Drehzahlreduziergetriebe verstehen: Auswahl, Installation und Wartung

Die Auswahl und Integration von Drehzahlreduzierern umfasst weit mehr als nur das Herauspicken eines Modells aus dem Katalog. In den meisten Fällen können die im Katalog angegebenen maximalen Drehmomente, Drehzahlen und Radiallasten nicht gleichzeitig genutzt werden. Es müssen適切e Servicefaktoren angewendet werden, um ein breites Spektrum dynamischer Anwendungen abzudecken. Und sobald der passende Drehzahlreduzierer ausgewählt ist, sind korrekte Installation und Wartung der Schlüssel zur Maximierung der Lebensdauer.

Kategorien von Drehzahlreduzierern

Eine breite Palette mechanischer Drehzahlreduziergeräte umfasst Riemenscheiben, Zahnräder, Zahnstangen und Reibungsantriebe. Es gibt auch elektrische Produkte, die die Motordrehzahl ändern können. Diese Diskussion konzentriert sich auf geschlossene Antriebs-Drehzahlreduzierer, auch Stirnradantriebe und Getriebe genannt, die zwei Hauptkonfigurationen haben: inline und rechtwinklig. Jede kann mit verschiedenen Zahnradtypen realisiert werden. Inline-Modelle bestehen typischerweise aus Schräg- oder Stirnrädern, Planetengetrieben, Zykloidenmechanismen oder Harmonischen Wellengeneratoren. Planetenkonstruktionen bieten generell das höchste Drehmoment im kleinsten Bauraum. Zykloiden- und Harmonische Antriffe bieten kompakte Designs mit höheren Übersetzungsverhältnissen, während Schräg- und Stirnradgetriebe meist am wirtschaftlichsten sind. Alle sind recht effizient.

Schneckengetriebe sind vielleicht die kostengünstigste Reduktionslösung, haben aber meist ein minimales Verhältnis von 5:1 und verlieren bei steigenden Übersetzungsverhältnissen erheblich an Effizienz. Kegelradgetriebe sind sehr effizient, haben aber eine effektive obere Drehzahlreduktionsgrenze von 6:1. Die Art der Anwendung bestimmt, welches Drehzahlreduzierer-Design die Anforderungen am besten erfüllt.

Vor der Auswahl eines Reduzierers müssen technische Daten gesammelt werden, um das Gerät richtig auszuwählen und zu installieren: Drehmoment, Drehzahl, Leistung, Wirkungsgrad des Reduzierers, Servicefaktor, Montageposition, Anschlussvariablen und erforderliche Lebensdauer. In manchen Anwendungen sind auch Spiel, Übertragungsfehler, Torsionssteifigkeit und Trägheitsmoment wichtig.

Zusammenhang von Drehmoment, Drehzahl und Leistung

Das erforderliche Drehmoment ist vielleicht das wichtigste Kriterium, da es in die Arbeitsmenge übersetzt wird, die der Drehzahlreduzierer leisten muss. Während die Drehmomentbestimmung bei einfachen Anwendungen relativ geradlinig sein kann, ist sie bei komplexen Maschinen schwierig. Trägheit, Reibung und Schwerkraft – die physikalischen Phänomene, die Bewegung tendenziell widerstehen – müssen identifiziert werden, damit genügend Drehmoment erzeugt werden kann, um sie zu überwinden. Die Berücksichtigung von Reibungskoeffizienten sowie Beschleunigung und Bremsung von Trägheitsmassen ist wichtig für die Berechnung des erforderlichen Drehmoments. Der Shortcut zur Ermittlung des erforderlichen Drehmoments für eine bestehende Maschine ist das Auslesen des Motorstroms durch Bestimmung der Stromaufnahme. Dann können Berechnungen angestellt werden, um die erforderliche Leistung zu finden. Schließlich kann durch Anwendung der Standard-Drehmomentformel und Berücksichtigung der verschiedenen Verhältnisse der finale Drehmomentwert ermittelt werden.

Nach Bestimmung der erforderlichen Leistung muss der Servicefaktor berücksichtigt werden, um das Gerät richtig zu dimensionieren. Der Servicefaktor berücksichtigt andere Betriebsparameter, einschließlich der Länge der Arbeitstage, der Anzahl der Starts und Stopps, der Lastcharakteristik und der Energiequellen. Die meisten Reduzierer sind für ein maximales Drehmoment bei einer bestimmten Anzahl an Lebensdauerstunden ausgelegt. Der begrenzende Faktor in diesen Bewertungen ist nicht die Zahnrad- oder Wellenfestigkeit, sondern die Lagerlebensdauer. Da Lager die Trennkräfte der Zahnräder unter Last tragen müssen, erhöht eine Belastung unter dem Maximalwert die Getriebelebensdauer. Umgekehrt führt eine Erhöhung der Lastvariablen zu einer Verringerung der Getriebelebensdauer. Daher müssen die entsprechenden Servicefaktoren angewendet werden, um zur effektiven Drehmomentanforderung zu gelangen.

An diesem Stadium können Drehzahlreduzierer und Motor ausgewählt werden. Typischerweise wird eine primäre Energiequelle gewählt, wie ein Motor oder eine Maschine, die mit einer bestimmten Drehzahl läuft. Die Ermittlung des korrekten Übersetzungsverhältnisses des Drehzahlreduzierers und die resultierende Drehmomentvervielfachung ist nur eine Frage der Division der Motordrehzahl durch die Drehzahl des angetriebenen Elements. Dann kann die korrekte Motorgröße gefunden werden, indem verschiedene Faktoren und Werte in die Standard-Motorleistungsformel eingesetzt werden.

Nach der Auswahl stellt sich die Frage, wie das Getriebe in die Maschine integriert wird. Hauptbedenken sind, wie das Getriebe montiert wird und wie es mit dem Antrieb und der angetriebenen Last verbunden wird.

Die Wellenorientierung ist eine der ersten Überlegungen. In vielen Anwendungen ist es wünschenswert, die Ein- oder Ausgangswelle vertikal zu positionieren. In diesem Fall muss große Sorgfalt auf die richtige Schmierung gelegt werden. Getriebeöl oder -fett schützt nicht nur vor Zahnradverschleiß, sondern reduziert auch den Lager verschleiß. Wenn also eine der Wellen vertikal montiert ist, erhält das oberste Lager möglicherweise nicht die erforderliche Schmierung. Bei einigen Getriebekonstruktionen sind Spritzöl und Önebel von im Ölbad rotierenden Zahnrädern ausreichend für die Schmierung, aber bei niedrigdrehenden Typen müssen vorgesmierte, abgedichtete Lager eingebaut werden. In anderen Hochgeschwindigkeitsanwendungen kann es notwendig sein, interne oder externe Pumpen zu verwenden, um das Schmiermittel an die gewünschte Stelle zu fördern. Immer wenn eine vertikale Wellenmontage notwendig ist, ist es wichtig zu prüfen, ob eine alternative Schmierungsmethode erforderlich ist.

Das nächste Thema ist die Verbindung des Drehzahlreduzierers mit der Energiequelle und der angetriebenen Last. Optionen umfassen Antrieb über Riemenscheibe, Zahnstange oder Ritzel, Verbindung mit einer Kupplung, Längswelle oder Gelenkwelle, sowie direkte Wellenmontage auf der angetriebenen Welle.

Bei der Verbindung mit Riemenscheibe, Kettenrad oder Zahnrad ist das Hauptproblem die Radiallast, allgemein als Überhungslast bekannt. Wellenlager sind nicht nur darauf ausgelegt, die die Zahnräder trennenden Kräfte zu tragen, sondern auch eine gewisse Radial- und Axiallast auf die Wellen selbst zu übertragen. Beim Antrieb mit Riemenscheiben und Zahnrädern wirkt eine Radialkraft, da der Riemen oder die Kette versucht, die Welle zu drehen. Die Größe dieser Kraft berechnet sich als übertragenes Drehmoment geteilt durch den Radius der Riemenscheibe oder des Kettenrads. Meist ist dies jedoch nicht die einzige Seitenkraft. Der Riemen oder die Kette ist auf der Antriebsseite straff, hat aber auf der Rückseite Spiel. Ein Spannvorrichtung wird meist installiert, um Geräusche zu reduzieren und ein Durchrutschen oder Überspringen der Zähne zu verhindern. Wenn Riemen oder Kette straff sind, entsteht eine zusätzliche Radiallast. Bei der Auswahl eines Getriebes muss die Kombination aus Radiallast durch Drehmoment und Spannung berücksichtigt werden.

Bei der Verbindung des Drehzahlreduzierers mit der Kupplung und in geringerem Maße mit Längswellen und Gelenkwellen ist die Ausrichtung das Hauptproblem. Aufgrund von Fertigungstoleranzen von Getriebegehäusen und Montageplatten werden flexible Kupplungen empfohlen. Ohne exakte Ausrichtung kann der Einsatz einer starren Kupplung übermäßige Seitenlasten auf die Wellenlager ausüben. Auch mit flexiblen Kupplungen ist eine korrekte Ausrichtung notwendig, da die meisten Kupplungen nur 0,005 bis 0,010 Zoll Parallelversatz und 1 bis 3° Winkelversatz zulassen. Viele Kupplungsdesigns eignen sich für verschiedene Anwendungen, aber für maximale Getriebelebensdauer sollte die Kupplung zur Aufgabe passen.

Eine dritte Option für die Getriebeverbindung ist die direkte Montage auf einer angetriebenen Welle mit einem Hohlwellenausgang. Dies reduziert Ausrichtungs- und Radiallastprobleme und spart Platz. Ein Stützarms vom Getriebe zum Maschinenrahmen verhindert, dass sich das Getriebe um die Welle dreht.

Mehrere Getriebekonstruktionen ermöglichen die direkte Montage des Motors am Getriebe. Diese Designs enthalten entweder extrem präzise Flansche für den direkten Anschluss des Motors an den Reduzierer oder andere Adapter mit integrierten Kupplungen. Dies entfällt die Notwendigkeit, den Motor separat zu montieren, ist aber meist nur bei kleineren Motoren praktikabel.