O que é uma caixa redutora de velocidade?

A seleção e integração de redutores de velocidade envolve muito mais do que simplesmente escolher um de um catálogo. Na maioria dos casos, o torque máximo, as velocidades e as cargas radiais publicadas não podem ser usadas simultaneamente. Fatores de serviço adequados devem ser aplicados para acomodar uma ampla gama de aplicações dinâmicas. E, uma vez selecionado o redutor de velocidade apropriado, a instalação e manutenção adequadas são as chaves para maximizar a vida útil.

Categorias de redutores de velocidade

Uma ampla gama de dispositivos mecânicos de redução de velocidade inclui polias, engrenagens, pinhões e acionamentos de fricção. Existem também produtos elétricos que podem alterar a velocidade do motor. Esta discussão se concentrará em redutores de velocidade de acionamento fechado, também chamados de acionamentos retos e redutores, que possuem duas configurações principais:em linha e perpendiculares. Cada um deles pode ser alcançado com diferentes tipos de engrenagens. Os modelos lineares normalmente consistem em engrenagens helicoidais ou de dentes retos, engrenagens planetárias, mecanismos cicloidais ou geradores de ondas harmônicas. Os projetos planetários geralmente fornecem o torque mais alto no menor pacote. Os acionamentos cicloidais e harmônicos oferecem designs compactos com relações mais altas, enquanto os redutores helicoidais e helicoidais são geralmente os mais econômicos. Todos são bastante eficientes.

As engrenagens sem-fim são talvez a solução de redução mais econômica, mas geralmente têm um mínimo de 5:1 e perdem eficiência significativa à medida que as relações de transmissão aumentam. Os redutores de engrenagem cônica são muito eficientes, mas têm um limite de redução de velocidade superior efetivo de 6:1. O tipo de aplicação determina qual projeto de redutor de velocidade melhor atende aos requisitos.

Antes de selecionar qualquer redutor, os dados técnicos devem ser coletados para selecionar e instalar corretamente a unidade:torque, velocidade, potência, eficiência do redutor, fator de serviço, posição de montagem, variáveis ​​de conexão e vida útil necessária. Em algumas aplicações, a quantidade de folga, erro de transmissão, rigidez de torção e momento de inércia também são importantes.

Relação de torque, velocidade e potência

O torque necessário é talvez o critério mais importante, pois isso se traduz na quantidade de trabalho que o redutor de velocidade precisa fazer. Enquanto em aplicações simples, determinar o torque pode ser relativamente simples, pode ser difícil em máquinas complexas. A inércia, o atrito e a gravidade – os fenômenos físicos que tendem a resistir ao movimento – precisam ser identificados para que um torque suficiente possa ser gerado para superá-los. isso pode ser difícil com máquinas complexas. Inércia, atrito e gravidade - fenômenos físicos que geralmente resistem ao movimento - devem ser identificados para gerar torque suficiente para superá-los. Levar em consideração os coeficientes de atrito e a aceleração e frenagem das massas inerciais é importante no cálculo do torque necessário. O atalho para encontrar o torque necessário para uma máquina existente é ler a corrente do motor determinando o consumo de corrente. Em seguida, os cálculos podem ser feitos para encontrar a potência necessária. Finalmente, usando a fórmula de torque padrão e levando em consideração as diferentes relações, o valor final do torque pode ser obtido.

Após determinar a potência necessária, o fator de serviço deve ser levado em consideração para dimensionar adequadamente o dispositivo. O fator de serviço leva em consideração outros parâmetros operacionais, incluindo a duração dos dias de trabalho, o número de partidas e paradas, características de carga e fontes de energia. A maioria dos redutores são classificados para um torque máximo em um determinado número de horas de vida útil. O fator limitante nessas classificações não é a força da engrenagem ou do eixo, mas a vida útil do rolamento. Como os rolamentos devem suportar as forças de separação das engrenagens sob carga, carregar menos do que a classificação máxima aumenta a vida útil da caixa de engrenagens. Por outro lado, ao aumentar as variáveis ​​de carga conforme destacado acima, resultará uma diminuição na vida útil da caixa de engrenagens. Portanto, para chegar ao requisito de torque efetivo, os fatores de serviço apropriados precisam ser aplicados.

Redutor de velocidade e motor podem ser selecionados nesta fase. Normalmente, uma fonte de energia primária é selecionada, como um motor ou motor que funciona em uma determinada velocidade. A obtenção da correta relação de transmissão do redutor de velocidade e a resultante multiplicação do torque é apenas uma questão de dividir a velocidade do motor pela velocidade do elemento acionado. Em seguida, o tamanho correto do motor pode ser encontrado anexando diferentes fatores e valores à fórmula de potência do motor padrão.

Feita a seleção, a próxima pergunta é como a caixa de câmbio será integrada à máquina. As principais preocupações são como a caixa de engrenagens será montada e como ela será conectada ao controlador e à carga acionada.

A orientação do eixo é uma das primeiras considerações. Em muitas aplicações, é desejável posicionar o eixo de entrada ou saída verticalmente. Neste caso, deve-se tomar muito cuidado para garantir uma lubrificação adequada. O óleo ou graxa da caixa de engrenagens não apenas protege contra o desgaste das engrenagens, mas também reduz o desgaste dos rolamentos. Assim, quando um dos eixos é montado verticalmente, o mancal de suporte superior pode não receber a lubrificação necessária. Em alguns projetos de engrenagens, respingos e embaçamento das engrenagens que giram no reservatório de óleo são suficientes para garantir a lubrificação adequada, mas para tipos de baixa velocidade, rolamentos vedados e pré-lubrificados devem ser instalados. Ainda em outras aplicações de alta velocidade, pode ser necessário usar bombas internas ou externas para fornecer o lubrificante ao local desejado. Sempre que for necessário montar o eixo verticalmente, é importante determinar se é necessário um método alternativo de lubrificação.

A próxima questão é como conectar o redutor de velocidade à fonte de energia e à carga acionada. As opções incluem acionamento com polia, cremalheira ou pinhão, ligação a uma embreagem, eixo de linha ou junta universal e montagem do eixo diretamente no eixo acionado.

Ao conectar a uma polia, roda dentada ou engrenagem, o principal problema é a carga radial, comumente conhecida como carga saliente. Os rolamentos de eixo são projetados não apenas para suportar as forças que separam as engrenagens, mas também para transmitir uma certa carga radial e axial aos próprios eixos. Ao dirigir com polias e engrenagens, há uma força radial à medida que a correia ou corrente tenta girar o eixo. A magnitude desta força pode ser calculada como o torque transmitido dividido pelo raio da polia ou roda dentada. Normalmente, no entanto, esta não é a única força lateral exercida. A polia ou corrente está apertada no lado da transmissão, mas tem folga na parte traseira. Um dispositivo de tensionamento geralmente é instalado para reduzir o ruído e evitar que a correia escorregue ou salte os dentes. Quando a correia ou corrente está apertada, ocorre uma carga radial adicional. Ao selecionar um acionamento por engrenagem, deve-se levar em consideração a combinação da carga radial resultante do torque e da tensão.

Ao conectar o redutor de velocidade à embreagem e, em menor grau, aos eixos da linha e às juntas em U, o alinhamento é o principal problema. Acoplamentos flexíveis são recomendados devido às tolerâncias de usinagem de caixas de engrenagens e placas de montagem. Sem alinhamento exato, o uso de um acoplamento rígido pode colocar cargas laterais excessivas nos rolamentos do eixo. Mesmo com acoplamentos flexíveis, o alinhamento adequado é necessário, pois a maioria dos acoplamentos permite apenas desalinhamento paralelo de 0,005 a 0,010 polegada e desalinhamento angular de 1 a 3°. Muitos projetos de embreagem são adequados para uma variedade de aplicações, mas para uma vida útil máxima do redutor, a embreagem deve se adequar à tarefa.

Uma terceira opção para conectar o redutor é montá-lo diretamente em um eixo acionado com um eixo de saída com furo oco. Isso reduz as preocupações com o alinhamento e as cargas radiais e economiza espaço. Um braço de suporte da caixa de engrenagens para a estrutura da máquina impede que a caixa de engrenagens gire em torno do eixo.

Vários designs de engrenagens permitem que o motor seja montado diretamente no redutor. Esses projetos contêm flanges extremamente precisos para permitir a conexão direta do motor ao redutor ou outros adaptadores com acoplamentos integrados. Isso elimina a necessidade de montar o motor separadamente, mas isso geralmente só é prático com motores menores.