Gearreduktion

Gearreduktion. Et velkendt udtryk for mange, men hvad betyder det egentlig?

Op overfladen kan det se ud som om, at gear bliver “reduceret” i mængde eller størrelse, hvilket er delvist sandt. Når en roterende maskine som f.eks. en motor eller en elektrisk motor har brug for at reducere udgangshastigheden og/eller øge drejningsmomentet, anvendes der almindeligvis tandhjul for at opnå det ønskede resultat. Gear “reduktion” henviser specifikt til den roterende maskines hastighed; den roterende maskines omdrejningshastighed “reduceres” ved at dividere den med et gearforhold større end 1:1. Et gearforhold større end 1:1 opnås, når et mindre tandhjul (reduceret størrelse) med færre tænder griber ind i og driver et større tandhjul med et større antal tænder.

Gearreduktion har den modsatte virkning på drejningsmomentet. Den roterende maskines udgangsdrejningsmoment øges ved at multiplicere drejningsmomentet med gearudvekslingen, minus nogle effektivitetstab.

Mens gearreduktion i mange anvendelser reducerer hastigheden og øger drejningsmomentet, anvendes gearreduktion i andre anvendelser til at øge hastigheden og reducere drejningsmomentet. Generatorer i vindmøller anvender gearreduktion på denne måde til at konvertere en relativt langsom turbinebladhastighed til en høj hastighed, der er i stand til at generere elektricitet. I disse anvendelser anvendes gearkasser, der er monteret modsat af dem i anvendelser, der reducerer hastigheden og øger drejningsmomentet.

Hvordan opnås gearreduktion? Mange reduktionstyper er i stand til at opnå gearreduktion, herunder, men ikke begrænset til, parallelaksel-, planetariske og retvinklede sneglegearkasser. I parallelakselgearkasser (eller reduktionsgear) griber et tandhjul med et bestemt antal tænder ind i og driver et større tandhjul med et større antal tænder. “Reduktionen” eller gearforholdet beregnes ved at dividere antallet af tænder på det store tandhjul med antallet af tænder på det lille tandhjul. Hvis en elmotor f.eks. driver et tandhjul med 13 tænder, der går i indgreb med et tandhjul med 65 tænder, opnås en reduktion på 5:1 (65 / 13 = 5). Hvis elmotorens hastighed er 3 450 omdrejninger pr. minut, reducerer gearkassen denne hastighed med fem gange til 690 omdrejninger pr. minut. Hvis motorens drejningsmoment er 10 lb-in, øger gearkassen dette drejningsmoment med en faktor fem til 50 lb-in (før fradrag af gearkassens effektivitetstab).

Parallelakselgearkasser indeholder ofte flere gearsæt og øger derved reduktionen. Den samlede gearundertrykkelse (gearudveksling) bestemmes ved at multiplicere hver enkelt gearudveksling fra hvert enkelt gearsæt trin. Hvis en gearkasse indeholder gearsæt i størrelserne 3:1, 4:1 og 5:1, er det samlede forhold 60:1 (3 x 4 x 5 = 60). I vores eksempel ovenfor ville elmotoren med 3 450 omdrejninger pr. minut få sin hastighed reduceret til 57,5 omdrejninger pr. minut ved at bruge en 60:1 gearkasse. Elmotorens drejningsmoment på 10 lb-in ville blive øget til 600 lb-in (før effektivitetstab).

Hvis et tandhjul og det tilhørende tandhjul har det samme antal tænder, sker der ingen reduktion, og gearforholdet er 1:1. Tandhjulet kaldes et tomgangshjul, og dets primære funktion er at ændre rotationsretningen snarere end at nedsætte hastigheden eller øge drejningsmomentet.

Beregning af gearudvekslingen i en planetgearreduktion er mindre intuitiv, da den afhænger af antallet af tænder på sol- og ringhjulene. Planetgearene fungerer som tomgangshjul og påvirker ikke gearforholdet. Planetgearudvekslingen er lig med summen af antallet af tænder på sol- og ringhjulet divideret med antallet af tænder på solhjulet. Et planetsæt med et solhjul med 12 tænder og et ringhjul med 72 tænder har f.eks. et gearforhold på 7:1 (/12 = 7). Planetgear kan opnå et forhold fra ca. 3:1 til ca. 11:1. Hvis der er behov for en større gearreduktion, kan der anvendes yderligere planetariske trin.

Gearreduktionen i et retvinklet snegledrev er afhængig af antallet af gevind eller “starter” på sneglen og antallet af tænder på det tilhørende sneglehjul. Hvis sneglen har to starter og det tilhørende sneglehjul har 50 tænder, er den resulterende gearreduktion 25:1 (50 / 2 = 25).

Når en roterende maskine som f.eks. en motor eller en elmotor ikke kan levere den ønskede udgangshastighed eller det ønskede drejningsmoment, kan en gearreduktion være en god løsning. Parallelaksel-, planetariske og retvinklede snegledrev er almindelige gearkassetyper til at opnå gearreduktion. Kontakt Groschopp i dag med alle dine spørgsmål om gearreduktion.