| Правила | Регистрация | Пользователи | Поиск | Сообщения за день | Все разделы прочитаны |  Справка по форуму | Файлообменник |

Вернуться   Форум DWG.RU > Отраслевые разделы > Машиностроение > Куда девается энергия в редукторах с большим передаточным числом и высоким КПД?

Куда девается энергия в редукторах с большим передаточным числом и высоким КПД?

Ответ
Поиск в этой теме
Непрочитано 12.06.2012, 10:30
Куда девается энергия в редукторах с большим передаточным числом и высоким КПД?
olivru
 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67

параллельной теме про редуктор меня пинали и переубеждали и наконец, похоже, переубедили, что рекуперировать энергию через редуктор не получится.
Напомню постановку задачи: двигатель лебедки через редуктор с большим передаточным числом вращает барабан, наматывающий\сматывающий трос для поднимания\опускания грузов. Предлагались и червячная, и волновая, и планетарная схемы редукторов с большим передаточным числом. Ясно одно - при столь большом передаточном числе все эти передачи самотормозящие, т.е. даже для опускания нужно, чтоб двигатель хоть немножко расходовал энергии на вращение ведущего вала

Рассмотрим, скажем, червячный с КПД=66%. Поднимается груз в 2.5 тн на высоту 4 м. При этом потенциальная энергия этого груза увеличивается на 100 КДж. Двигатель, натужно вращающий червяк потратит 100/0.66 = 150 КДж, из которых 50 рассеятся в виде тепла на трущихся частях редуктора, а 100 перейдут в потенциальную энергию груза. Все понятно. Теперь решили груз опустить взад. В этом случае движок не напрягается, а лишь чуть-чуть тратит энергии (ну, допустим, 1% от того, что при подъеме, условно можно принять за ноль) на поворот червяка в обратном направлении, ибо его фактически толкает шестерня, жестко связанная с барабаном. На трение в редукторе, по идее, тратится немного меньше энергии, чем при подъеме, т.к. силы направлены немного иначе, чуть энерговыгоднее. Ну пусть даже столько же! Прокрутился червяк с той же скоростью, выделилось тепла не более тех же 50 Кдж. Куда делись оставшиеся 50 КДж?! Систему можно считать условно замкнутой, кроме как в редукторе, энергии теряться негде. Что я в этой задаче понимаю неправильно? На каких элементах системы энергии начинает выделяться при опускании больше, чем при подъеме груза?
В идеальном редукторе со 100% КПД все понятно - параллельно двигателю придется ставить тормоз, в нагревание колодок которого энергия и уйдет. Но самотормозящие передачи на то и самотормозящие, чтобы тормоз был не нужен.

Последний раз редактировалось olivru, 12.06.2012 в 21:17.
Просмотров: 56692
 
Непрочитано 06.08.2014, 20:18
#121
Drunken_Saylor


 
Регистрация: 31.07.2014
Сообщений: 6


Уважаемый Сэр, все сказанное Вами - вокруг да около. Да, близко, но это каждый школьник ассоциативно понимает. Но как объяснить... Вопрос именно в конкретном описании процессов преобразования энергии - что, как и куда девается. И почему. Лично на мой взгляд - элементарно, и столько страниц исписано здесь совершенно зря.
Drunken_Saylor вне форума  
 
Непрочитано 06.08.2014, 20:27
#122
ETCartman


 
Регистрация: 09.12.2008
Сообщений: 4,649


Согласно закону Ньютона - сила это там где ускорение. Если груз опускается равномерно, значит против силы тяжести действует равная сила. Создается она (за вычетом трения и КПД) тормозом который комбинируется с электромотором. Можете поуглить любой gearmotor (Rossi, SEW, тд) - там стандартная опция - движок with brakes/without brakes. Первый чуть длиннее - вот все видимое отличие.
Вот и ответ на вопрос - потерянная энергия просто выделяется с теплом на тормозе, либо через braking resistor. И то же верно и для червячных передач. Фактически при опускании они создают тот же момент/силу - чтобы уравновесить силу тяжести для получения равномерного движения. И никакой разницы с энергетической и силовой точки зрения нет. Когда идет вверх - мотор уравновешивает G, когда вниз -то же самое
Вот если бы лифт падал равноускоренно, тогда бы "потерянная" энергия стала бы кинетической

Последний раз редактировалось ETCartman, 07.08.2014 в 05:48.
ETCartman вне форума  
 
Непрочитано 07.08.2014, 06:04
#123
Fogel

люблю мастерить
 
Регистрация: 21.01.2005
Челябинск
Сообщений: 9,896


Кран это не машина на дороге где можно тормоза чуть придавить и держать скорость на спуске. На кране тормоз или держит "намертво" или не мешает работе.
Фигню тут обсуждают. Все же идет из разложения сил на зубе - на спуске с самотормозящим редуктором двигатель преодолевает разницу между углом подъема зуба и силой трения (тоесть практически может крутиться вхолостую) и вся энергия выделяется в зубчатом зацеплении на трении. А вот когда тормоз в конце сработает, почти вся энергия выделится вовсе не на колодках (речь идет о червячнике! по большому счету там выделится энергия запасенная маховой массой ротора движка), а уйдет на деформацию каната и моста.
Это сродни вопросу куда девается энергия в повешеном - там даже тормоза нет.
Fogel вне форума  
 
Непрочитано 07.08.2014, 18:32
#124
ETCartman


 
Регистрация: 09.12.2008
Сообщений: 4,649


Тут по моему ключевой момент для понимания - в математике. Равномерное поднятие и опускание груза с точки зрения приложенных сил эквивиалентны (drive force вверх для уравновешивания силы тяжести)
Если на тело не дейтствуют силы (или они уравновешены) - оно может находиться в покое или двигаться прямолинейно и равномерно. То есть разницы между покоем и равномерным движением физически нет.
ETCartman вне форума  
 
Непрочитано 08.08.2014, 00:33
#125
Drunken_Saylor


 
Регистрация: 31.07.2014
Сообщений: 6


просто следует учесть, что червячный редуктор не симметричен, для преодоления его самоторможения требуется в любом случае вращать червяк, даже при спуске груза, просто при спуске груза требуемый на червяке момент будет куда меньше.
Соответственно и двигатель будет потреблять куда меньше энергии, работая почти вхолостую. (надеюсь здесь все знают о взаимосвязи момента на валу двигателя и скоростью его вращения)

Вся потенциальная энергия груза выделится в виде тепла на редукторе, кроме того, и работа, совершенная двигателем при спуске выделится в виде тепла на том же редукторе.

Принципиально это можно смоделировать как простое втаскивание груза по слабо наклонной плоскости и последующее стаскивание вниз.
Естественно, что для стаскивания вниз тоже придется прилагать энергию (принципиально - то же самое самоторможение), и в результате вся энергия выделится в виде тепла на трущихся поверхностях.

Для шестеренчатого редуктора, не обладающего самоторможением, неизбежна ситуация, когда опускающийся груз раскрутит двигатель до оборотов, превышающих частоту вращения его магнитного поля, то двигатель начнет работать как тормоз! Если, конечно, это асинхронный двигатель.

Двигатель с последовательным или параллельным возбуждением с ростом оборотов будет только снижать собственный момент до нуля (в теории), то бишь такая система склонна к неограниченному разгону.
Drunken_Saylor вне форума  
 
Непрочитано 08.08.2014, 00:46
#126
ETCartman


 
Регистрация: 09.12.2008
Сообщений: 4,649


на редукторе выделится часть равная его КПД. Червячный вообще работает в одну сторону и стопорит в другую (так что его движок должен равномерно вращать). шестеренчатый может только мотор с тормозом тормозить - без него все улетит с ускорением.
Но это уже технические детали. По существу - да. Равномерно - значит сила. Сила на перемещение - значит работа. Ничего нового, никаких великих открытий и темных материй
ETCartman вне форума  
 
Непрочитано 10.08.2014, 20:24
#127
Drunken_Saylor


 
Регистрация: 31.07.2014
Сообщений: 6


вопрос был именно - по спуску, если я не ошибаюсь.
при спуске на червячном редукторе выделится 100% энергии спускаемого груза+еще немного тепла от работы мотора по преодолению трения самоторможения.

на шестеренчатом, еще раз вдумайтесь, асинхронник при превышении его n0 начинает работать как тормоз. при превышении вдвое - выдаст противодействующий момент равный рабочему моменту. Правда ток будет жуткий и все сгорит. Но теоретически - возможен спуск со скоростью примерно вдвое большей, чем скорость подъема.
Drunken_Saylor вне форума  
 
Непрочитано 10.08.2014, 23:53
#128
ETCartman


 
Регистрация: 09.12.2008
Сообщений: 4,649


Вопрос был по моему более общий - по преобразованию энергии и работы в энергию в процессе подъема - опускания. То какой там тип двигателя или какие тормоза - вторично. В 8м классе раньше решали такие качественные задачки - типа куда девалась энергия и так далее.
Вообще закон сохранения энегрии - то что делает физику наукой а не просто собранием разных эмпирических фактов и формул. У вас механическая работа например может перетекать в тепловую энергию, а энергия химических реакций - совершать работу, джоули и там и тут. И естетственно = закон сохранения энергии и вообще энергетические подходы - это базис для всех прочих расчетов. От химических, до тепловых и прочностных, например даже метод конечного элемента или формула Мора имеют ясное обоснование с точки зрения виртуальной работы.
Вот гражданин в непонятках - куда девается энергия в данном случае. То есть он понимает, что уравнение должно соблюдаться, и куда то оно девается непременно.
ETCartman вне форума  
 
Непрочитано 11.08.2014, 05:53
#129
Serge Krasnikov

Конструктор, инженер-механик на пенсии
 
Регистрация: 03.10.2003
Новосибирск
Сообщений: 6,953


Цитата:
Сообщение от ETCartman Посмотреть сообщение
Вопрос был по моему более общий - по преобразованию энергии и работы в энергию в процессе подъема - опускания. То какой там тип двигателя или какие тормоза - вторично. В 8м классе раньше решали такие качественные задачки - типа куда девалась энергия и так далее.
Итак, чего же хотел автор
Цитата:
Сообщение от olivru Посмотреть сообщение
Напомню постановку задачи: двигатель лебедки через редуктор с большим передаточным числом вращает барабан, наматывающий\сматывающий трос для поднимания\опускания грузов. Предлагались и червячная, и волновая, и планетарная схемы редукторов с большим передаточным числом.
Сторонники "чистой энергетической теории" не рассматривают связку двигатель-редуктор и у них начинают синим пламенем гореть электродвигатели
Цитата:
Сообщение от Drunken_Saylor Посмотреть сообщение
на шестеренчатом, еще раз вдумайтесь, асинхронник при превышении его n0 начинает работать как тормоз. при превышении вдвое - выдаст противодействующий момент равный рабочему моменту. Правда ток будет жуткий и все сгорит.
Тем не менее все гораздо проще, здесь уже не раз приводилось, в той или оной мере, соотношение передаточного числа к коэффициенту трения, ну дык вот если передаточное число "очень большое" как испрашивает автор, груз никогда сам не опустится и на преодоление сил трения нужно будет затрачивать некоторую работу, т.е. в режим генерации двигатель никогда не выйдет.
Собственно говоря это и пытались доказать уже на семи страницах форума, но как говорят, все приходЮт новые, новые... и новые.
Serge Krasnikov вне форума  
 
Непрочитано 11.08.2014, 07:27
#130
Drunken_Saylor


 
Регистрация: 31.07.2014
Сообщений: 6


Цитата:
Сообщение от ETCartman Посмотреть сообщение
Вопрос был по моему более общий - по преобразованию энергии и работы в энергию в процессе подъема - опускания. То какой там тип двигателя или какие тормоза - вторично. В 8м классе раньше решали такие качественные задачки - типа куда девалась энергия и так далее.
это так нетрудно - заглянуть в начало темы:
Рассмотрим, скажем, червячный с КПД=66%. Поднимается груз в 2.5 тн на высоту 4 м. При этом потенциальная энергия этого груза увеличивается на 100 КДж. Двигатель, натужно вращающий червяк потратит 100/0.66 = 150 КДж, из которых 50 рассеятся в виде тепла на трущихся частях редуктора, а 100 перейдут в потенциальную энергию груза. Все понятно. Теперь решили груз опустить взад. В этом случае движок не напрягается, а лишь чуть-чуть тратит энергии (ну, допустим, 1% от того, что при подъеме, условно можно принять за ноль) на поворот червяка в обратном направлении, ибо его фактически толкает шестерня, жестко связанная с барабаном. На трение в редукторе, по идее, тратится немного меньше энергии, чем при подъеме, т.к. силы направлены немного иначе, чуть энерговыгоднее. Ну пусть даже столько же! Прокрутился червяк с той же скоростью, выделилось тепла не более тех же 50 Кдж. Куда делись оставшиеся 50 КДж?! Систему можно считать условно замкнутой, кроме как в редукторе, энергии теряться негде. Что я в этой задаче понимаю неправильно? На каких элементах системы энергии начинает выделяться при опускании больше, чем при подъеме груза?

----- добавлено через ~25 мин. -----
Цитата:
Сообщение от Serge Krasnikov Посмотреть сообщение
Тем не менее все гораздо проще, здесь уже не раз приводилось, в той или оной мере, соотношение передаточного числа к коэффициенту трения, ну дык вот если передаточное число "очень большое" как испрашивает автор, груз никогда сам не опустится и на преодоление сил трения нужно будет затрачивать некоторую работу, т.е. в режим генерации двигатель никогда не выйдет.
в этом утверждении есть одно слабое место - Ваше *если*.

----- добавлено через ~28 мин. -----
меня больше всего забавляет ситуация со спуском на червячном редукторе, джентльмены.

и еще тот факт, что все что-то пытаются доказать, но ответа никто не дал до сих пор.
Drunken_Saylor вне форума  
 
Непрочитано 11.08.2014, 08:41
#131
Serge Krasnikov

Конструктор, инженер-механик на пенсии
 
Регистрация: 03.10.2003
Новосибирск
Сообщений: 6,953


Цитата:
Сообщение от Drunken_Saylor Посмотреть сообщение
Прокрутился червяк с той же скоростью, выделилось тепла не более тех же 50 Кдж. Куда делись оставшиеся 50 КДж?!
Никуда они не делись, просто это работа которую вы так упорно ищете не была произведена
Serge Krasnikov вне форума  
 
Непрочитано 11.08.2014, 08:48
#132
Fogel

люблю мастерить
 
Регистрация: 21.01.2005
Челябинск
Сообщений: 9,896


Раз прозвучало заявление что движок на опускании тратит силы "чуть-чуть" то КПД редуктора вовсе не 66% а 50, бо выходит что сила трения равна равнодйствующей окружного усилия на косинус угла наклона зуба.
Если же КПД 66%, то двигателю и на спуске придется преодолевать силу трения (разницу между трением и равнодействующей) и таким образом ничего и никуда не девается.
Fogel вне форума  
 
Непрочитано 11.08.2014, 09:55
#133
Pavel_V

Снова в деле
 
Регистрация: 22.10.2010
Челябинск
Сообщений: 7,814


Всю тему не читал, но могу предположить, что на больших скоростях вращения часть энергии уходит через редуктор на двигатель, а в нем уже часть рассеивается, а двигатель переходит в режим генерации и часть энергии уходит в сеть.
Т.е. энергия из сети сначала тратится на раскрутку из положения покоя, а потом энергия начинает идти в другую сторону - на двигатель. Никакого криминала не вижу. Если есть возможность, можно проверить электрическую мощность двигателя (ее направление), чтобы все сомнения снять.
Pavel_V вне форума  
 
Непрочитано 11.08.2014, 10:26
#134
Fogel

люблю мастерить
 
Регистрация: 21.01.2005
Челябинск
Сообщений: 9,896


Pavel_V, это справедливо для несамотормозящихся редукторов - часть энергии за вычетом КПД возвращается в электросеть и спуск происходит быстрее подъема на два 'S' (а не в два раза) бо скольжение идет в другую сторону (для асинхроников).
Для червячников можно зрительно представить что угол подъема зуба... нулевой - движок тратит энергию и на подъем и на спуск одинаково, прочее это уже промежуточные варианты - многозаходные червяки приближаются по КПД к обычным зубчатым передачам и не самотормозящие.
Наиболее близкий пример это веревка перекинутая через сук и с подвешеным грузом. При некотором числе витков на суке, груз перестанет соскальзывать и веревку надо будет даже подталкивать, чтобы она "пошла". В любом разе энергия потребуется и от того кто тащит/толкает и выделяться она будет в точке перекидывания через сук.
Fogel вне форума  
 
Непрочитано 11.08.2014, 11:54
#135
Pavel_V

Снова в деле
 
Регистрация: 22.10.2010
Челябинск
Сообщений: 7,814


Цитата:
Сообщение от Fogel Посмотреть сообщение
Для червячников можно зрительно представить что угол подъема зуба... нулевой - движок тратит энергию и на подъем и на спуск одинаково
Что-то сомнительно. Проверить надо.
Ну и то, что после окончания спуска при торможении выделится куча энергии в том механизме, который осуществляет торможение, учесть надо.
Pavel_V вне форума  
 
Непрочитано 11.08.2014, 12:29
#136
Fogel

люблю мастерить
 
Регистрация: 21.01.2005
Челябинск
Сообщений: 9,896


Думаю что в этой задаче разгон и торможение учитывать не стоит, только устоявшийся участок движения А энергия торможения выделится не на тормозе (почти мгновенно "схватит" барабан), а в канате и мосте крана в виде упругих деформаций.
Fogel вне форума  
 
Непрочитано 18.01.2016, 15:54
#137
Oldnick

ПОС
 
Регистрация: 12.01.2016
Новосиб
Сообщений: 4


Цитата:
Сообщение от olivru Посмотреть сообщение
Куда делись оставшиеся 50 КДж?!
А Вы не пробовали замерить потребляемую электродвигателем мощность в режиме подъема, а потом в режиме опускания?
Не... Ну можно еще предположить, что энергия накапливается в самом грузе, а при расстроповке он каааааак бухнется о земь!
Oldnick вне форума  
 
Непрочитано 18.01.2016, 16:25
#138
ratay


 
Регистрация: 25.05.2015
Сообщений: 646


Скучно людям, понимаю.
ratay вне форума  
 
Непрочитано 19.01.2016, 05:43
#139
Fogel

люблю мастерить
 
Регистрация: 21.01.2005
Челябинск
Сообщений: 9,896


Цитата:
Сообщение от Oldnick Посмотреть сообщение
Не... Ну можно еще предположить, что энергия накапливается в самом грузе, а при расстроповке он каааааак бухнется о земь!
Вы знали, знали! Энергия накапливается именно в грузе Эх, сколько эту тему еще можно флудить...
Fogel вне форума  
 
Непрочитано 19.01.2016, 21:05
#140
ETCartman


 
Регистрация: 09.12.2008
Сообщений: 4,649


В редукторе энергия тратится на трение=> нагрев масла. А ваши грузы и противовесы кстати тоже имеют свой КПД и довольно низкий в результате
ETCartman вне форума  
Ответ
Вернуться   Форум DWG.RU > Отраслевые разделы > Машиностроение > Куда девается энергия в редукторах с большим передаточным числом и высоким КПД?

Размещение рекламы
Опции темы Поиск в этой теме
Поиск в этой теме:

Расширенный поиск


Похожие темы
Тема Автор Раздел Ответов Последнее сообщение
Куда жаловаться на незаконно начатые работы по сносу в Санкт-Петербурге Tyhig Прочее. Архитектура и строительство 41 23.01.2015 18:00
Куда направлен крутящий момент при натяжении каната при левой свивке Tyhig Машиностроение 21 14.03.2013 18:23
Неясности «потенциальная энергия при сдвиге и изгибе» eugenmax Разное 5 16.02.2011 22:41
Куда уходит бетон? Бабушкин Дмитрий Железобетонные конструкции 21 08.12.2010 08:26
ExpressTools куда девается? tusiko AutoCAD 15 12.10.2007 12:58