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 #1
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: 56694
 
Непрочитано 12.06.2012, 11:20
#2
Konimar


 
Регистрация: 03.10.2010
Сообщений: 18


Сдается, что у самотормозящейся передачи КПД в режиме самоторможения равен 0. Соответственно, сдается, все 100 кДж выделятся в виде тепла на редукторе.
Konimar вне форума  
 
Автор темы   Непрочитано 12.06.2012, 11:42
#3
olivru


 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67


Цитата:
Сообщение от Konimar Посмотреть сообщение
Сдается, что у самотормозящейся передачи КПД в режиме самоторможения равен 0. Соответственно, сдается, все 100 кДж выделятся в виде тепла на редукторе.
Общетеоретически то это понятно - закон сохранения энергии нарушиться не может. Но в каком месте конкретно? Работа этой системы на опускание ничем не отличается от подъема. Я бы даже сказал, легче идет. В каком месте пары червяк-шестерня вдруг, при той же скорости вращения червяка, должно начать выделяться больше энергии на трении, чем при подъеме?! Или при вращении кулачка волновой передачи?

КПД, конечно, близок к нулю. Но и применяется он к близкой к нулю развиваемой мощности движка. Т.е.там потери минимальны и двигатель работает почти не расходуя энергию. А вот КПД, применяемый к мощности, развиваемой крутящим моментом опускания груза. Ведь груз в данном случае является основным двигателем. Теоретически понятно, что нагрузки большие и рассеяние должно быть. Но также теоретически понятно, что движения трущихся частей ничем не отличаются от движения этих же частей при подъеме.

Вот, скажем, если при опускании непосредственно к барабану присоеденить жестко электрогенератор, то часть нагрузки примет на себя генератор, а червячная передача станет работать как бы на холостом ходу. Энергия уйдет в генератор. Нагрузки на поверхности зубьев червячной передачи будут значительно ниже и теряться на трении там будет меньше. Тут вроде бы ясно. Но в нашем случае генератор к барабану не присоединен.

Последний раз редактировалось olivru, 12.06.2012 в 12:10.
olivru вне форума  
 
Непрочитано 12.06.2012, 11:51
#4
Солидворкер
Moderator

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


Цитата:
Сообщение от olivru Посмотреть сообщение
Работа этой системы на опускание ничем не отличается от подъема.
Вот именно

Цитата:
Сообщение от olivru Посмотреть сообщение
Я бы даже сказал, легче идет
А я бы так не сказал
Солидворкер вне форума  
 
Автор темы   Непрочитано 12.06.2012, 12:00
#5
olivru


 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67


Цитата:
Сообщение от Солидворкер Посмотреть сообщение
А я бы так не сказал
А как бы сказал? Развей мысль!
olivru вне форума  
 
Непрочитано 12.06.2012, 12:04
#6
Liukk

нестандартное оборудование, Пневмо-Гидро Системы
 
Регистрация: 28.12.2011
СПб
Сообщений: 1,707


куда девается энергия?
1. трение в подшипниках .
2. трение при перекатывании (скольжении в червячных передачах) зубьев друг относительно друга
3. знакопеременный изгиб зубьев колёс и шестерёнок при передаче движения
4. знакопеременный изгиб корпуса, водил и пр. элементнов редуктора.
бог знает чего, что я не предусмотрел, типа изменение размеров отдельных деталей или частей этих деталей при локальном нагреве в месте контакта, например зубьев.
to olivru ну престаньте "изобретать велосипед". Вам нужен редуктор в единственном экземпляре, поэтому выбирайте из готовых -так однозначно дешевле будет.
Для массового производства - тут уже можно поломать голову и сделать нечто уникальное. Причём проектирование этого редуктора должно быть привязано в заводу, который всё это будет изготавливать. Пример: Во время войны танки Т34 изготавливали на наскольких заводах и все они были немного разными! Хотя Вы же понимаете при Сталине отсебятина не допускалась ни при каких условиях. Причина - производства отличались.
Liukk вне форума  
 
Автор темы   Непрочитано 12.06.2012, 12:13
#7
olivru


 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67


Цитата:
Сообщение от Liukk Посмотреть сообщение
1. трение в подшипниках .
2. трение при перекатывании (скольжении в червячных передачах) зубьев друг относительно друга
3. знакопеременный изгиб зубьев колёс и шестерёнок при передаче движения
4. знакопеременный изгиб корпуса, водил и пр. элементнов редуктора.
бог знает чего, что я не предусмотрел, типа изменение размеров отдельных деталей или частей этих деталей при локальном нагреве в месте контакта, например зубьев.
Это так. Только в каком месте из вышеперечисленного при опускании начнет вдруг тратиться больше энергии, чем при подъеме?!
Цитата:
Сообщение от Liukk Посмотреть сообщение
to olivru ну престаньте "изобретать велосипед". Вам нужен редуктор в единственном экземпляре, поэтому выбирайте из готовых -так однозначно дешевле будет.
Для массового производства - тут уже можно поломать голову и сделать нечто уникальное. Причём проектирование этого редуктора должно быть привязано в заводу, который всё это будет изготавливать. Пример: Во время войны танки Т34 изготавливали на наскольких заводах и все они были немного разными! Хотя Вы же понимаете при Сталине отсебятина не допускалась ни при каких условиях. Причина - производства отличались.
Я где нибудь говорил, что речь о штучном производстве? Но прежде чем начинать массовое, нужны понимание, хороший проект и опытный образец.
olivru вне форума  
 
Непрочитано 12.06.2012, 12:32
#8
Солидворкер
Moderator

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


Цитата:
Сообщение от olivru Посмотреть сообщение
Только в каком месте из вышеперечисленного при опускании начнет вдруг тратиться больше энергии, чем при подъеме?!
Почему больше? То меньше, то больше...

Предлагаю, для начала, поразмыслить над предельным случаем: масса груза =0.
Солидворкер вне форума  
 
Автор темы   Непрочитано 12.06.2012, 12:43
#9
olivru


 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67


Цитата:
Сообщение от Солидворкер Посмотреть сообщение
Почему больше? То меньше, то больше...
Больше-меньше - это при изменении положении зубьев в зацеплении? Но где конкретно вдруг сильно больше при опускании, нежели при подъеме
Цитата:
Сообщение от Солидворкер Посмотреть сообщение
Предлагаю, для начала, поразмыслить над предельным случаем: масса груза =0.
Этот случай ничего не даст, т.к. вращение червяка в обоих направлениях потребует одинакового усилия на преодоление трения в ненагруженной системе. Да даже если есть переменные показатели при переходе с зуюа на зуб, можно теоретически рассмотреть бесконечно малый поворот в одну или другую сторону. В одном случае потенц. энергия удет нарастать, в другом - падать

Мне кажется правильнее упростить задачу до школьной задачи по физике.
Груз поднимается посредством вталкивания под него клина, а опускается - посредством вытаскивания, при условии, что трение превышает горизонтальные составляющие нормальной силы на наклонную поверхность от нагрузки. Процессы те же, что в червячной, силы те же. Куда девается энергия, выделяемая опусканием груза при выдергивании клина? ... Хотя нет, эта аналогия, кажется, не подходит. КПД этой схемы ниже 50%, ... нет? Или даже проще рассмотреть грузик, сдвигаемый по наклонной плоскости?

Последний раз редактировалось olivru, 12.06.2012 в 13:32.
olivru вне форума  
 
Непрочитано 12.06.2012, 13:06
#10
Дмитрий Юпатов


 
Регистрация: 05.03.2009
Украина, Запорожье
Сообщений: 606


Цитата:
Сообщение от olivru Посмотреть сообщение
Груз поднимается посредством вталкивания под него клина, а опускается - посредством вытаскивания, при условии, что трение превышает горизонтальные составляющие нормальной силы на наклонную поверхность от нагрузки. Процессы те же, что в червячной, силы те же. Куда девается энергия, выделяемая опусканием груза при выдергивании клина?
При подъеме - на трение в поверхностях + сообщение дополнительной энергии грузу (т.е. на совершение работы по перемещению груза вверх, соотв грузу передается энергия, называемая потенциальной).
При опускании - на трение в поверхностях - накопленная грузом потенциальная энергия (минус потому, что она совершает часть работы по преодолению трения)
Т.е. выдергивать клин из-под груза будет легче, чем вбивать. Хотя в начальный момент (при сдергивании клина с места) этого не будет - трение покоя, однако.
Кстати о редукторе:
Подъем
50кдж - тепло
100 - энергия, перешедшая в груз и ставшая потенциальной.
Опускание:
50кдж - тепло
50кдж - теоретически прилетит на движок для рекуперации.
Практически, поскольку редуктор самотормозящий, все 100 уйдут в тепло на нем(ведь трение на площадке контакта зубьев пропорционально силе, нормальной к площадке. А в обратном направлении (т.е. усилие прилетает от колеса) эта сила будет больше, чем в прямом (угол наклона зубьев не 45град ведь)). Плюс надо еще движком подкручивать червяк, хотя тут уже полная мощность движка не нужна.

Или же я чего-то не того загородил...

Последний раз редактировалось Дмитрий Юпатов, 12.06.2012 в 13:14.
Дмитрий Юпатов вне форума  
 
Автор темы   Непрочитано 12.06.2012, 13:46
#11
olivru


 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67


Рассмотрим грузик на наклонной под углом альфа плоскости. К-т трения покоя и скольжения примем для упрощения одинаковым и равным 1.01 от синуса альфа. Когда толкаем грузик вверх, чтоб сдвинуть, надо приложить силу, равную примерно 2.01 от массы, умноженной на тангенс альфа . Когда вниз - равной 0.01 от массы, умноженной на тангенс альфа. Если сила будет больше - груз начнет двигаться с ускорением.
Каков КПД означенных процессов? А он разный. Я еще не понял, где в червячной передаче рассеивается энергия при опускании. Но однозначно понятно, что рассматривать КПД, как постоянную величину - слишком грубое упрощение. И вдобавок, (чисто теоретически, исходя из закона сохранения энергии и при условии, что в системе не появляется ничего нового при опускании по сравнению с подъемом груза) получается, что самотормозящий редуктор с КПД (под нагрузкой) выше 50% невозможен, иначе он не будет самотормозящим.

Еще начинаю подозревать, что при опускании (на редукторах с кпд выше 50%, но остающихся при этом самотормозящими) в динамике движения появляются некоторые силы, которых не было при поднимании, которые включают (или значительно дополнительно нагружают) дополнительные поверхности трения.

Цитата:
Сообщение от Дмитрий Юпатов
А в обратном направлении (т.е. усилие прилетает от колеса) эта сила будет больше, чем в прямом (угол наклона зубьев не 45град ведь)
Вот это, похоже коренное утверждение (если оно истинно). Обоснуй!

Последний раз редактировалось olivru, 12.06.2012 в 14:09.
olivru вне форума  
 
Непрочитано 12.06.2012, 13:59
#12
Дмитрий Юпатов


 
Регистрация: 05.03.2009
Украина, Запорожье
Сообщений: 606


Цитата:
Сообщение от olivru Посмотреть сообщение
Но однозначно понятно, что рассматривать КПД, как постоянную величину - слишком грубое упрощение
ну вроде как...
не одни мы так считаем:
Цитата:
Сообщение от Konimar Посмотреть сообщение
Сдается, что у самотормозящейся передачи КПД в режиме самоторможения равен 0
Интересная статья: http://reductory.ru/literatura/detal...peredachi.html
и цитата из нее:
Цитата:
Следует учитывать, что, согласно формуле (9.9), КПД самотормозящей передачи мал и всегда меньше 0,5
и еще оттуда же
Цитата:
Если ведущим является колесо, то вследствие изменения направления сил
получают 9,10. При γ^φ, η, = 0 передача движения в обратном направлении (от колеса к червяку) становится невозможной
надо полагать, η - это КПД, который равен 0 при передаче в обратном направлении.
UPD
Цитата:
Вот это, похоже коренное утверждение (если оно истинно). Обоснуй!
не верное в прямом смысле. Имел в виду соотношение угла наклона линии винта и угла трения в пятне контакта зубьев.
Т.е. если предположить, что угол винтовой линии 0 к плоскости, перепендикулярной оси (винт вырождается в набор впадин и выступов кольцевых) то никогда колесо не провернет червяк. Только не придирайтесь, что и червяк не прокрутит колесо, т.к. этот вырожденный червяк вращать можно, а вот колесо застопорено.
И наоборот - при угле 90 к плоскости, перепендикулярной оси (винт вырождается в шлицевой валик), то колесо свободно вращается, а винт застопорен всегда.
Ну при мысленном представлении этих случаев учитываем не только поворот линии червяка, но и то, что в первом случае на колесе линия зубьев параллельна оси колеса, а во втором - перпендикулярна (вроде как и не шестерня вовсе ).
Ну вот как-то так. А вообще в статье куда все более человечески написано.

Последний раз редактировалось Дмитрий Юпатов, 12.06.2012 в 14:26.
Дмитрий Юпатов вне форума  
 
Автор темы   Непрочитано 12.06.2012, 14:19
#13
olivru


 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67


Цитата:
Сообщение от Дмитрий Юпатов Посмотреть сообщение
Интересная статья: http://reductory.ru/literatura/detal...peredachi.html
и цитата из нее:
Цитата:
Следует учитывать, что, согласно формуле (9.9), КПД самотормозящей передачи мал и всегда меньше 0,5
.
Тот же вывод, к которому я пришел через задний вход на примере груза на наклонной плоскости.
Еще там существенное указание на падение сил трения при возрастании линейных скоростей

Однако ж КПД червячных передач доходит до 70%. А волновых - до 90%. Причем, кмк, волновая должна самотормозить даже понадежней червячной. Где там собака порылась?
olivru вне форума  
 
Непрочитано 12.06.2012, 14:30
#14
Дмитрий Юпатов


 
Регистрация: 05.03.2009
Украина, Запорожье
Сообщений: 606


Цитата:
Сообщение от olivru Посмотреть сообщение
Однако ж КПД червячных передач доходит до 70%
а при каких параметрах зацепления? Число заходов, угол подъема винта... Давайте читать полностью: всегда меньше 0,5 для самотормозящихся.
А с волновыми не сталкивался... Нет, ну схему представляю, но живьем не видел.
Дмитрий Юпатов вне форума  
 
Непрочитано 12.06.2012, 14:31
#15
7Александр

инженер технолог строитель
 
Регистрация: 14.02.2010
г. Харьков
Сообщений: 1,379


Вы давно читали Перельмана "Занимательная механика"?
7Александр вне форума  
 
Непрочитано 12.06.2012, 14:39
#16
Дмитрий Юпатов


 
Регистрация: 05.03.2009
Украина, Запорожье
Сообщений: 606


Цитата:
Сообщение от 7Александр Посмотреть сообщение
Вы давно читали Перельмана "Занимательная механика"?
Offtop: ни разу
В контексте темы подозреваю, что начали молоть не то? Поправьте, если не трудно тогда
Дмитрий Юпатов вне форума  
 
Автор темы   Непрочитано 12.06.2012, 14:45
#17
olivru


 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67


Цитата:
Сообщение от 7Александр Посмотреть сообщение
Вы давно читали Перельмана "Занимательная механика"?
"Нехорошо издеваться над убогими!". Возможно, даже, против правил форума. Особенно когда даже без указания автора, к кому это относится и его конкретных цитат, вызвавших критику. Чем бросаться снисходительными фраами, лучше бы конкретика. Ссылочка, номер страницы, строки... Или цитата. Ну хотя бы собственное изложение мысли, а не ярковыраженные апломб и пренебрежение "через губу"

Цитата:
Сообщение от Дмитрий Юпатов Посмотреть сообщение
А вообще в статье куда все более человечески написано.
Может и человечески, но конкретного ответа на вопрос темы я там не нашел
olivru вне форума  
 
Непрочитано 12.06.2012, 14:57
#18
Дмитрий Юпатов


 
Регистрация: 05.03.2009
Украина, Запорожье
Сообщений: 606


Цитата:
Сообщение от olivru Посмотреть сообщение
Может и человечески, но конкретного ответа на вопрос темы я там не нашел
Ну если мы говорим о самотормозящей, то четко сказано, что КПД в обратном направлении = 0. Значит все уйдет в тепло. Ну и на износ деталей.
Ну и потом, к чему это все? На червяке вы рекуперации не получите. Да и не на червяке тоже не слишком вариант: мощности как бы не те. Не забывайте о необходимости установки чего-то вроде реле-регулятора, чтобы при рекуперации движком получать зарядное напряжение и ток определенной величины. Есть ли практический смысл в этом? Не проще ли установить АКБ большей емкости? Да и работы на лебедке производить при работаещем двигателе авто.
Да и электродвигатель, хоть и обратим, но КПД в режиме генератора у него ниже будет, как я помню из курса ТОЭ.

Последний раз редактировалось Дмитрий Юпатов, 12.06.2012 в 15:03.
Дмитрий Юпатов вне форума  
 
Автор темы   Непрочитано 12.06.2012, 14:59
#19
olivru


 
Регистрация: 29.06.2008
Сообщений: 67


Цитата:
Сообщение от Дмитрий Юпатов Посмотреть сообщение
А с волновыми не сталкивался... Нет, ну схему представляю, но живьем не видел.
Там даже по схеме понятно, что ведомый вал ни при каких обстоятельствах не сможет провернуть ведущий. Вот КПД выше 50% уже не столь очевиден из схемы, но источники утверждают, что выше, и даже поднимается к 90%
olivru вне форума  
 
Непрочитано 12.06.2012, 15:00
#20
7Александр

инженер технолог строитель
 
Регистрация: 14.02.2010
г. Харьков
Сообщений: 1,379


Цитата:
Сообщение от olivru Посмотреть сообщение
"Нехорошо издеваться над убогими!". Возможно, даже, против правил форума
На форуме я смог познакомиться с Вашими перлами инженерной мысли.
А мысли где?
7Александр 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