Qual relação de engrenagem devo escolher para uma caixa planetária?

Para escolher a relação da caixa de câmbio planetária, Divida a velocidade do motor pela velocidade de saída necessária. Por exemplo, 1,500 rpm ÷ 50 rpm = 30 rpm:1. Depois, escolha a razão padrão mais próxima, porque as unidades planetárias de estágio único são práticas apenas até cerca de 10:1; Relações mais altas precisam de dois ou três estágios. Verifique torque e eficiência em seguida.

O que é a relação de uma caixa de câmbio planetária?

Uma relação de câmbio planetária é a relação entre a velocidade de entrada e a velocidade de saída, Definido por qual dos três membros — Sun Gear, O portador planetário ou engrenagem em anel — é mantido fixo, e pela contagem de dentes. Um conjunto de engrenagens planetárias é uma disposição compacta onde várias engrenagens planetárias giram entre uma engrenagem solar central e uma engrenagem anel externa enquanto um porta-engrenagens as mantém em órbita.

Qual membro você bloquear determina a faixa de razão. De acordo com a tec-ciência, Fixando a engrenagem anular com o sol como entrada e o suporte como saída gera uma razão de 1 ZAnel/ZSol, que produz valores acima de 2 e não possui limite superior. Corrigir o equipamento solar em vez disso dá 1 zSol/ZAnel, um intervalo entre 1 e 2. Fixando a portadora obtém-se −zAnel/ZSol, onde o sinal negativo sinaliza que a saída gira na direção oposta à entrada.

[DIAGRAMA: Conjunto de engrenagens planetárias rotuladas mostrando o equipamento solar, Engrenagens planetárias, Engrenagem de anel e transportador planetário, com setas de entrada e saída.]

KHK ilustra o mesmo conjunto com modos de operação mistos: para dentes de engrenagem za = 16, zb = 16 e zc = 48, A disposição planetária dá uma razão de 4, O arranjo solar dá 1,333333, e a disposição em estrela dá −3. Uma discussão em fórum de engenharia de 2013 sobre o mesmo tema observa que todas as seis combinações de sol fixo, Portadora fixa e anel fixo são possíveis, e que algumas configurações invertem a direção de saída.

Como calcular a razão entre a velocidade do motor e a velocidade de saída?

Divida a velocidade nominal do motor pela velocidade de saída que a máquina precisa. O resultado é a razão ideal, que você então ajusta à relação mais próxima que o fabricante da caixa de câmbio realmente oferece. Esse cálculo é o ponto de partida prático; Fórmulas de contagem de dentes vêm depois, caso você precise verificar um projeto.

Siga estes passos:

1. Registre a velocidade nominal do motor em rpm, retirado da placa de identificação em vez da frequência nominal da rede elétrica.
2. Registre a velocidade de saída que a máquina precisa, em RPM, do eixo acionado ou do requisito do processo.
3. Divida a velocidade do motor pela velocidade de saída necessária para obter a razão ideal.
4. Compare o resultado com limites práticos de estágio único.
5. Selecione a razão padrão mais próxima em vez da matematicamente exata.
6. Recalcule a velocidade real de saída a partir da razão escolhida, e confirme que ainda está dentro da tolerância da máquina.
7. Verifique o torque, Eficiência, Reação negativa e custo antes do pedido.

A reavaliação no passo 6 é o que a maioria dos guias de seleção pula. A 30:1 requisito e 28:1 proporção de catálogo está próxima, Mas eles não são o mesmo comportamento de máquina, e a diferença importa em um transportador ou parafuso dosador funcionando em uma taxa fixa.

Se você estiver comparando unidades planetárias com outras famílias redutoras, A mesma divisão de velocidade se aplica, e o método mais amplo está exposto neste guia para Seleção da relação da caixa de câmbio.

Como calcular a relação de engrenagem planetária a partir da contagem de dentes?

Com a engrenagem de anel consertada, A razão é um mais a contagem de dentes anelares dividida pela contagem de dentes do sol. TEA fornece a fórmula como i = 1 zAnel/ZSol e trabalha por um exemplo onde um sol de 24 dentes e um anel de 72 dentes produzem uma proporção exatamente de 4.0, com um Planet Gear de 24 dentes.

Duas restrições estão por trás dessa aritmética. Woodgears declara a relação de contagem de dentes como R = 2P S, onde R é o anel, P é o planeta e S é o sol, e observa que, com o anel fixo, o portador gira por Ty = Ts· S/(R S). KHK fornece a condição de montagem como zc = za 2zb, e acrescenta que pelo menos duas engrenagens planetárias normalmente são usadas para que a carga seja compartilhada e equilibrada.

A equação de Willis, nr·zr = nc·(zr zs) − zs·n_s, descreve o movimento geral dos três membros quando nenhum está fixo, Conforme estabelecido pela Tec-Science. É um contexto útil, mas não é necessário para o método de divisão de velocidade que parte da maior parte do trabalho de seleção.

Exemplo Resolvido: 1,Motor 500 rpm, Saída a 50 rpm

A 1,Motor de 500 rpm e uma exigência de saída de 50 rpm proporcionam uma razão ideal de 30 rpm:1. De acordo com o Design de Máquinas, Os cabos de engrenagens planetárias de estágio único são práticos a partir de cerca de 3:1 a 10:1, e razões acima de 10:1 precisa de um estágio planetário adicional. Isso coloca essa aplicação em território de dois estágios, em vez de estágio único.

O TEA oferece as faixas mais largas: Unidades de estágio único geralmente cobrem 3:1 a 10:1, Unidades de dois estágios cobrem cerca de 9:1 a 100:1, e unidades de três estágios podem chegar a até 1000:1. Ou seja, um 30:1 duty se encaixa confortavelmente em uma seleção de dois níveis.

[DIAGRAMA: Fluxo de decisão a partir de um 1,Motor de 500 rpm e requisito de 50 rpm, até um 30:1 razão ideal, para a proporção padrão mais próxima e uma seleção em dois estágios.]

Estágio único, Dois ou três estágios: Qual Proporção Você Precisa?

Use um estágio para proporções baixas, Adicione um segundo quando a razão ideal passa por volta de 10:1, e adicionar um terço apenas quando a razão necessária for muito alta. A contagem de estágios é a decisão que determina o tamanho, custo e precisão, Portanto, deve ser resolvido antes que a razão exata seja fixada.

A Machine Design observa que razões maiores que 10:1 requer um estágio planetário adicional, enquanto razões abaixo de 3:1 são impraticáveis porque o pinhão e a engrenagem de anel acabariam tendo quase o mesmo tamanho. A mesma fonte relata que as razões entre 4:1 e 8:1 oferece a melhor combinação de pinhão e tamanho de engrenagem planetária, Apresentação e vida dentro de um único palco.

O tipo de engrenagem também move os números. A Machine Design relata que a engrenagem planetária helicoidal tem uma relação de contato de 3,3 contra uma típica 1,5 para engrenagens de spur, entrega 30–50% mais capacidade de torque, e ganha mais 17–20% em capacidade de torque quando o ângulo da hélice é aumentado de 12° para 15°. Essas são opções de nível de design, não mudanças de razão, mas eles afetam qual número de estágios é viável para uma determinada função.

Quando a decisão do palco ainda está em aberto, essa comparação de Caixa de câmbio de estágio único vs Caixa de câmbio de múltiplos estágios Cobre o quanto é o comprimento, eficiência e deslocamento de custos à medida que as etapas são adicionadas. A contagem de etapas também alimenta diretamente o conteúdo de material e usinagem, Esse é um dos motivos Preço da caixa de câmbio industrial move-se com a faixa de razão em vez do tamanho da carcaça sozinha.

Como a Relação Afeta o Torque de Saída, Velocidade e Eficiência

A razão define diretamente a velocidade de saída, Mas o torque de saída não é simplesmente o torque de entrada multiplicado pela razão. Uma relação alta não garante torque utilizável, porque a classificação da caixa de câmbio, O fator de serviço e as perdas de eficiência limitam o que alcança o eixo acionado.

De acordo com a TEA, A eficiência da caixa de câmbio planetária normalmente fica entre 95% e 98%, com cada estágio custando cerca de 3%. Isso significa que uma unidade de três estágios retorna visivelmente menos da potência do motor do que uma unidade de estágio único, e a perda aparece como calor em vez de torque útil de saída. A mesma fonte recomenda verificar a capacidade de carga contra ISO 6336 ou DIN 3990, em vez de confiar apenas na razão.

A regra prática é dimensionar a caixa de câmbio com base no torque de saída necessário e no ciclo de trabalho, Depois, confirme que a razão produz uma velocidade de saída aceitável. Fazer o cálculo no sentido inverso — escolhendo a relação primeiro e torcendo para que o torque seja suficiente — é como unidades subdimensionadas chegam ao chão da fábrica.

Reação e Posicionamento: Um Efeito Colateral da Razão

Proporções mais altas geralmente significam mais estágios, E cada estágio adicionado adiciona uma reação negativa, Portanto, a precisão do posicionamento deve ser verificada junto com a razão. O jogo é a pequena quantidade de rotação livre na saída antes das engrenagens engatarem na direção oposta.

A TEA fornece pontos de referência para funções de posicionamento: abaixo de 1 arcmin para posicionamento preciso, 2 a 5 arcmins para posicionamento padrão, e até 10 arcmin para tecnologia de esteiras. A Machine Design alerta que a reação não é medida com base em um padrão estrito, e observa que uma unidade classificada para 8 arcmin desde a caixa pode atingir 15 arcmin após seis meses de uso. Esse efeito do envelhecimento é um critério de seleção, não é um detalhe de garantia.

Se o posicionamento repetido faz parte do dever, A decisão sobre a razão e a decisão de precisão devem ser tomadas juntas; O lado da tolerância desse emparelhamento é abordado nesta explicação de Retroação da caixa de câmbio planetária.

Erros comuns na seleção da relação de engrenagem planetária

As falhas mais comuns são arredondar a razão sem verificar novamente a velocidade de saída resultante, Ignorando o torque máximo, e especificando uma proporção que não é uma oferta padrão. Nenhum desses erros é exótico; Elas acontecem quando o cálculo é tratado como papelada, e não como uma decisão de projeto.

• Tratar a relação de engrenagem e a relação de redução como intercambiáveis sem verificar qual convenção o fornecedor usa.
• Escolhendo a razão matematicamente ideal em vez da razão padrão mais próxima, Então descobrir que a velocidade de saída está errado.
• Dimensionamento apenas com torque em funcionamento, e ignorando o torque inicial ou as cargas de choque.
• Assumindo que a reação é um número de catálogo fixo que não mudará ao longo da vida útil da unidade.
• Assumindo que uma caixa de engrenagens planetária aguente a carga como uma caixa de engrenagens de rosca semi-travante automática; A condução reversa deve ser confirmada com o fornecedor para a função específica.
• Esquecendo que cada estágio extra adiciona comprimento, Perda de custo e eficiência, o que pode superar o benefício de uma correspondência de proporção mais fina.
• Solicitar um orçamento para uma proporção antes de confirmar que está disponível como padrão.

Igualando a Proporção com a Sua Máquina — e com o Fornecedor

Uma vez que a razão e a contagem de estágios são fixas, As variáveis restantes são dimensões de montagem e disponibilidade. Esses são os pontos em que uma montagem OEM geralmente difere de uma seleção de catálogo.

Se a função de acionamento ainda está sendo definida — perfil de carga, Começa por hora, Condições ambientais — Trabalhe através Como Escolher a Caixa de Engrenagem Planetária antes de travar a razão. O ciclo de trabalho também varia conforme a indústria; Padrões típicos de função para misturadores, Transportadores e linhas de processo são descritos nestes Aplicações em caixas de câmbio planetárias.

Projetos Mingye, fabrica e fornece equipamentos industriais de transmissão de energia do Distrito de Jinshan, Xangai, incluindo redutores planetários de alta resistência dentro de uma faixa de mais de 20 séries. Tanto os motores quanto os redutores são fabricados na própria fábrica equipada com CNC da empresa em formato modular, Projetos padronizados, e a personalização OEM das dimensões de montagem e das relações de transmissão está disponível, com parto normal de 7 a 15 dias. OEMs e engenheiros de planta podem enviar a velocidade do motor, velocidade de saída necessária e restrições de montagem para uma revisão de proporção.

FAQ

Qual é a diferença entre relação de marcha e relação de redução?

Uma razão de redução geralmente descreve a velocidade de entrada relativa à velocidade de saída em um acionamento de redução de velocidade, enquanto a relação de engrenagem descreve a relação entre os dois eixos de forma mais geral. Muitos fornecedores usam os dois termos de forma intercambiável, Então confirme qual convenção aparece na folha de dados antes de fazer um pedido com base no valor.

Uma relação de engrenagem planetária maior custa mais?

Geralmente sim, porque razões mais altas geralmente exigem estágios adicionais, que adicionam engrenagens, Rolamentos, Comprimento da carcaça e usinagem. Uma unidade de estágio único no 3:1 a 10:1 faixa contém menos peças do que uma unidade de dois estágios cobrindo 9:1 a 100:1, Então compare a proporção padrão mais próxima antes de assumir que uma proporção personalizada é a opção mais barata.

O que acontece se eu escolher uma proporção que não é padrão?

A velocidade real de saída difere do valor exigido e pode ficar fora da tolerância da máquina. Sempre recalcule a velocidade de saída a partir da proporção padrão que você selecionou, e confirmar que o desvio é aceitável para o processo antes de se comprometer com o projeto. Essa verificação leva um minuto e impede um ciclo de retrabalho.

Quanta eficiência é perdida por estágio planetário?

De acordo com a TEA, Cada estágio planetário custa cerca de 3%, proporcionando entre 95% e 98% de eficiência geral para uma caixa de câmbio planetária típica de múltiplos estágios. A perda aparece como calor, e reduz o torque realmente disponível na saída, Portanto, a eficiência pertence ao cálculo do torque, e não a uma nota de rodapé.