導入
ギアボックスの選択は非常に難しい場合があります。お客様は、さまざまな要件を満たすことができるさまざまなギアボックスから選択できます。決定を誤ると、より高価なギアボックスを購入することになる可能性があります。動力伝達業界にはオーバーハング荷重をサポートするギアボックスが必要な場合があり、モーション コントロールまたはサーボ業界にはダイナミックな動作を処理するギアボックスが必要な場合があります。
サイズ設定に関する最初の問題領域の 1 つは、モーターのサイズ設定と負荷のサイズ設定から発生します。モーターに合わせたサイズ調整が簡単になり、機能するギアボックスが得られる可能性がありますが、必要以上に大きなギアボックスを購入することになります。このギアボックスもアプリケーションには十分に適しています。ただし、負荷に応じたサイズにすることで、ギアボックスが用途に適合し、コスト効率が向上し、設置面積も小さくなる可能性があります。
アプリケーションのサイジングに関する一般的な側面:
ギアボックスのサイジングには、あらゆる状況に当てはまるいくつかの側面があります。このセクションでは、これらの基準について詳しく説明し、洞察を提供します。
1. サービスファクター
アプリケーションのサイジングを行う前に、顧客はサービス係数を決定する必要があります。サービスファクタは一般に、ユニットの定格値を超えるアプリケーションの要求値として定義できます。サービス係数は、不均一な負荷、使用時間、周囲温度の上昇などの条件に応じて決定する必要があります。
サービス要素をどのように解釈すればよいでしょうか?サービス係数 1.0 は、ユニットがアプリケーションを処理するのに十分な容量を備えていることを意味します。追加の要件は許容されず、ギアボックスが過熱したり故障したりする可能性があります。ほとんどの産業用途では、サービスファクター 1.4 が適切です。このサービスファクタは、ギアボックスがアプリケーション要件の 1.4 倍を処理できることを意味します。用途が 1,000 インチ ポンドを必要とする場合、ギアボックスは 1,400 インチ ポンドを処理できるサイズになります。さまざまな要因が、特定のアプリケーションでどの程度のサービス係数を使用する必要があるかに影響します。サービス係数の変更はメーカーによって異なります。メーカーの仕様をご確認ください。
2. 周囲温度と環境
周囲温度が高くなると内部圧力が上昇するため、使用するサービスファクタを増加する必要があります。高温または低温では、異なるシール材料と潤滑粘度が必要になる場合があります。
ギアボックスが動作する環境もサイジングの重要な考慮事項です。過酷な環境では、ユニットの磨耗が増加する可能性があります。ほこりや汚れの多い環境では、腐食やバクテリアの増殖を防ぐために特別な素材が必要になることがよくあります。食品または飲料工場には、FDA に準拠した特定のコーティングとオイルが必要です。真空環境では冷却用の空気がないため、特別なグリースと熱放散を考慮する必要があります。これらの環境特性を考慮しないと、ギアボックスがアプリケーションを適切にサポートできなくなる可能性があります。ギアボックスのサイズを決めるときは、これらすべての側面を考慮する必要があります。
3. 衝撃荷重または荷重の種類
衝撃や衝撃荷重が大きいと、ギアの歯やシャフト ベアリングの摩耗が増加する可能性があります。この摩耗は、サイズ設定時に考慮されていない場合、早期の故障を引き起こす可能性があります。これらの負荷にはサービスファクターを増やす必要があります。均一荷重は適用中に一定に保たれる荷重ですが、不均一荷重は適用中に変化します。不均一な荷重は、たとえ小さくても、均一な荷重よりも高いサービスファクタを必要とします。均一な荷重の例としては、一定の量の製品が載っているコンベアが挙げられます。不均一な負荷は、あらゆる種類の断続的な切断用途に当てはまります。この断続的な切削力により、ギアボックスのトルクが周期的に増加し、不均一な負荷が生じます。
4. 出力形式またはメカニズム
出力機構には、スプロケット、プーリー、歯付きピニオンなどがあります。ダブル出力シャフトやシャフトに取り付けられたブッシングなどのさまざまな出力構成により、ユニットの定格オーバーハング荷重が減少します。出力機構が異なると、考慮する必要がある異なるシャフト負荷が追加されます。ほとんどの機構では大きなラジアル荷重が発生しますが、ヘリカル ギアなどではアキシアル荷重も発生する可能性があります。これらの出力では、ラジアル荷重またはアキシアル荷重の増加に対応するために、異なるベアリングが必要になる場合があります。
5. 出力軸または中空穴のサイズ
アプリケーションのサイジングを行う際には、出力シャフトとボア サイズが顧客の要件を満たす必要があります。これらには、ユニットのステンレス出力、キー付きまたはキーなしのシャフト、キー付きまたはキーなしの中空ボア、または前述のいずれかと組み合わせたフランジ付き出力が含まれる場合があります。ユニットの正しいボアサイズを取得するには、顧客は現在のシャフトに適合するように、より大きなギアボックスまたは別のスタイルのギアボックスを購入する必要がある場合があります。場合によっては、顧客は最適なソリューションを提供しながら、最もコスト効率の高いユニットを使用するようにシャフトを変更することができます。
6. ハウジングのスタイル
ギアボックスを選択する際には、取り付け方法を考慮することも重要です。ユニットには、取り付け脚、出力のフランジ、または 1 つまたは複数の側面に基本的なタップ穴がある場合があります。これらのハウジング スタイルにより、ユニットの取り付け方法が制限される可能性があるため、さまざまなオプションを用意すると、カスタム フレームやブラケットが必要なくなる可能性があります。たとえば、ユニットの底面にタップ穴があると、出力の周囲に特別な L 型ブラケットを取り付ける必要がなくなります。
動力伝達:
サイジング プロセスに影響を与えるいくつかの要素は業界固有です。動力伝達業界の場合、出力 RPM、モーター馬力とフレーム サイズ、オーバーハング負荷はすべてアプリケーションの計算に影響を与えます。
出力回転数
お客様は、ギアボックスの動作に必要な比率を決定するか、計算のために入出力速度と動作ヘルツ (Hz) を提供する必要があります。標準は 60 Hz で 1750 入力 RPM です。変更を行うと比率の計算が変更されるため、サイズ変更時に指定する必要があります。変更を考慮しないと、ギアボックスが顧客の要件と一致しなくなります。
モーター馬力とフレームサイズ
ギアボックスのサイズと入力オプションは、サービスファクターを計算する前に決定する必要があります。ギアボックスのサイズを決定したら、必要な HP を使用して実際のサービス係数を計算します。大型の HP モーターは熱を発生し、減速機の機械的定格に悪影響を与える可能性があります。増加した熱に基づいて低減された定格は、減速機の熱容量として知られており、大型モーターを使用する場合は考慮する必要があります。
一般的な軸荷重
サイズ設定では、負荷がギアボックスを損傷しないことを確認する必要があります。出力シャフトが耐えることができる力 (ポンド単位で測定) は、オーバーハング荷重定格として知られています。定格を下回ると減速機が破損する恐れがあります。
モーションコントロール:
サーボ業界では、入力速度、慣性、動的トルク動作、特定のシャフト負荷、およびモーターシャフト直径がサイジングプロセスに影響します。
入力速度
入力速度はギアボックスの定格を超えてはなりません。そうしないと、圧力の上昇によりシールが早期に摩耗します。サイジング時に考慮されていない比率の出力メカニズムがある場合、入力速度が誤って増加する可能性があります。これが、出力メカニズムの指定が非常に重要であるもう 1 つの理由です。
慣性
出力を細かく制御するには、10:1 未満の慣性不一致が望ましいです。これは、一部のアプリケーションに必要な高い精度を得るために重要です。減速機のサイズと比率は、ギアボックスの慣性に対する主な影響を与えます。制御エンジニアは、より小さな不一致や特定の量を要求する場合があります。多くの場合、モーターはトルクではなく、その動的能力に基づいて選択されます。ローターの慣性が大きくなるため、アプリケーションに必要なトルクよりもはるかに大きなトルクを持つモーターを使用するのが一般的です。一部のモーターメーカーは、高慣性定格または低慣性定格に特化したモーターを製造しています。これにより、慣性の不一致が低減されるため、アプリケーションのチューニングが向上します。これを行うときは、ギアボックスの破損を防ぐためにモーターの出力トルクを制限することが重要です。
ダイナミックモーション
周期運動では、連続運動よりも高いサービスファクターを使用する必要がある場合があります。これは、継続的な始動と停止により、ギアの歯とシールがさらに摩耗するためです。 2 点間の一定の往復運動である周期反転には、周期または連続よりもさらに高いサービスファクターが必要です。
特定のシャフト荷重
ラジアル、アキシアル、およびモーメントのシャフト荷重をユニットの定格と照合する必要があります。これを怠ると、シャフトが破損したり、ベアリングやギアの歯が損傷したりする可能性があります。一般に、適切な強度のギアボックスを決定するために、同じサービス係数がこれらの定格に適用されます。アプリケーションで必要な場合は、軸受タイプを追加すると、これらの定格を高めることができます。
モーターシャフトの直径または長さ
モーターのシャフトはユニットに適合する必要があり、シャフトはカップリングと完全にかみ合うのに十分な長さでなければなりません。完全にかみ合わないと、入力の滑りが発生する可能性があります。これは必要なサービスファクターには影響しませんが、モーターの取り付けに関する問題を回避するために考慮することが重要です。一部のメーカーは、ユニットのサイズを大きくすることなく、減速機がより大きなモーターに対応できるようにする大入力設計を採用しています。
結論：
最適なギアボックス ソリューションを実現するには、お客様は負荷からサイズを決定する必要があります。これにより、アプリケーションに適したコスト効率の高いソリューションを確実に入手できるようになります。サービスファクター、環境、周囲温度、衝撃荷重、出力スタイル、および使用時間はすべて、サイジングの重要な側面です。顧客が提供する情報が多ければ多いほど、サイジングプロセスはより正確になります。これにより、最終的には顧客の要件を満たすソリューションが得られます。アプリケーションに最適なギアボックスを決定するのに役立つサイジング プログラムが多数用意されています。
