параметров Korea Ever-Power рассчитывает расчетный КПД, тепловыделение при номинальной мощности и определяет, находится ли привод в пределах допустимых температур для естественной конвекции или требует принудительного охлаждения. Этот анализ предоставляется бесплатно в рамках подтверждения технических характеристик новых конструкций приводов. Для включения анализа в коммерческое предложение необходимо указать параметры при первоначальном запросе.

Это эффект завершения обкатки. В течение первых 50-100 часов работы боковые поверхности зубьев прилегают друг к другу — микронеровности подвергаются холодной обработке, и площадь контакта увеличивается в направлении расчетной геометрии полного контакта. В этот период трение в зацеплении немного выше расчетного значения в установившемся режиме, но этот эффект частично маскируется тем фактом, что в обкаточное масло (если в нем накопились продукты износа) добавлены твердые частицы, которые немного увеличивают эффективную вязкость. При замене обкаточного масла на свежее чистое масло вязкость восстанавливается до требуемого класса, который может быть немного ниже, чем у обкаточного масла, загущенного продуктами износа, что приводит к немного меньшей толщине вязкой пленки и незначительному увеличению трения. Это переходный эффект, который исчезает в течение 10-20 часов работы по мере распределения свежего масла и стабилизации геометрии контакта.

Да, с достаточной точностью. Измерьте: температуру поверхности корпуса T_housing, температуру окружающей среды T_ambient, входную мощность двигателя P_input (из расчета тока двигателя x напряжения x коэффициента мощности). Рассчитайте: Q_loss = P_input x (1 – η) = h x A x (T_housing – T_ambient). Используя площадь поверхности корпуса A (оцениваемую по размерам корпуса) и коэффициент естественной конвекции h (оцениваемый как 10-15 Вт/м²К для естественной конвекции, 25-40 Вт/м²К для принудительной воздушной конвекции), найдите η: η = 1 – h x A x (T_housing – T_ambient) / P_input. Этот метод обеспечивает точность +/- 5-10 процентных пунктов для установившегося режима работы и дает полезное представление о том, находится ли КПД в пределах ожидаемого диапазона для технических характеристик привода.

Для привода в закрытом корпусе варианты реализации, в порядке простоты: (1) добавить в корпус вентиляционные отверстия с фильтрующими крышками (обеспечивая контакт окружающего воздуха с корпусом); (2) добавить небольшой осевой вентилятор внутри корпуса для циркуляции воздуха над поверхностью корпуса (низкое энергопотребление, низкий уровень шума, эффективен при умеренных тепловых нагрузках); (3) добавить в корпус теплообменную панель (доведение внутренней температуры корпуса до температуры окружающей среды); (4) установить червячный редуктор снаружи корпуса на внешней стенке, где он будет непосредственно контактировать с окружающим воздухом. Для приводов в термокритичных шкафах наиболее надежным подходом является использование закрытого червячного редуктора со встроенной системой терморегулирования — конструкция корпуса редуктора учитывает закрытую установку.

Номинальная механическая мощность — это максимальный крутящий момент/мощность, которую может передавать редуктор без механических повреждений (излом зубьев, задиры, точечная усталость). Номинальная тепловая мощность — это максимальная мощность, которую привод может передавать непрерывно, поддерживая температуру корпуса ниже предельной температуры смазки при заданных условиях окружающей среды. Для стандартных червячных редукторов с типичными передаточными числами номинальная тепловая мощность часто ниже номинальной механической мощности, что означает, что привод достигает своего теплового предела раньше, чем механического предела при непрерывной работе. Прерывистый режим работы (когда рабочий цикл позволяет корпусу охлаждаться в периоды холостого хода) позволяет работать выше номинальной тепловой мощности при непрерывной работе, поскольку среднее по времени тепловыделение ниже пикового мгновенного тепловыделения. Номинальную тепловую мощность для червячных редукторов непрерывного действия всегда следует проверять наряду с номинальным механическим крутящим моментом.