Gear Reduction

Gear Reduction. Monille tuttu termi, mutta mitä se oikeastaan tarkoittaa?

Pinnalta katsottuna saattaa vaikuttaa siltä, että vaihteita ”pienennetään” määrällisesti tai kooltaan, mikä on osittain totta. Kun pyörivän koneen, kuten moottorin tai sähkömoottorin, lähtönopeutta on pienennettävä ja/tai vääntömomenttia lisättävä, vaihteita käytetään yleisesti halutun tuloksen saavuttamiseksi. Vaihteiden ”vähentäminen” viittaa nimenomaan pyörivän koneen nopeuteen; pyörivän koneen pyörimisnopeutta ”vähennetään” jakamalla se hammaspyöräsuhteella, joka on suurempi kuin 1:1. Vaihdesuhde, joka on suurempi kuin 1:1, saavutetaan, kun pienempi hammaspyörä (pienennetty koko), jossa on vähemmän hampaita, kytkeytyy toisiinsa ja pyörittää suurempaa hammaspyörää, jossa on enemmän hampaita.

Vaihteen vähennyksellä on päinvastainen vaikutus vääntömomenttiin. Pyörivän koneen lähtömomenttia kasvatetaan kertomalla vääntömomentti vaihteen välityssuhteella vähennettynä joillakin hyötysuhdehäviöillä.

Monissa sovelluksissa vaihteen vähennys pienentää nopeutta ja kasvattaa vääntömomenttia, mutta toisissa sovelluksissa vaihteen vähennystä käytetään nopeuden kasvattamiseen ja vääntömomentin pienentämiseen. Tuulivoimaloiden generaattorit käyttävät vaihteen alennusta tällä tavoin muuttaakseen suhteellisen hitaan turbiinin lapojen nopeuden suureksi nopeudeksi, jolla pystytään tuottamaan sähköä. Näissä sovelluksissa käytetään vaihteistoja, jotka on koottu päinvastoin kuin sovelluksissa, joissa nopeutta alennetaan ja vääntömomenttia kasvatetaan.

Miten vaihteiden vähennys saadaan aikaan? Monilla alennustyypeillä voidaan saavuttaa vaihteen vähennys, mukaan lukien muun muassa yhdensuuntainen akseli, planeettavaihteet ja suorakulmaiset matovaihteet. Rinnakkaisakselivaihteissa (tai alennusvaihteissa) hammaspyörä, jossa on tietty määrä hampaita, kytkeytyy toisiinsa ja käyttää suurempaa hammaspyörää, jossa on suurempi määrä hampaita. Alennussuhde lasketaan jakamalla suuren hammaspyörän hampaiden lukumäärä pienen hammaspyörän hampaiden lukumäärällä. Jos esimerkiksi sähkömoottori käyttää 13-hampaista hammaspyörää, joka kytkeytyy 65-hampaiseen hammaspyörään, alennussuhde on 5:1 (65 / 13 = 5). Jos sähkömoottorin kierrosnopeus on 3 450 kierrosta minuutissa, vaihteisto vähentää tämän kierrosnopeuden viisinkertaiseksi 690 kierrokseen minuutissa. Jos moottorin vääntömomentti on 10 lb-in, vaihteisto kasvattaa tämän vääntömomentin viisinkertaiseksi 50 lb-in (ennen vaihteiston hyötysuhdehäviöiden vähentämistä).

Rinnakkaisakselivaihteistoissa on usein useita hammaspyöräsarjoja, mikä lisää vaihteen alennusta. Kokonaisvaihdevähennys (välityssuhde) määritetään kertomalla kunkin vaihteistovaihteen kunkin vaihteistovaiheen yksittäiset välityssuhteet. Jos vaihteisto sisältää 3:1, 4:1 ja 5:1 -vaihteistoja, kokonaissuhde on 60:1 (3 x 4 x 5 = 60). Yllä olevassa esimerkissä sähkömoottorin 3 450 kierrosta minuutissa pyörimisnopeus pienenisi 57,5 kierrokseen minuutissa, jos käytettäisiin 60:1-vaihteistoa. Sähkömoottorin 10 lb-in vääntömomentti kasvaisi 600 lb-in (ennen hyötysuhteen häviöitä).

Jos hammaspyörällä ja sen vastapyörällä on sama määrä hampaita, alennusta ei tapahdu ja välityssuhde on 1:1. Hammaspyörää kutsutaan tyhjäkäyntivaihteeksi, ja sen ensisijainen tehtävä on pikemminkin vaihtaa pyörimissuuntaa kuin vähentää nopeutta tai lisätä vääntömomenttia.

Planetaaripyörästön alennusvaihteen välityssuhteen laskeminen ei ole yhtä intuitiivista, sillä se riippuu aurinko- ja rengasvaihteiden hampaiden lukumäärästä. Planeettapyörästöt toimivat tyhjäkäyntivaihteina, eivätkä ne vaikuta välityssuhteeseen. Planeettapyörästön välityssuhde on aurinko- ja kehäpyörästön hampaiden lukumäärän summa jaettuna aurinkopyörästön hampaiden lukumäärällä. Esimerkiksi planeettasarjan, jossa on 12-hampainen aurinkopyörä ja 72-hampainen kehäpyörä, välityssuhde on 7:1 (/12 = 7). Planeettapyörästöjen välityssuhteet voivat olla noin 3:1:stä noin 11:1:een. Jos tarvitaan enemmän alennusvaihteita, voidaan käyttää ylimääräisiä planeettaportaita.

Suorakulmaisen madonpyörästön alennusvaihteet riippuvat madon kierteiden tai ”alkujen” lukumäärästä ja vastakkaisen madonpyörän hampaiden lukumäärästä. Jos madossa on kaksi aloituskierrettä ja vastakkaisella madonpyörällä on 50 hammasta, syntyvä välityssuhde on 25:1 (50 / 2 = 25).

Jos pyörivä kone, kuten moottori tai sähkömoottori, ei pysty tuottamaan haluttua lähtönopeutta tai vääntömomenttia, alennusvaihde voi olla hyvä ratkaisu. Ristikkäisakseliset, planeetta- ja suorakulmaiset matovaihteet ovat yleisiä vaihteistotyyppejä, joilla vaihteen vähennys saadaan aikaan. Ota yhteyttä Groschoppiin jo tänään kaikissa vaihteiden alennukseen liittyvissä kysymyksissä.