減速機ギアボックスとは何ですか？

減速機の選択と統合は、単にカタログから 1 つを選ぶだけではありません。ほとんどの場合、公開されている最大トルク、速度、およびラジアル荷重を同時に使用することはできません。幅広い動的アプリケーションに対応するには、適切なサービス係数を適用する必要があります。そして、適切な減速機を選択したら、適切な設置とメンテナンスが寿命を最大化するための鍵となります。

減速機のカテゴリ

幅広い機械式減速装置には、プーリー、ギア、ピニオン、フリクション ドライブなどがあります。エンジンの速度を変えることができる電化製品もあります。この説明では、インラインと垂直の 2 つの主な構成を持つクローズド ドライブ減速機 (スパー ドライブおよびギアボックスとも呼ばれます) に焦点を当てます。それらのそれぞれは、さまざまな種類のギアで実現できます。線形モデルは通常、はすば歯車または平歯車、遊星歯車、サイクロイド機構、または高調波発生器で構成されます。遊星設計は一般に、最小のパッケージで最大のトルクを提供します。サイクロイドおよびハーモニック ドライブは、比率が高くコンパクトな設計を提供しますが、ヘリカルおよびヘリカル ギア ユニットは一般的に最も経済的です。それらはすべて非常に効率的です。

ウォーム ギアは、おそらく最もコスト効果の高い減速ソリューションですが、通常は最低でも 5:1 であり、ギア比が大きくなるにつれて効率が大幅に低下します。かさ歯車減速機は非常に効率的ですが、効果的な減速の上限は 6:1 です。アプリケーションのタイプによって、どの減速機設計が要件を最もよく満たすかが決まります。

減速機を選択する前に、ユニットを適切に選択して取り付けるための技術データを収集する必要があります。トルク、速度、出力、減速機の効率、サービス係数、取り付け位置、接続変数、および必要な耐用年数です。一部の用途では、遊びの量、伝達誤差、ねじり剛性、および慣性モーメントも重要です。

トルク、スピード、パワーの関係

必要なトルクは、減速機がしなければならない仕事の量に変換されるため、おそらく最も重要な基準です。単純なアプリケーションでは、トルクの決定は比較的簡単ですが、複雑な機械では難しい場合があります。慣性、摩擦、および重力 (運動に抵抗する傾向がある物理現象) を特定して、それらを克服するのに十分なトルクを生成できるようにする必要があります。これは、複雑なマシンでは難しい場合があります。慣性、摩擦、および重力 - 通常は運動に抵抗する物理現象 - を特定して、それらを克服するのに十分なトルクを生成する必要があります。摩擦係数と慣性質量の加速と制動を考慮することは、必要なトルクを計算する際に重要です。既存の機械に必要なトルクを見つけるための近道は、電流引き込みを決定することによってモーター電流を読み取ることです。次に、必要な電力を見つけるために計算を行うことができます。最後に、標準トルク式を使用し、さまざまな比率を考慮して、最終的なトルク値を取得できます。

必要な電力を決定したら、サービス ファクターを考慮して、デバイスのサイズを適切に調整する必要があります。サービス ファクターでは、稼働日数、始動と停止の回数、負荷特性、電源など、その他の動作パラメーターが考慮されます。ほとんどの減速機は、指定された寿命時間での最大トルクの定格です。これらの定格の制限要因は、ギアやシャフトの強度ではなく、ベアリングの寿命です。ベアリングは負荷がかかったギアの分離力をサポートする必要があるため、負荷が最大定格未満であるとギアボックスの寿命が長くなります。逆に、上で強調したように負荷変数を増やすと、ギアボックスの寿命が短くなります。したがって、実効トルク要件に到達するには、適切なサービス係数を適用する必要があります。

この段階で減速機とモーターを選択できます。通常、特定の速度で動作するエンジンやモーターなど、主要な動力源が選択されます。減速機の正しいギア比とその結果のトルクの乗算を取得するには、モーターの速度を被駆動要素の速度で割るだけです。次に、さまざまな要因と値を標準のモーター出力式に追加することで、正しいモーター サイズを見つけることができます。

選択が終わったら、次の問題はギアボックスをどのように機械に組み込むかです。主な関心事は、ギアボックスがどのように取り付けられるか、およびコントローラーと被駆動負荷にどのように接続されるかです。

シャフトの向きは、最初の考慮事項の 1 つです。多くのアプリケーションでは、入力または出力シャフトを垂直に配置することが望ましいです。この場合、適切な潤滑を確保するために細心の注意を払う必要があります。ギアボックスのオイルまたはグリースは、ギアの摩耗を防ぐだけでなく、ベアリングの摩耗も減らします。したがって、シャフトの 1 つを垂直に取り付けると、最上部のサポート ベアリングが必要な潤滑を得られない場合があります。ギアの設計によっては、オイル リザーバー内で回転するギアからの飛沫と曇りで適切な潤滑を確保するのに十分ですが、低速タイプの場合は、事前に潤滑された密封されたベアリングを取り付ける必要があります。さらに他の高速用途では、内部または外部ポンプを使用して、潤滑剤を目的の場所に送る必要がある場合があります。シャフトを垂直に取り付ける必要があるときはいつでも、別の潤滑方法が必要かどうかを判断することが重要です。

次の課題は、減速機を動力源と被駆動負荷にどのように接続するかです。オプションには、プーリー、ラックまたはピニオンによる駆動、クラッチへのリンク、ライン シャフト、またはユニバーサル ジョイント、被駆動シャフトへのシャフトの直接取り付けが含まれます。

プーリー、スプロケット、またはギアに接続する場合、主な問題は、一般にオーバーハング荷重として知られるラジアル荷重です。シャフトベアリングは、ギアを分離する力をサポートするだけでなく、特定のラジアルおよびスラスト荷重をシャフト自体に伝達するように設計されています。プーリーやギアで駆動する場合、ベルトやチェーンがシャフトを回転させようとするため、ラジアル方向の力が発生します。この力の大きさは、伝達されたトルクをプーリーまたはスプロケットの半径で割った値として計算できます。ただし、通常、横方向の力はこれだけではありません。プーリーまたはチェーンは、ドライブ側は固いが、リア側はガタがある。通常、騒音を低減し、ベルトの滑りや歯飛びを防止するために、テンション装置が取り付けられます。ベルトまたはチェーンがきつくなると、追加のラジアル荷重が発生します。ギア ドライブを選択するときは、トルクと張力から生じるラジアル荷重の組み合わせを考慮する必要があります。

減速機をクラッチに接続し、ライン シャフトと U ジョイントに接続する場合、位置合わせが主な問題になります。ギアボックス ハウジングと取り付けプレートの加工公差のため、フレキシブル カップリングをお勧めします。正確な位置合わせを行わないと、リジッド カップリングを使用すると、シャフト ベアリングに過剰な横荷重がかかる可能性があります。フレキシブル カップリングの場合でも、ほとんどのカップリングでは 0.005 ～ 0.010 インチの平行ミスアライメントと 1 ～ 3 ° の角度ミスアライメントしか許容されないため、適切なアライメントが必要です。多くのクラッチ設計はさまざまな用途に適していますが、減速機の寿命を最大限にするには、クラッチがそのタスクに適合する必要があります。

ギアボックスを接続するための 3 番目のオプションは、中空ボア出力軸を備えた従動軸にギアボックスを直接取り付けることです。これにより、アライメントとラジアル荷重に関する懸念が軽減され、スペースが節約されます。ギアボックスからマシン フレームまでのサポート アームにより、ギアボックスがシャフトを中心に回転するのを防ぎます。

複数のギア設計により、モーターをギアユニットに直接取り付けることができます。これらの設計には、モーターを減速機に直接接続できるようにするための非常に精密なフランジ、またはカップリングが組み込まれた他のアダプターが含まれています。これにより、モーターを個別に取り付ける必要がなくなりますが、これは通常、小型のモーターでのみ実用的です。