Växelreducering

Växelreducering. En bekant term för många, men vad betyder det egentligen?

Ovanpå ytan kan det tyckas att kugghjul ”reduceras” i kvantitet eller storlek, vilket delvis är sant. När en roterande maskin, t.ex. en motor eller elmotor, behöver få sin utgångshastighet reducerad och/eller sitt vridmoment ökat, används vanligen kugghjul för att uppnå det önskade resultatet. Med ”reducering” av kugghjul avses specifikt den roterande maskinens hastighet; den roterande maskinens rotationshastighet ”reduceras” genom att den divideras med ett kugghjulförhållande som är större än 1:1. En kugghastighet större än 1:1 uppnås när en mindre kugghjul (minskad storlek) med färre antal tänder griper in i och driver ett större kugghjul med fler tänder.

Kugghastighetsreduktion har motsatt effekt på vridmomentet. Den roterande maskinens utgående vridmoment ökar genom att multiplicera vridmomentet med kugghastigheten, minus vissa effektivitetsförluster.

Men medan växelreduktion i många tillämpningar minskar hastigheten och ökar vridmomentet, används växelreduktion i andra tillämpningar för att öka hastigheten och minska vridmomentet. Generatorer i vindkraftverk använder växelreduktion på detta sätt för att omvandla en relativt långsam turbinbladshastighet till en hög hastighet som kan generera elektricitet. I dessa tillämpningar används växellådor som är monterade tvärtemot dem i tillämpningar som minskar hastigheten och ökar vridmomentet.

Hur uppnås växelreduktion? Många reduktortyper kan uppnå växelreduktion, inklusive, men inte begränsat till, växellådor med parallell axel, planetariska växellådor och rätvinkliga snäckväxlar. I växellådor med parallell axel (eller reduktionsväxlar) griper ett kugghjul med ett visst antal tänder in i och driver ett större kugghjul med ett större antal tänder. ”Reduktionen” eller växelförhållandet beräknas genom att antalet tänder på den stora kugghjulet divideras med antalet tänder på den lilla kugghjulet. Om en elmotor t.ex. driver en 13 tänders kugghjul som griper in i en 65 tänders kugghjul, uppnås en reducering på 5:1 (65 / 13 = 5). Om elmotorns varvtal är 3 450 varv per minut reducerar växellådan detta varvtal med fem gånger till 690 varv per minut. Om motorns vridmoment är 10 lb-in ökar växellådan detta vridmoment med en faktor fem till 50 lb-in (innan växellådans effektivitetsförluster dras bort).

Parallellaxlade växellådor innehåller ofta flera kugghjul och ökar därmed reduktionen. Den totala reduktionen (förhållandet) bestäms genom att multiplicera varje enskilt utväxlingsförhållande från varje växelsteg. Om en växellåda innehåller kugghjulssatser 3:1, 4:1 och 5:1 är det totala utväxlingsförhållandet 60:1 (3 x 4 x 5 = 60). I vårt exempel ovan skulle elmotorns varvtal på 3 450 varv per minut minskas till 57,5 varv per minut med hjälp av en 60:1 växellåda. Elmotorns vridmoment på 10 lb-in skulle ökas till 600 lb-in (före effektivitetsförluster).

Om ett kugghjul och dess motsvarighetskugghjul har samma antal tänder sker ingen reducering och växelförhållandet är 1:1. Kugghjulet kallas tomgångskugghjul och dess primära funktion är att ändra rotationsriktningen snarare än att minska hastigheten eller öka vridmomentet.

Beräkningen av utväxlingen i en planetarisk reduktionsväxel är mindre intuitiv eftersom den är beroende av antalet tänder på sol- och ringkugghjulet. Planetkugghjulen fungerar som tomgångskuggar och påverkar inte utväxlingsförhållandet. Planetväxelförhållandet är lika med summan av antalet tänder på sol- och ringkugghjulet dividerat med antalet tänder på solkugghjulet. Till exempel har en planetarisk uppsättning med ett solhjul med 12 tänder och ett ringhjul med 72 tänder ett utväxlingsförhållande på 7:1 (/12 = 7). Planetväxlar kan ha en utväxling från cirka 3:1 till cirka 11:1. Om det behövs mer växelreduktion kan ytterligare planetariska steg användas.

Kopplingsreduktionen i en rätvinklig snäckanordning är beroende av antalet gängor eller ”starter” på snäckan och antalet tänder på det tillhörande snäckhjulet. Om snäckan har två starter och det tillhörande snäckhjulet har 50 tänder är den resulterande växelförhållandet 25:1 (50 / 2 = 25).

När en roterande maskin, t.ex. en motor eller elmotor, inte kan ge önskad utgångshastighet eller önskat vridmoment, kan en reduktionsväxel vara en bra lösning. Parallellaxel-, planetariska och rätvinkliga snäckanordningar är vanliga typer av växellådor för att uppnå en växelreduktion. Kontakta Groschopp idag med alla dina frågor om växelreduktion.