Introducción
Seleccionar una caja de cambios puede resultar bastante complicado. Los clientes tienen una variedad de cajas de cambios para elegir que son capaces de cumplir diversos requisitos. Una decisión equivocada podría resultar en la compra de una caja de cambios más cara. La industria de la transmisión de potencia puede necesitar una caja de cambios que soporte cargas en voladizo, mientras que la industria del control de movimiento o servo puede necesitar una caja de cambios que maneje el movimiento dinámico.
Una de las primeras áreas problemáticas para el dimensionamiento surge del dimensionamiento del motor versus el dimensionamiento de la carga. El dimensionamiento del motor puede ser más simple y dar como resultado una caja de cambios que funcione, pero resultará en la compra de una caja de cambios más grande de lo necesario. Esta caja de cambios también estará sobrecalificada para la aplicación. Sin embargo, el tamaño de la carga garantizará que una caja de cambios se ajuste a la aplicación y sea más rentable y, potencialmente, ocupe menos espacio.
Aspectos comunes de las aplicaciones de dimensionamiento:
Hay varios aspectos del tamaño de la caja de cambios que se aplican a cada situación. Esta sección detallará esos criterios y ofrecerá información.
1. Factor de servicio
Antes de dimensionar una aplicación, el cliente debe determinar el factor de servicio. El factor de servicio se puede definir generalmente como el valor requerido de una aplicación sobre el valor nominal de la unidad. El factor de servicio debe determinarse para condiciones tales como carga no uniforme, horas de servicio y temperatura ambiente elevada.
¿Cómo se interpretaría un factor de servicio? Un factor de servicio de 1,0 significa que una unidad tiene la capacidad suficiente para manejar la aplicación. No hay tolerancia para requisitos adicionales que podrían causar que la caja de cambios se sobrecaliente o falle. Para la mayoría de las aplicaciones industriales, un factor de servicio de 1,4 es adecuado. Este factor de servicio significa que la caja de cambios puede manejar 1,4 veces los requisitos de la aplicación. Si la aplicación requiere 1000 libras-pulgada, la caja de cambios tendría el tamaño adecuado para manejar 1400 libras-pulgada. Diferentes factores afectarán la cantidad de factor de servicio que se debe utilizar en una aplicación determinada. Los cambios en el factor de servicio dependen del fabricante. Por favor examine las especificaciones del fabricante.
2. Temperatura ambiente y medio ambiente
Las temperaturas ambiente más altas aumentan la presión interna, lo que requerirá un aumento en el factor de servicio utilizado. Las temperaturas altas o bajas pueden requerir diferentes materiales de sellado y viscosidades de lubricación.
El entorno en el que funcionará la caja de cambios también es una consideración importante para el tamaño. Los entornos hostiles pueden aumentar el desgaste de la unidad. Los ambientes polvorientos o sucios a menudo requieren material especial para evitar la corrosión o el crecimiento de bacterias. Las plantas de alimentos o bebidas requieren recubrimientos y aceites específicos que cumplan con la FDA. Los entornos de vacío requerirán consideraciones especiales de disipación de calor y grasa, ya que no habrá aire para enfriar. No tener en cuenta estas características ambientales puede dar como resultado una caja de cambios que no pueda soportar la aplicación adecuadamente. Todos estos aspectos deben considerarse al dimensionar una caja de cambios.
3. Carga de impacto o tipo de carga
Las cargas elevadas de impacto o impacto pueden provocar un mayor desgaste de los dientes del engranaje y de los cojinetes del eje. Este desgaste podría causar fallas prematuras si no se tiene en cuenta al dimensionar. Estas cargas requerirán un mayor factor de servicio. Las cargas uniformes son cargas que permanecen constantes durante la aplicación, mientras que las cargas no uniformes cambian durante la aplicación. Las cargas no uniformes, incluso si son pequeñas, requerirán un factor de servicio más alto que las cargas uniformes. Un ejemplo de carga uniforme sería un transportador con una cantidad constante de producto sobre él. Una carga no uniforme sería cualquier tipo de aplicación de corte intermitente. Esta fuerza de corte intermitente provoca un aumento periódico del par en la caja de cambios, lo que supone una carga no uniforme.
4. Estilo o mecanismo de salida
Los mecanismos de salida incluyen una rueda dentada, una polea o un piñón dentado, por nombrar algunos. Las diferentes configuraciones de salida, como un eje de salida doble o un buje montado en el eje, reducirán la carga sobresaliente para la que está nominal la unidad. Los diferentes mecanismos de salida añaden diferentes cargas al eje que deben considerarse. La mayoría de los mecanismos provocarán una carga radial elevada, pero elementos como los engranajes helicoidales también pueden provocar una carga axial. Estas salidas podrían requerir diferentes rodamientos para tener en cuenta el aumento de carga radial o axial.
5. Tamaño del eje de salida o del orificio hueco
Al dimensionar una aplicación, el eje de salida y el tamaño del orificio deben cumplir con los requisitos del cliente. Estos podrían incluir una salida de acero inoxidable en la unidad y si tiene un eje con o sin llave, un orificio hueco con o sin llave, o una salida con brida combinada con cualquiera de los anteriores. Obtener el tamaño de orificio correcto en una unidad puede obligar al cliente a comprar una caja de cambios más grande o un estilo diferente de caja de cambios para adaptarse a su eje actual. En algunos casos, el cliente puede modificar su eje para utilizar la unidad más rentable y al mismo tiempo proporcionar una solución óptima.
6. Estilos de vivienda
También es importante al seleccionar una caja de cambios considerar cómo se montará. Una unidad podría tener patas de montaje, una brida en la salida o simplemente orificios roscados básicos en uno o más lados. Estos estilos de carcasa podrían limitar la forma en que se monta una unidad, por lo que tener una variedad de opciones podría evitar que se necesiten marcos o soportes personalizados. Por ejemplo, tener orificios roscados en la cara inferior de la unidad evitaría la necesidad de montar un soporte en L especial alrededor de la salida.
Transmisión de potencia:
Algunos elementos que afectan el proceso de dimensionamiento son específicos de la industria. Para la industria de la transmisión de potencia, las RPM de salida, la potencia del motor y el tamaño del bastidor, así como la carga en voladizo, afectan los cálculos de la aplicación.
RPM de salida
El cliente debe determinar la relación necesaria para que funcione la caja de cambios, o proporcionar la velocidad de entrada/salida y los hercios (Hz) de funcionamiento para los cálculos. El estándar es una entrada de 1750 RPM a 60 Hz. Cualquier cambio deberá especificarse al dimensionar, ya que cambiará el cálculo de la proporción. Si no se tienen en cuenta los cambios, la caja de cambios no se ajustará a los requisitos del cliente.
HP del motor y tamaño del bastidor
El tamaño de la caja de cambios y la opción de entrada deben determinarse antes de calcular el factor de servicio. Una vez dimensionada la caja de cambios, utilice los HP requeridos para calcular el factor de servicio real. Los motores de gran potencia generan calor que puede afectar negativamente las capacidades mecánicas del reductor. Esta clasificación reducida, basada en el aumento de calor, se conoce como capacidad térmica de un reductor y debe tenerse en cuenta cuando se utilizan motores grandes.
Carga general del eje
El dimensionamiento debe verificar que la carga no dañe la caja de cambios. La fuerza, medida en libras, que el eje de salida es capaz de soportar se conoce como clasificación de carga sobresaliente. Si la clasificación es menor que la aplicación, el reductor de velocidad se dañará.
Control de movimiento:
Para la industria servo, la velocidad de entrada, la inercia, el movimiento de par dinámico, las cargas específicas del eje y el diámetro del eje del motor afectan el proceso de dimensionamiento.
Velocidad de entrada
La velocidad de entrada no debe exceder las clasificaciones de la caja de cambios o se producirá un desgaste prematuro del sello debido al aumento de presión. La velocidad de entrada puede aumentar accidentalmente si hay un mecanismo de salida con una relación que no se considera al dimensionar, lo cual es otra razón por la que es tan importante especificar cualquier mecanismo de salida.
Inercia
Se desea un desajuste de inercia de menos de 10:1 para un control preciso de la salida. Esto es importante para obtener la alta precisión necesaria para algunas aplicaciones. El tamaño y la relación del reductor son las principales influencias de la caja de cambios sobre la inercia. Los ingenieros de control pueden solicitar desajustes menores o incluso cantidades específicas. A menudo se elige un motor por sus capacidades dinámicas, no por su par. Es común utilizar un motor con mucho más torque del necesario para la aplicación debido a la mayor inercia del rotor. Algunos fabricantes de motores incluso fabrican motores específicamente para índices de inercia altos o bajos. Esto permite un mejor ajuste de la aplicación debido a un menor desajuste de inercia. Al hacer esto, es importante limitar el par de salida en el motor para evitar romper la caja de cambios.
Movimiento dinámico
El movimiento cíclico puede requerir el uso de un factor de servicio más alto que el movimiento continuo. Esto se debe a que los arranques y paradas constantes provocan un desgaste adicional en los dientes y sellos de los engranajes. La inversión cíclica, que es un movimiento constante de ida y vuelta entre dos puntos, requiere un factor de servicio aún mayor que el cíclico o continuo.
Cargas específicas del eje
Las cargas radiales, axiales y de momento en el eje deben compararse con las capacidades nominales de la unidad. No hacerlo podría provocar la rotura del eje o daños a los cojinetes o los dientes del engranaje. Generalmente, se aplica el mismo factor de servicio a estas clasificaciones para determinar una caja de cambios suficientemente fuerte. Los tipos de rodamientos adicionales pueden aumentar estas clasificaciones si la aplicación los necesita.
Diámetro o longitud del eje del motor
El eje del motor debe encajar en la unidad y debe ser lo suficientemente largo para engancharse completamente con el acoplamiento. Sin un compromiso total, podría producirse una pérdida de aportes. Si bien esto no afectará el factor de servicio necesario, es importante tenerlo en cuenta para evitar problemas al montar el motor. Algunos fabricantes tienen un diseño de entrada grande que permite que el reductor se adapte al motor más grande sin aumentar el tamaño de la unidad.
Conclusión:
Para lograr la mejor solución de caja de cambios, los clientes deben dimensionar la carga. Esto garantizará que reciban una solución rentable que se ajuste a la aplicación. El factor de servicio, el entorno, la temperatura ambiente, la carga de impacto, el estilo de salida y las horas de servicio son aspectos importantes del dimensionamiento. Cuanta más información proporcione el cliente, más preciso será el proceso de dimensionamiento. ¡Esto finalmente producirá una solución que se ajuste a los requisitos del cliente! Existen numerosos programas de dimensionamiento disponibles que pueden ayudar a determinar qué caja de cambios es la más apropiada para su aplicación.
