Реклама i
Стань нашим партнером - зарабатывай с нами!
| 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: 56697
 
Непрочитано 12.06.2012, 17:21
#41
ETCartman


 
Регистрация: 09.12.2008
Сообщений: 4,649


Цитата:
Сообщение от olivru Посмотреть сообщение
При опускании двигатель почти ничего не потратит, можно считать 0 (ну может килоджоуль). Зато груз уменьшит свою потенциальную энергию на 100 КДж. .
если опускание идет с постоянной скоростью (а не в свободном падении) то значит что на груз действует сила которая уравновешивает силу тяжести. то есть все в точности также как при подъеме. это следует из закона ньютона между прочим. эта сила также создает момент на валу и при вращении совершается работа. в конечном итоге вся энергия переходит в тепло. разогрев имеет место быть.
ETCartman вне форума  
 
Автор темы   Непрочитано 12.06.2012, 17:29
#42
olivru


 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67


Цитата:
Сообщение от ETCartman Посмотреть сообщение
если опускание идет с постоянной скоростью (а не в свободном падении) то значит что на груз действует сила которая уравновешивает силу тяжести. то есть все в точности также как при подъеме. это следует из закона ньютона между прочим. эта сила также создает момент на валу и при вращении совершается работа. в конечном итоге вся энергия переходит в тепло. разогрев имеет место быть.
С данным фактом не поспоришь. Хочется детальнее понять, на каких именно квадратных миллиметрах поверхностей волнового редуктора идет то на порядок большее, чем при подъеме, трение. Тогда может быть понятнее станет, что можно предпринять, чтобы либо уменьшить то трение, либо эффективнее отводить энергию.

Вот имеем мы движок на 2 КВт. При КПД 0.9 мы наши 2.5 тн сможем поднимать со скоростью около 1 м за четверть минуты. Но вот опускать бы неплохо иной раз со скоростью метр за 2 сек. И мощность позволит, т.к. при опускании то ее почти не требуется. Да вот беда - даже если опускать по метру за 15 сек, греться редуктор будет в 10 раз сильнее, чем при подъеме (согласно закону сохранения). А если в придачу еще и ускориться в 7.5 раз, редуктор будет греться в 75 раз интенсивнее, чем при подъеме. Это реально мощный нагрев. Полтора десятка КВТ. Киловаттная плитка греет так, что не подходи. А тут 15. Хоть тепловую пушку ставь

Последний раз редактировалось olivru, 12.06.2012 в 17:57.
olivru вне форума  
 
Непрочитано 12.06.2012, 17:47
#43
Солидворкер
Moderator

Конструктор (машиностроение)
 
Регистрация: 23.10.2006
Россия
Сообщений: 22,991
<phrase 1=


Цитата:
Сообщение от olivru Посмотреть сообщение
Но вот опускать бы неплохо иной раз со скоростью метр за 2 сек. И мощность позволит, т.к. при опускании то ее почти не требуется. Да вот беда
-асинхронник, сволочь, не хочет вращаться быстрее, чем дает имеющееся количество полюсов... А так ведь все ладненько получалось, отбираем 15 КВт тепла, запускаем обратно на двигатель, а остальными киловаттами запитываем компьютер и принтер и строчим письмо в Парижскую академию наук на предмет ВД.
Солидворкер вне форума  
 
Автор темы   Непрочитано 12.06.2012, 17:55
#44
olivru


 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67


Цитата:
Сообщение от Солидворкер Посмотреть сообщение
-асинхронник, сволочь, не хочет вращаться быстрее, чем дает имеющееся количество полюсов... А так ведь все ладненько получалось, отбираем 15 КВт тепла, запускаем обратно на двигатель, а остальными киловаттами запитываем компьютер и принтер и строчим письмо в Парижскую академию наук на предмет ВД.
Смеяться над бедой изволишь! . Да, не в той вселенной мы родились

А если предметно - конструкции коллекторных движков, способных развивать близкую мощность в широком диапазоне оборотов, сегодня разработаны и выпускаются. Т.е. обеспечить такую затею силовой машиной вполне можно. Вот только как решить проблему отвода больших мощностей (а еще лучше, аккумуляции)?! Особенно когда никто даже не может внятно растолковать, где в волновой передаче с кпд подъема 90% рассеивается энергия при опускании

Крамольная мысль: а если все же волновой редуктор с кпд0.9 не является самотормозящим?! Может нагрузка крутящего момента на жесткую шестерню способна через гибкую придать крутящий момент кулачку на ведущем валу? Тогда все встает на свои места. И высокий КПД легко вписывается в такое предположение, и все остальное.

Мои то познания об этой конструкции чисто теоретические и поверхностные. Да и здесь, похоже, никто живьем такой редуктор не эксплуатировал, не говоря о проектировании.

И ведь еще одна проблема есть - с оборотами двигателя. Даже если найдется объяснение одновременной возможности и высокого КПД и самостопарения. Если даже где то снаружи подвесить к барабану генератор, способный принять 15 квт, то двигатель то , вращаюший эксцентрик, хоть и на холостом ходу, будет крутиться. Если, к примеру передаточное число 100, а барабан крутится со скоростью 60 об\сек, то эксцентрику придется шустрить по гибкой шестерне со скоростью 6000 об\мин, в то время как в штатном режиме на подъем при 2 квт он должен крутиться со скоростью 800 об мин. Не потребует ли это запредельных точностей исполнения и не приведет ли к чрезмерно быстрому усталостному износу гибкой шестерни волновой передачи?

Последний раз редактировалось olivru, 12.06.2012 в 19:09.
olivru вне форума  
 
Непрочитано 12.06.2012, 19:28
#45
Дмитрий Юпатов


 
Регистрация: 05.03.2009
Украина, Запорожье
Сообщений: 606


Цитата:
Сообщение от olivru Посмотреть сообщение
Это, кстати, и ответ ДмитриюЮпатову, зачем нужно к системе городить генератор - через генератор можно по проводам отвести энергию, которую если не на подзарядку, то хоть через кипятильник можно рассеять
Представим себе такой агрегат: генератор, соединенный с редуктором. По вашей логике, если раскручивать генератор и не вешать на него нагрузку, редуктор будет греться шо дурной А с нагрузкой - нет.
Дмитрий Юпатов вне форума  
 
Автор темы   Непрочитано 12.06.2012, 19:55
#46
olivru


 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67


Цитата:
Сообщение от Дмитрий Юпатов Посмотреть сообщение
Представим себе такой агрегат: генератор, соединенный с редуктором. По вашей логике, если раскручивать генератор и не вешать на него нагрузку, редуктор будет греться шо дурной А с нагрузкой - нет.
Да, без нагрузки на генераторе последний не создаст тормозящего момента, будет крутиться легко и в холостую. Но если от него провода пробросить к висящей неподалеку банке с водой, то греться и закипать будет вода (теплоемкость и энергия кипения которой огромны - литра хватит на решение проблемы, а если еще и электролиз воды осуществлять, то и 50 грамм достаточно)

Если генератор примет на себя часть момента с барабана до редуктора, то момент на редукторе уменьшится на соответсвующую величину, а значит и все трущиеся поверхности будут прижиматься к друг другу меньше, силы трения уменьшатся, потери на нагревание - тоже. дело за малым - суметь генератор подсоединить

Последний раз редактировалось olivru, 12.06.2012 в 20:03.
olivru вне форума  
 
Непрочитано 12.06.2012, 21:07
#47
Кулик Алексей aka kpblc
Moderator

LISP, C# (ACAD 200[9,12,13,14])
 
Регистрация: 25.08.2003
С.-Петербург
Сообщений: 39,787


Приходите в норму или тема будет закрыта.
__________________
Моя библиотека lisp-функций
---
Обращение ко мне - на "ты".
Все, что сказано - личное мнение.
Кулик Алексей aka kpblc вне форума  
 
Непрочитано 12.06.2012, 21:16
#48
Konimar


 
Регистрация: 03.10.2010
Сообщений: 18


По моему КПД волнового редуктора упадет в два раза (до 35%) при передаче от медленного вала к быстрому (думаю, что знаю как это можно обосновать). Т.о. на редукторе будет рассеиваться ~70 кДж. Отсюда не далеко и до всех 100 кДж (на которые стоит и рассчитывать).
По моему мощность в виде тепла за счет трения выделится на зубчатом венце.
Konimar вне форума  
 
Автор темы   Непрочитано 12.06.2012, 21:23
#49
olivru


 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67


Цитата:
Сообщение от Konimar Посмотреть сообщение
По моему КПД волнового редуктора упадет в два раза (до 35%) при передаче от медленного вала к быстрому (думаю, что знаю как это можно обосновать). Т.о. на редукторе будет рассеиваться ~70 кДж. Отсюда не далеко и до всех 100 кДж (на которые стоит и рассчитывать).
По моему мощность в виде тепла за счет трения выделится на зубчатом венце.
Интуитивно это понятно, если верить в нерушимость закона сохранения энергии (а я в него верю!) и в то, что редуктор при этом самостопорящий (т.е. не передает часть энергии на вал двигателя, раскручивая его без нагрузки с ускорением). И не 70 КДЖ, а все 111 КДж должны рассеяться на редукторе - больше то негде!

Но хочется понять, в чем именно, в каких конкретно силах и трениях оно проявится. Чем принципиально движения в волновом редукторе при подъеме отличаются от тех же движений при опускании?

Последний раз редактировалось olivru, 12.06.2012 в 21:44.
olivru вне форума  
 
Непрочитано 12.06.2012, 21:51
#50
boson


 
Регистрация: 22.08.2011
Сообщений: 52


Интересная дискуссия, но мне кажется далеко зашли насчет деталей передачи. Должна быть симметрия. Если одинаковая скорость опускания-поднимания, то и механическая работа в обоих случаях одинакова, один и тот же момент на передаче, одно и то же трение. Но только при опускании нулевой уровень потенциальной энергии будет высота, а максимальный отрицательный уровень "пол". Так как можно определить только изменение потенциальной энергии а не ее абсолютное значение, то при поднимании совершиться работа в передаче mgh, а при опускании -mgh
boson вне форума  
 
Непрочитано 12.06.2012, 22:07
#51
Konimar


 
Регистрация: 03.10.2010
Сообщений: 18


Разница в том,работает редуктор в сторону нагрузки и обеспечивает, например, постоянную скорость, или работает в направлении противоположном действию нагрузки.
Konimar вне форума  
 
Непрочитано 12.06.2012, 22:28
#52
sbi


 
Регистрация: 27.04.2008
SPB
Сообщений: 3,285
Отправить сообщение для sbi с помощью Skype™


olivru Вопрос на вопрос. Сколько неверных, вернее глупых, постулатов в Вашем вопросе?
А в заголовке? Лапшу на уши вешаем
А законы термодинамики, куда всё деётся,обсудим "тепловую смерть вселенной"?
__________________
С уважением sbi
sbi вне форума  
 
Автор темы   Непрочитано 12.06.2012, 23:19
#53
olivru


 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67


Вот на этой страничке в конце табличка зависимости КПД волнового редуктора от передаточного числа

8. Коэффициент полезного действия волновых редукторов
i 63 80 100 125 160 200 250 315
КПД 0,83 0,82 0,80 0,78 0,75 0,72 0,70 0,65.
То же не все шоколадно и чем выше передаточное число, тем ниже КПД. Правда все еще выше 50%.

При малом передаточном числе число зубьев ниже, углы зацеплений больше ... Может они и вправду перестают быть самотормозящими при высоких КПД и низких передаточных числах?
olivru вне форума  
 
Непрочитано 13.06.2012, 04:28
#54
ETCartman


 
Регистрация: 09.12.2008
Сообщений: 4,649


Цитата:
Сообщение от olivru Посмотреть сообщение
С данным фактом не поспоришь. Хочется детальнее понять, на каких именно квадратных миллиметрах поверхностей волнового редуктора идет то на порядок большее, чем при подъеме, трение.
а вот у меня встречная задача. есть банка пороха. у нее есть потенциальная химическая энергия, которая при сгорании разгоняет пули, нагревает ствол и т.д. пришел некто и вылил в порох банку воды. вопрос куда девалась потенциальная энергия? реакции то не было - просто порох намок и утерял способность сгорать.
дело в том что никакой потенциальной энергии не существует в реальности. для двигателя который создает усилие F на пути s (момент M на угле поворота phi) совсем не важно - поднимает он тело или опускает. на то закон сохранения энергии и является фундаментальным потому как не важно на каких милиметрах что там происходит.
Изменение потенциальной энергии равно работе и в конечном итоге эта разница переходит в нагрев. А работа в данном случае со знаком минус. дельтапэ = - работа. при подъеме дельтапэ = работа.таки и все.
ETCartman вне форума  
 
Непрочитано 13.06.2012, 06:06
#55
Fogel

люблю мастерить
 
Регистрация: 21.01.2005
Челябинск
Сообщений: 9,897


Хм, о том что потенциальная энергия копится это они помнят, а что кинетическая вовсе не обязана уйти целиком в редуктор это они пропустили. Допустим я начал опускать груз и резко остановил привод, что, у меня масло закипит немедлено? Будет удар, может даже зубья выломает, а лишнее уйдет в пластику каната и стрелы.
P.S. я и не заметил что тут не одна страница и все уже разжевали.
Fogel вне форума  
 
Непрочитано 13.06.2012, 06:13
#56
Serge Krasnikov

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


Праздники прошли, пора спускать на землю

Итак физика 7 класс

1. Когда мы перемещаем груз по горизонтальной поверхности появляется сила трения Ftr=F x f
т.е. сила помноженная на коэффициент трения.

2. Что такое работа
A=F x s
т.е. произведение силы на перемещение

3. Что такое энергия
N= A/t
т.е. Энергия - это работа произведенная в единицу времени

Далее, если у нас редуктор самотормозящийся, то у него сила трения всегда больше силы затраченной на перемещение(раскрутку), т.е. получается что полезный груз в нашей элементарнной схеме просто не сдвинулся т.е. перемещения не было, работа равна нулю, а значит и энергии, которую вы так пытаетесь затратить на трение и разогрев редуктора просто нету
Serge Krasnikov вне форума  
 
Непрочитано 13.06.2012, 07:06
#57
Дмитрий Юпатов


 
Регистрация: 05.03.2009
Украина, Запорожье
Сообщений: 606


Цитата:
Сообщение от Serge Krasnikov Посмотреть сообщение
Далее, если у нас редуктор самотормозящийся, то у него сила трения всегда больше силы затраченной на перемещение(раскрутку)
Та уже проходили. Только через углы трения и подъема винта.
А насчет потенциальной энергии - уже жалею, что применил это понятие в начале... В итоге ТС только запутал.
Дмитрий Юпатов вне форума  
 
Непрочитано 13.06.2012, 07:53
#58
ETCartman


 
Регистрация: 09.12.2008
Сообщений: 4,649


Цитата:
Сообщение от Serge Krasnikov Посмотреть сообщение
я.

2. Что такое работа
A=F x s
т.е. произведение силы на перемещение

3. Что такое энергия
N= A/t
т.е. Энергия - это работа произведенная в единицу времени
:
это мощность
ETCartman вне форума  
 
Непрочитано 13.06.2012, 07:59
#59
Serge Krasnikov

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


Цитата:
Сообщение от ETCartman Посмотреть сообщение
это мощность
Да ты прав, но принципиальной сути моего сообщения не меняет
Механическая энергия и механическая работа в принципе отождествляется
Serge Krasnikov вне форума  
 
Автор темы   Непрочитано 13.06.2012, 14:22
#60
olivru


 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67


Цитата:
Сообщение от ETCartman Посмотреть сообщение
Изменение потенциальной энергии равно работе и в конечном итоге эта разница переходит в нагрев.
С этим никто не спорит. Вопрос в том, как может быть редуктор с кпд выше 50% самотормозящим?! Либо должны появиться какие то принципиальные силы трения против движения, на которые порасходуется энергия, либо прежние (что были при подъеме) должны как то возрасти (и чем ближе КПД был к 100%, тем радикальнее этот рост).

Цитата:
Сообщение от Fogel Посмотреть сообщение
Хм, о том что потенциальная энергия копится это они помнят, а что кинетическая вовсе не обязана уйти целиком в редуктор это они пропустили. Допустим я начал опускать груз и резко остановил привод, что, у меня масло закипит немедлено? Будет удар, может даже зубья выломает, а лишнее уйдет в пластику каната и стрелы.
Конечно, на рывок по преодолению кинетической энергии при торможении разогнавшегося груза энергия уйдет не столько в редуктор, сколько в упругость барабана, троса, самого груза, который тоже деформируется при изменяющейся нагрузке, несущей стрелы и пр. деформирующихся при перегрузках элементов . Но той кинетической почти нет. Ускорение свободного падения достаточно велико. До наших 0.5 м\с (напоминаю, что для 2.5 тн эта скорость соответствует изменению потенциальной энергии груза со скоростью 15 квт) груз разгонится за 1/20 сек, т.е. пройдя в свободном падении путь 5 см. Я именно поэтому для наглядности в примере взял перемещение 2.5 тн на 4 м, а не на 40 см, чтобы заморочками с учетом кинетической можно было совсем пренебречь

Цитата:
Сообщение от Serge Krasnikov
Далее, если у нас редуктор самотормозящийся, то у него сила трения всегда больше силы затраченной на перемещение(раскрутку), т.е. получается что полезный груз в нашей элементарнной схеме просто не сдвинулся т.е. перемещения не было, работа равна нулю, а значит и энергии, которую вы так пытаетесь затратить на трение и разогрев редуктора просто нету
Это да. Подняли - потратили энергию. Остановили - энергия тратиться перестала. Но вот вздумали начать опускать. Груз вниз сам пойидет, его только чуть подтолкнуть, двигатель почти не тратит мощности, можно считать ее равной нулю. Однако на торможение то груза в редукторе тратится столько же энергии, сколько тратилось при подъеме - процесс ничем радикально не изменился, как мне кажется. Значит груз должен начать разгоняться. Если это будет происходить с волновой передачей, кпд к-рой сильно выше 50% - физическая картина возвращается в русло классической механики и законов сохранения. Если нет - надо искать, какие такие силы возникают в районе поверхностей зацепления зубьев, или кулачка эксцентрика, которых не было при подъеме, и которые будут тормозить груз, одновременно преобразовывая потенциальную энергию в тепловую нагрева редуктора (а заодно озаботиться установкой мощного радиатора).
Если таких сил нет, то при опускании груза самоторможения в редукторе будет не достаточно и часть торможения должен на себя принять двигатель, т.е. он должен начать работать в режиме рекуперации.

Чисто теоретически, если кпд редуктора при спуске останется тем же, что и при подъеме, а при подъеме он был, скажем, 80%, то 80 % потенциалтной энергии груза можно рекуперировать, переведя движок в генераторный режим. Часть энергии, как предлагал Солидворкер, пустить на полезное дело (например на подзаряд батареи), а другую - чтоб зажечь прожектор, свет которого возвестил бы в Парижскую академию о том, что законы сохранения по прежнему соблюдаются

Цитата:
Сообщение от Fogel Посмотреть сообщение
P.S. я и не заметил что тут не одна страница и все уже разжевали.
Страниц то много, только беда - никто так и не смог ничего конкретного сообщить. Разными способами много раз объяснили, что самотормозящий редуктор не может иметь КПД выше 50% без какого-то радикального отличия процессов опускания от процессов подъема. Ну так это очевидно и на примере с грузом на наклонной плоскости: Если сила трения > bkb равна силе скатывания, то процесс самотормозящийся, однако, когда мы этот груз толкаем вверх, то меньше половины энгергии уходит собственно в подъем, а именно подъем и есть полезное действие, деля которое на общие энергозатраты мы вычисляем КПД

Отсюда главный вопрос этой темы: как может быть передача с КПД больше 50% самотормозящей?! Или его еще более важный выриант: что происходит в высокоэффективных волновых передачах при опускании в сравнении с подъемом, когда в трение уходит лишь (1-КПД) доля общих затрат энергии? Ответов возможно, по логике, лишь два
1. Они не являются самотормозящими и достаточно лишь слегка стронуть водило с места - оно начнет саморазгоняться (а может и без этого будет разгоняться и тогда нужен дополнительный тормоз)
2. Чем то процесс опускания радикально отличается от подъема и редуктор на спуске начинает сильно перегреваться.

Третий ответ о нарушении закона сохранения энергии, который некоторые тут без обоснования пытаются запрятать в разное словоблудие, не приемлется. Тогда надо выбрать один из двух.

Последний раз редактировалось olivru, 13.06.2012 в 16:20.
olivru 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