Escolhendo o redutor de velocidade certo: um guia abrangente

Escolhendo o direito redutor da velocidade podem determinar a eficiência e a confiabilidade do seu maquinário. Com tantos tipos e especificações disponíveis, é fácil acabar com um redutor que não se adapta bem à sua aplicação, resultando em desempenho abaixo do ideal, falhas prematuras e paradas dispendiosas.

Este guia abrangente corta a complexidade, guiando você pelos principais fatores a serem considerados ao selecionar um redutor de velocidade. Da análise dos requisitos da sua aplicação à compreensão dos prós e contras de cada tipo de redutor, você obterá o conhecimento necessário para tomar uma decisão informada que otimize o desempenho da sua máquina.

Fatores a considerar ao escolher o redutor de velocidade certo

Requisitos da aplicação

• Torque e potência: O redutor deve ser dimensionado para lidar com o torque e a potência necessários do equipamento acionado. Capacidade insuficiente levará a falha prematura.
• Velocidades de entrada e saída: A taxa de redução de velocidade deve corresponder às velocidades exigidas pela aplicação. Isso é determinado pela divisão da velocidade de entrada pela velocidade de saída desejada.
• Fator de serviço: Um fator de serviço de aplicação deve ser aplicado para considerar variações nas condições de carga e operação. Fatores de serviço típicos variam de 1.0 a 2.0 ou mais, dependendo da gravidade da aplicação.
• Carga saliente: A distância da carga do suporte do eixo de saída aumenta o momento de sobreposição, que os mancais e eixos do redutor devem suportar. Redutores montados no eixo e de eixo oco são mais adequados para aplicações com altas cargas de sobreposição.
• Cargas de choque: Cargas de impacto ou partidas e paradas abruptas induzem cargas de choque várias vezes o torque de funcionamento. O redutor deve ter capacidade suficiente para lidar com o torque de pico.
• Condições ambientais: Fatores como temperaturas extremas, umidade, produtos químicos, poeira e outros contaminantes influenciam a escolha do redutor. Selos especiais, lubrificantes, materiais e tratamentos de superfície podem ser necessários.
• Ciclo de trabalho e horas de operação: Aplicações de serviço contínuo têm requisitos de transmissão de energia maiores do que serviços intermitentes. A vida útil esperada em horas de operação também determina a robustez do projeto do redutor.

Configuração de montagem

As restrições de instalação física determinam o estilo de montagem do redutor:

• Pé montado redutores têm uma base que é aparafusada a uma fundação ou placa de base. Esta é a configuração mais comum.
• Montado em flange redutores são parafusados ​​diretamente no alojamento do equipamento acionado. Isso economiza espaço e auxilia no alinhamento.
• Montado em eixo redutores se enreductoresm diretamente no eixo acionado com um eixo de saída oco e braço de torque. Isso minimiza problemas de alinhamento e permite que a reductores de engrenagens “flutue” com o eixo.
• Eixo oco redutores têm um furo de saída oco que é montado no eixo acionado. Tanto redutores montados no eixo quanto redutores montados no flange podem ter eixos de saída ocos.

Eficiência e economia de energia

O tipo de engrenagem determina a eficiência e a perda de potência em um redutor de velocidade:

• Redutores de engrenagem utilizando engrenagens retas, helicoidais ou cônicas normalmente excedem 95% de eficiência por estágio de engrenagem. Engrenagem helicoidal Os redutores variam de 60 a 85% de eficiência, dependendo da taxa de redução.
• Redutores de correia usando correias em V ou correias sincronizadas variam de 95-98% de eficiência. Alguma potência é perdida devido ao deslizamento e atrito da correia.

Manutenção e Confiabilidade

Alguns redutores exigem manutenção mais frequente do que outros. Aqueles com lubrificação por banho de óleo podem exigir trocas periódicas de óleo, enquanto unidades lubrificadas para a vida toda são lubrificadas na fábrica.

Ambientes severos podem exigir trocas de lubrificantes e inspeções de vedações mais frequentes. A facilidade de acesso e substituição de peças propensas a desgaste, como vedações e rolamentos, deve ser considerada.

Disponibilidade de peças de reposição

Redutores de velocidade são tipicamente um item de longo prazo, então a disponibilidade local da unidade e peças de reposição é uma consideração importante. Isso é especialmente verdadeiro para aplicações de missão crítica onde o tempo de inatividade deve ser minimizado.

Um fabricante de redutores com amplo estoque local e uma ampla rede de serviços pode fornecer melhor suporte pós-venda. A disponibilidade de desenhos 2D, modelos 3D e configuradores de produtos também auxiliam na seleção e substituição.

Restrições de tamanho e peso

O espaço disponível na estrutura da máquina pode limitar o tamanho do redutor que pode ser acomodado. Configurações de montagem em eixo, ângulo reto e paralelo deslocado fornecem opções para montagem em espaços apertados.

O peso também pode ser uma restrição para cargas suspensas ou onde a estrutura de acionamento tem limitações de peso. Carcaças de alumínio oferecem economias de peso significativas em comparação com ferro fundido.

Ruído e vibração

Altas velocidades rotacionais nos estágios iniciais de um redutor de velocidade podem gerar ruído e vibração, especialmente se engrenagens retas de corte reto forem usadas. Engrenagens helicoidais normalmente funcionam de forma mais suave e silenciosa.

Engrenagens sem-fim podem apresentar operação mais silenciosa, embora menos eficiente. Redutores de precisão com dentes de passo mais fino e tolerâncias rigorosas geralmente apresentam menos ruído e vibração.

A instalação de capas de amortecimento de som e o uso de acoplamentos flexíveis nos eixos de entrada e saída podem mitigar ruído e vibração. A montagem do redutor deve evitar ressonância com a estrutura da máquina.

Tipos de redutores de velocidade

Redutores de engrenagem sem-fim

Os redutores de engrenagem sem-fim utilizam um sem-fim (parafuso) para acionar uma roda sem-fim. O arranjo de eixo não interseccional fornece uma configuração compacta em ângulo reto.

As relações de estágio único variam de 5:1 a 60:1, com relações maiores possíveis em unidades de redução dupla e tripla. Engrenagens sem-fim são ineficientes, mas fornecem alto torque de saída em um pacote pequeno.

Redutores de engrenagem sem-fim são suscetíveis a desgaste e limitações de capacidade térmica devido ao contato de dentes deslizantes. Eles são mais adequados para aplicações de serviço intermitente.

Redutores de engrenagem helicoidal

Redutores de engrenagens helicoidais empregam engrenagens cilíndricas com dentes inclinados, geralmente com eixos paralelos. Os dentes sobrepostos proporcionam uma operação suave e silenciosa com relações de até cerca de 8:1 por estágio.

Engrenagens helicoidais são comumente empilhadas em múltiplos estágios para relações mais altas. Esses redutores oferecem um bom equilíbrio entre desempenho e economia em um envelope relativamente compacto.

Redutores de engrenagens helicoidais são bem adequados para aplicações que exigem alta eficiência e baixo ruído. A orientação do eixo paralelo pode ser uma vantagem ou limitação, dependendo da instalação.

Redutores de engrenagem planetária

Redutores de engrenagem planetária (ou epicíclica) têm eixos de entrada e saída coaxiais. Múltiplas engrenagens planetárias giram em torno de uma engrenagem solar central dentro de uma engrenagem de anel externo, dando alta densidade de potência.

Engrenagem planetária Os estágios podem oferecer uma redução de até 12:1, com relações de redução acima de 300:1 possíveis com múltiplos estágios. Os eixos coaxiais e o design compacto e simétrico tornam as engrenagens planetárias ideais para espaços apertados.

Redutores planetários em linha são muito eficientes. Unidades de ângulo reto incorporam engrenagens cônicas, com algum sacrifício de eficiência e suavidade. Engrenagens planetárias são capazes de torque muito alto e confiabilidade excepcional.

Redutores de engrenagem cicloidais

Redutores cicloidais usam um mancal excêntrico para acionar um disco cicloidal em um movimento oscilante contra pinos de anel estacionários. A saída é por meio de rolos no disco cicloidal acoplados a furos em um flange de eixo de saída.

O movimento cicloidal atinge relações extremamente altas, de até 300:1 em um único estágio, com folga zero. Engrenagens cicloidais têm eficiência média a baixa, mas fornecem níveis excepcionais de carga de choque e proteção contra sobrecarga.

Redutores de engrenagens cicloidais são usados ​​em aplicações de serviço pesado que exigem torque máximo em um pacote compacto e durável com alto grau de precisão dinâmica e rigidez torcional.

Redutores de Engrenagens Cônicas

Redutores de engrenagens cônicas têm eixos de intersecção, geralmente perpendiculares. Engrenagens cônicas retas têm um perfil cônico, enquanto engrenagens cônicas espirais têm dentes curvos semelhantes a engrenagens helicoidais.

Redutores de engrenagem cônica são úteis para fazer curvas em um sistema de transmissão de potência. Os eixos são tipicamente horizontais e verticais, mas podem estar em qualquer ângulo. Engrenagens cônicas hipoides são deslocadas como engrenagens sem-fim.

Engrenagens cônicas espirais são mais fortes, mais suaves e mais silenciosas do que as cônicas retas. Elas são comumente usadas em pares ou combinadas com engrenagens de dentes retos ou helicoidais em redutores multiestágios.

Cálculo de relações de transmissão

O relação de transmissão é a razão entre o número de dentes da engrenagem movida e o número de dentes da engrenagem motriz:

Gear Ratio = Number of Teeth on Driven Gear / Number of Teeth on Driving Gear

A proporção geral de um redutor multiestágio é o produto das proporções de estágio individuais. Por exemplo, um redutor com proporções de estágio de 5, 4 e 3 tem uma proporção total de 60:1 (5 x 4 x 3).

A taxa de redução de velocidade é o inverso da taxa de engrenagem. Neste exemplo, a taxa de engrenagem 60:1 resulta em uma velocidade de saída de 1/60 da velocidade de entrada.

Um redutor aumenta o torque na mesma proporção em que reduz a velocidade. Ignorando perdas de eficiência, a potência (torque x velocidade) permanece constante. Com 100% de eficiência:

Power In = Power Out
Torque In x Speed In = Torque Out x Speed Out
Torque Out = Torque In x Gear Ratio

Na prática, a saída de torque real é reduzida em aproximadamente 1-5% por estágio de engrenagem devido a perdas de eficiência. Engrenagens sem-fim têm significativamente mais perda de potência.