Может ли червячный редуктор NMRV затормозить сам?

Нет — и в первую очередь не как аварийный тормоз.

У червячных редукторов NMRV обычно есть склонность к самоторможению, но склонность — не то же самое, что тормоз. Держится она на соотношении угла подъёма винтовой линии и угла трения, а на них влияют смазка, вибрация, направление и величина нагрузки, износ и температура — всё это в работе меняется. Отсюда разграничение, которое нельзя смягчать: самоторможение «может выполняться при некоторых условиях»; требование безопасности «должно выполняться при всех».

Первое — вероятность, второе — необходимость, и одно другое не заменяет: вероятность не заменяет гарантию. Там, где есть люди под грузом, подвешенный груз или риск падения, нужен независимый тормоз, ограничители и предохранительные устройства.

1. Карточка выводов

2. Механизм: λ и ρ

Условие самоторможения червячной передачи записывается одним неравенством:

λ ≤ ρ

λ — угол подъёма винтовой линии, ρ — угол трения. Угол трения задаётся коэффициентом трения:

ρ = arctan(μ)

μ — коэффициент трения; результат arctan и ρ — величины угловые.

Смысл неравенства прямой: обратное вращение от колеса к червяку становится возможным только тогда, когда угол подъёма винтовой линии превысил угол трения. Пока угол подъёма меньше угла трения, передача сама себя не раскручивает. Разница между двумя углами и есть весь запас, на котором держится свойство, — а запас этот задан геометрией и состоянием контакта, а не паспортом изделия.

Сам угол подъёма определяется геометрией червяка:

tan λ = z₁ / q

z₁ — число заходов червяка, q — коэффициент диаметра.

Отсюда видно, какая конструктивная величина управляет склонностью к самоторможению: число заходов. Всё остальное в неравенстве — состояние поверхности, смазка, температура — в процессе работы не стоит на месте.

3. Число заходов определяет склонность

Из формулы угла подъёма следует прямо: чем больше заходов, тем больше угол подъёма и тем труднее выполнить условие самоторможения.

Так объясняется происхождение распространённого заблуждения: опыт одного исполнения переносят на всю серию NMRV. Одно-, двух- и трёхзаходные исполнения различаются по углу подъёма принципиально, а не поправкой к расчёту; многозаходные варианты проектируются в сторону КПД, а не в сторону самоторможения. Ждать от них самоторможения — ошибка в самом направлении расчёта, а не в допуске.

4. Самоторможение и КПД взаимно исключают друг друга

КПД червячной передачи записывается так:

η = tan λ / tan(λ + ρ)

η — КПД передачи.

Из этой записи следует вещь сугубо практическая: чем меньше `λ`, тем ниже КПД. А самоторможение требует именно малого λ. Значит:

Самоторможение и высокий КПД геометрически конфликтуют. Хотите самоторможение — принимайте низкий КПД. Хотите КПД — ослабляете самоторможение.

Поэтому запрос «нужен червячный редуктор, одновременно экономичный и надёжно самотормозящий» сам по себе невыполним: его части тянут геометрию в противоположные стороны. Если самоторможение действительно нужно конструкции, платой становятся нагрев и расход энергии — тепловой баланс придётся считать заново. Если важнее КПД, то на самоторможение тем более нельзя рассчитывать.

Это и есть физическая причина, по которой самоторможение не годится в качестве функции безопасности: функция безопасности не должна опираться на параметр, который находится в прямом конфликте с КПД и потому постоянно выдавливается проектным давлением в сторону, противоположную безопасности.

5. Шесть условий, при которых самоторможение перестаёт выполняться

Даже если условие λ ≤ ρ выполнено на момент выпуска, следующие шесть условий способны его снять.

Обратите внимание: первые пять пунктов — это то, что меняется в работе. Именно поэтому фраза «у меня этот стоит» означает лишь «стоял в такой-то момент при таком-то состоянии», а не «будет стоять всегда».

Отдельно про смазку, потому что здесь всё наоборот интуиции: при ухудшении смазки склонность к самоторможению усиливается, ведь трение растёт. Это не хорошая новость. Такой режим означает, что пара работает в условиях сухого или граничного трения, а вместе с ним ускоряются износ и нагрев. «Самоторможение из-за плохой смазки» — опасное совпадение, а не основание для проектного решения.

6. Таблица оценки по применению

Вся таблица сводится к одной фразе: самоторможение безвредно только там, где тормоз и так не нужен; там, где тормоз действительно нужен, его не хватает.

7. Границы безопасности

Это единственный раздел статьи, в котором недопустима никакая неопределённость.

1. Самоторможение нельзя использовать как гарантию торможения при защите людей. Это вероятное рабочее свойство, а не проверенная функция безопасности.
2. Для оборудования с подъёмом, подвесом, людьми или риском падения обязательны независимый тормоз, ограничители и предохранительные устройства, а проверку выполняет проектировщик машины. Поставщик поставляет механический компонент привода; выполняется ли функция безопасности — вопрос конструкции машины в целом.
3. Там, где требуется удержание при отключении питания, применяется тормоз с потерей питания (замыкается при исчезновении питания, отпускает под напряжением), а не самоторможение.
4. Самоторможением нельзя подменять тормозное решение. Это разные вещи: первое — побочный результат геометрии и трения, второе — специально спроектированная управляемая функция.

Стоит сказать прямо: перечисленное выше — не оговорка производителя, а следствие физики передачи. Любое свойство, которое держится на выполнении условий трения, недостаточно для функции безопасности.

8. Таблица условий для проверки

9. Что проверить на объекте

Этап выбора:

1. Уточнить число заходов выбранного исполнения.
2. Определить, требуется ли для этой машины удержание при отключении питания.
3. Определить, есть ли подъём, подвес или возможность нахождения людей снизу.
4. Нанести на чертёж угол установки и направление нагрузки.

Этап монтажа:

1. Убедиться, что независимый тормоз установлен согласно проекту.
2. Убедиться, что ограничители и предохранительные устройства смонтированы и проверены в работе.
3. Убедиться, что ручная растормозка и стопорение для ремонта доступны.

Этап эксплуатации и обслуживания:

1. Регулярно проверять срабатывание тормоза.
2. Записывать случаи смещения, медленного опускания и посторонних звуков.
3. После замены масла и проверки износа заново оценивать, не изменились ли характеристики, связанные с трением.
4. Любое изменение, затрагивающее безопасность, заново проверяет проектировщик машины.

10. Заблуждения и границы применимости

Заблуждения:

1. Склонность к самоторможению принимают за гарантированное самоторможение. Склонность — вероятность, а не обещание.
2. По опыту однозаходного исполнения судят обо всей серии NMRV. У двух- и трёхзаходных угол подъёма совсем другой.
3. Считают, что раз на выпуске держит, то будет держать всегда. Износ, смазка и температура сдвигают угол трения.
4. Полагаются на самоторможение при вибрации и ударах. Вибрация разрушает статическое трение.
5. Заменяют самоторможением тормоз. Это величины разной природы.
6. Считают, что самоторможение равно «при отключении не упадёт». Требование безопасности — обязательное выполнение, а самоторможение его не обеспечивает.
7. Не учитывают плату по КПД. Малый угол подъёма ради самоторможения снижает КПД и повышает нагрев, поэтому тепловой баланс нужно пересчитывать.

Границы применимости:

• Критерий, механизм и условия отказа, приведённые здесь, относятся к оценке самоторможения червячных редукторов NMRV.
• В статье не приводится никаких числовых значений угла подъёма, коэффициента трения и КПД, а также не делается выводов о самоторможении конкретных исполнений — это подтверждается по исполнению, режиму и данным производителя.
• В статье не используются формулировки вида «в большинстве случаев держит» и «обычно этого достаточно» — без статистического источника они недопустимы.
• Статья не является заключением о сертификации безопасности или о проверке функциональной безопасности. Там, где есть люди, подвес или риск падения, проектирование и проверку по применимым требованиям функциональной безопасности выполняет проектировщик машины.

11. Данные для запроса

Пункты 4 и 5 пропускают чаще всего: «нужно ли удержание при отключении питания» и «может ли кто-то оказаться снизу» определяют, нужна ли машине система аварийного торможения, а не то, какое исполнение выбрать.

12. Об этой статье и о публикующей стороне

Статья подготовлена технической командой Chengfa Reducer (Changzhou) Co., Ltd. (CHINFAR) и публикуется после технического контроля компании. Червячные редукторы NMRV поставляет Chengfa Reducer (Changzhou) Co., Ltd. Изделия под маркой CHINFAR выпускаются в рамках совместной производственной системы, общей с HUIGUANG.

Подбор и сравнение исполнений — тема отдельной статьи, здесь она не повторяется:

• Червячные редукторы серии NMRV
• Как выбрать червячный редуктор: NMRV, WP и CWU
• Связаться с технической службой CHINFAR

13. Что дальше

Если машина связана с подъёмом, подвесом или люди могут оказаться под грузом, не начинайте с вопроса «держит ли самоторможение». Ответьте на два вопроса: допустимо ли движение после отключения питания и может ли это движение кого-то травмировать. От этих ответов зависит схема безопасности, а не обозначение исполнения.

В остальных случаях перечисленные выше данные можно отправить на sales@chinfar.com. Самоторможение подтверждается по конкретному исполнению и режиму работы силами инженерной службы; статья не содержит заключения о сертификации безопасности и не заменяет проверку безопасности, которую выполняет проектировщик машины.