Snelheidsreductietandwielkasten begrijpen: Selectie, installatie en onderhoud

De selectie en integratie van snelheidsreducties omvat veel meer dan er gewoon een uit een catalogus te pikken. In de meeste gevallen kunnen de gepubliceerde maximumkoppel, snelheden en radiale belasting niet gelijktijdig worden gebruikt. Juiste dienstfactoren moeten worden toegepast om een breed scala aan dynamische toepassingen te accomoderen. En zodra de juiste snelheidsreducer is geselecteerd, zijn correcte installatie en onderhoud de sleutels tot het maximaliseren van de levensduur.

Categorieën snelheidsreducties

Een breed scala aan mechanische snelheidsreductieapparaten omvat riemschijven, tandwielen, pignonnen en wrijvingaandrijvingen. Er zijn ook elektrische producten die de snelheid van de motor kunnen veranderen. Deze discussie zal zich richten op gesloten aandrijvingssnelheidsreducties, ook wel rightangulardrijvingen en tandwielkasten genoemd, die twee hoofconfiguraties hebben: in-line en loodrecht. Elk van deze kan worden bereikt met verschillende typen tandwielen. Lineaire modellen bestaan typisch uit schroeftanden, rightangulartanden, planeettanden, cycloïdale mechanismen of harmonische golfgeneratoren. Planeetontwerpen bieden over het algemeen het hoogste koppel in de kleinste verpakking. Cycloïdale en harmonische aandrijvingen bieden compacte ontwerpen met hogere verhoudingen, terwijl schroef- en rightangulartandwieleenheden over het algemeen de meest economische zijn. Ze zijn allemaal redelijk efficiënt.

Wormwielen zijn misschien wel de meest kosteneffectieve reductieoplossing, maar ze hebben meestal een minimum van 5:1 en verliezen aanzienlijke efficiëntie naarmate de tandwielverhoudingen toenemen. Kegeltandwielreducties zijn zeer efficiënt, maar hebben een effectieve bovengrens voor snelheidsreductie van 6:1. Het type toepassing bepaalt welk snelheidsreducerontwerp het beste voldoet aan de eisen.

Voordat u een reducer selecteert, moeten technische gegevens worden verzameld om de eenheid correct te selecteren en te installeren: koppel, snelheid, vermogen, efficiëntie van de reducer, dienstfactor, montagepositie, verbindingsvariabelen en vereiste levensduur. In sommige toepassingen zijn ook de hoeveelheid spel, transmissiefout, torsiestijfheid en massamoment van inertie belangrijk.

Relatie tussen koppel, snelheid en vermogen

Het vereiste koppel is misschien wel het belangrijkste criterium, aangezien dit vertaalt in de hoeveelheid werk die de snelheidsreducer moet verrichten. Hoewel in eenvoudige toepassingen het bepalen van het koppel relatief eenvoudig kan zijn, kan het moeilijk zijn in complexe machines. Inertie, wrijving en zwaartekracht — de fysische verschijnselen die neigen om beweging te weerstaan — moeten worden geïdentificeerd zodat voldoende koppel kan worden gegenereerd om ze te overwinnen. Dit kan moeilijk zijn met complexe machines. Inertie, wrijving en zwaartekracht — fysische verschijnselen die meestal beweging weerstaan — moeten worden geïdentificeerd om voldoende koppel te genereren om ze te overwinnen. Rekening houden met wrijvingscoëfficiënten en de versnelling en remming van inertiële massa's is belangrijk bij het berekenen van het vereiste koppel. De snelkoppeling om het vereiste koppel voor een bestaande machine te vinden is het uitlezen van de motorstroom door de stroomopname te bepalen. Vervolgens kunnen berekeningen worden gemaakt om het vereiste vermogen te vinden. Ten slotte, door de standaardkoppelformule te gebruiken en rekening te houden met de verschillende verhoudingen, kan de eindelijke koppelwaarde worden verkregen.

Na het bepalen van het vereiste vermogen, moet de dienstfactor in overweging worden genomen om het apparaat correct te dimensioneren. De dienstfactor houdt rekening met andere operationele parameters, waaronder de lengte van werkdagen, het aantal starts en stops, belastingkarakteristieken en stroom bronnen. Meest reducties zijn gewaardeerd voor een maximumkoppel bij een gegeven aantal levensduururen. De beperkende factor in deze waarderingen is niet de tandwiel- of assterkte, maar de lagerlevensduur. Omdat lagers de scheidingskrachten van de tandwielen onder belasting moeten ondersteunen, verhoogt belasting minder dan de maximumwaarding de tandwielkastlevensduur. Integen, door de belastingvariabelen zoals hierboven benadrukt te verhogen, zal een afname in tandwielkastlevensduur het gevolg zijn. Daarom moeten de juiste dienstfactoren worden toegepast om tot de effectieve koppelvereiste te komen.

Snelheidsreducer en motor kunnen op dit stadium worden geselecteerd. Typisch wordt een primaire energiebron geselecteerd, zoals een motor die op een bepaalde snelheid draait. Het verkrijgen van de juiste vertragingsverhouding van de snelheidsreducer en de resulterende vermenigvuldiging van het koppel is slechts een kwestie van het delen van de motortoer door de snelheid van het aangedreven element. Vervolgens kan de juiste motorgrootte worden gevonden door verschillende factoren en waarden aan de standaardmotorvermogensformule toe te voegen.

Na de selectie is de volgende vraag hoe de tandwielkast in de machine geïntegreerd zal worden. De hoofdzaken zijn hoe de tandwielkast gemonteerd zal worden en hoe deze verbonden zal worden met de besturing en aangedreven belasting.

Asoriëntatie is een van de eerste overwegingen. In veel toepassingen is het wenselijk om de in- of uitvoeras verticaal te positioneren. In dit geval moet grote zorg worden besteed aan correcte smering. Tandwielkastolie of -vet beschermt niet alleen tegen tandwielslijtage, maar vermindert ook lagerslijtage. Dus wanneer een van de assen verticaal gemonteerd is, krijgt het bovenste steunlager mogelijk niet de vereiste smering. In sommige tandwielontwerpen zijn spatten en nevelvorming van tandwielen die in de oliereservoir draaien voldoende om correcte smering te garanderen, maar voor lage-snelheidstypen moeten voorgeaamde, afgedichte lagers worden gemonteerd. In nog andere hoge-snelheidstoepassingen kan het nodig zijn om interne of externe pompen te gebruiken om het smeringsmiddel aan de gewenste locatie te leveren. Wanneer het nodig is om de as verticaal te monteren, is het belangrijk om te bepalen of een alternatieve smeringsmethode vereist is.

Het volgende punt is hoe de snelheidsreducer met de energiebron en de aangedreven belasting te verbinden. Opties omvatten aandrijving met een riemschijf, tandstang of pignon, koppeling met een koppeling, lijnaas of kardankoppeling, en direct asmontage op de aangedreven as.

Bij verbinding met een riemschijf, kettenwiel of tandwiel is het hoofdprobleem de radiale belasting, algemeen bekend als de overhangbelasting. Aslagers zijn niet alleen ontworpen om de scheidingskrachten van de tandwielen te ondersteunen, maar ook om een bepaalde radiale en axiale belasting aan de assen zelf over te dragen. Bij aandrijving met riemschijven en tandwielen is er een radiale kracht doordat de riem of ketting probeert de as te draaien. De grootte van deze kracht kan worden berekend als het overgedragen koppel gedeeld door de straal van de riemschijf of het kettenwiel. Meestal is dit echter niet de enige zijdelingse kracht die wordt uitgeoefend. De riem of ketting is strak op de aandrijvingszijde, maar heeft spel op de achterzijde. Een spanningsapparaat wordt meestal geïnstalleerd om geluid te verminderen en te voorkomen dat de riem glijdt of tanden overslaat. Wanneer de riem of ketting strak is, treedt een additionele radiale belasting op. Bij het selecteren van een tandwielaandrijving moet de combinatie van radiale belasting als gevolg van koppel en spanning in overweging worden genomen.

Bij het verbinden van de snelheidsreducer met de koppeling en in mindere mate met de lijnaassen en kardankoppelingen, is uitlijning het hoofdprobleem. Flexibele koppelingen worden aanbevolen vanwege de bewerkings-toleranties van tandwielkastbehuizingen en montageplaten. Zonder exacte uitlijning kan het gebruik van een starre koppeling overmatige zijbelasting op de aslagers plaatsen. Zelfs met flexibele koppelingen is correcte uitlijning nodig, aangezien de meeste koppelingen slechts 0,005 tot 0,010 inch parallele uitlijningsfout en 1 tot 3 graden hoekuitlijningsfout toelaten. Veel koppelingsontwerpen zijn geschikt voor diverse toepassingen, maar voor maximum reducerlevensduur moet de koppeling bij de taak passen.

Een derde optie voor het verbinden van de tandwielkast is om deze direct op een aangedreven as te monteren met een holle uitvoeras. Dit vermindert zorgen over uitlijning en radiale belasting en bespaart ruimte. Een steunarm van de tandwielkast naar het machineframe voorkomt dat de tandwielkast om de as roteert.

Meerdere tandwielontwerpen laten de motor direct op de tandwieleenheid monteren. Deze ontwerpen bevatten ofwel extreem nauwkeurige flenzen om directe verbinding van de motor met de reducer toe te staan, ofwel andere adapters met geïntegreerde koppelingen. Dit elimineert de noodzaak om de motor apart te monteren, maar dit is meestal alleen praktisch met kleinere motoren.