ヘリカルギアボックスとは何ですか?産業用途のための究極のガイド

ヘリカルギアボックスとは: エンジニアリングの概要

クイックアンサー

ヘリカルギアボックスは減速機で、歯車の歯はシャフト軸に対して斜めにカットされており、ねじれ角は、平歯車のように真っ直ぐではなく、通常は15°から30°です。角度の付いた歯は一度にすべてではなく徐々にメッシュに入るため、複数の歯対がいつでも負荷を運びます。オーバーラップは、同じサイズの平ユニットよりもノイズが 8–14 dB 少なく、許容トルクが約 30–50% 増加しますが、スラストベアリングが吸収しなければならない軸方向のスラスト、つまり 15° での接線力のおよそ 27% と 30° での接線力の約 も生成します。単一の精密ヘリカルメッシュは 98–99.5% の効率に達します。完全な密閉型ユニットは通常 95–98% を提供します。 58%

ヘリカルギアボックスとは何ですか?

ヘリカルギアボックスは、周囲に構築された機械的な動力伝達装置です。 ヘリカルギア:歯がシャフトと平行ではなくらせん状に切断されている円筒歯車。その役割は、回転速度を下げてトルクを増やすことです。原動機と駆動機械の間に取り付けられ、高速、低トルクの出力を回転させます。 電動モーター コンベア、押出機、ミキサー、クレーンが実際に必要とする低速で高トルクの動きに。減速原理は、どのものと同じです 減速機. らせん設計を際立たせているのは、歯の形状と、形状が生み出す滑らかで静かな噛み合いです。

その中心は、 ねじれ角 (ψ)は、歯と歯車軸の間で測定されます。一般的な工業ユニットは15°から30°の間に集まり、20°はインライン減速機の通常のデフォルトです。ねじれ角は、オーバーラップ比、軸方向の推力、ノイズシグネチャー、および負荷の共有方法を制御するため、ボックス全体で最も影響力のある単一の数値になります。それを上げると、メッシュはよりスムーズで静かに動作しますが、ベアリングへの推力が大きくなります。トレードオフは エンジニアリングデータセクション 下。

ギアボックスとギアモーター

むき出しの ヘリカルギアボックスはすば歯車減速機または減速機とも呼ばれ、それ自体が減速段です。これは、比率、定格トルク、および取り付けによって指定され、インテグレーターが選択したモーターに結合されます。A ヘリカルギアモーター モーター、ピニオン、ギアボックスが組み立て済みで、定義された同心度に整列された状態で工場から出荷されます。体重を量る人 ギアモーターに対するギアボックス 実際には、2つの作業方法から選択します。統合されたユニットは、現場での組み立てエラーを排除するため、OEM生産では通常、それを指定していますが、別のギアボックスを使用すると、既存のモーターを保持できます。1つのステージが目標比率に到達できない場合は、2つまたは3つが積み重ねられます。 減速機の種類の種類 それらの比率制限は、コンパニオンガイドでカバーされています。

ヘリカルギアボックスの仕組み

原理は機械的です ギア減速、らせんが歯の出会い方を決定します。速度は下がり、トルクは上昇し、接触は瞬時ではなくプログレッシブであるため、同じサイズの拍歯メッシュを経由するよりもスムーズで静かです。

スピードとトルクの取引

理想的な減速機は、入力トルクに比率を掛けた出力トルクを提供します。実際のユニットは、その一部をメッシュ摩擦、ベアリング抵抗、および効率用語である潤滑剤の撹拌に戻します η アカウント:

Tアウト = Tで ×i×η そして Nアウト = nで / 私

ここで、 私は は減速比、 Tで モータートルクと η ギアボックスの効率。ヘリカルメッシュは主に転がり接触で機能するため、その効率は高いままであり、ギアタイプの中では珍しく、比率範囲全体でほぼフラットに保たれます。したがって、ヘリカルユニットは95–98%を低比率から高比率まで維持しますが、 ウォームギア減速機 同じ比率の 40–60% に下がる可能性があります。

ねじれ角と軸方向の推力

角度の付いた歯もシャフトを横に押し、この力は 軸方向推力. ねじれ角の接線でスケーリングされます。

エフを = エフt × タン(ψ)

ここで、 エフt は接線方向の(有用な)荷重であり、 ψ ねじれ角。15°では、推力は有効力の約27%に達し、20°、36%、30°、58%に達します。したがって、シングルヘリカル減速機は適度な角度にとどまり、ベアリングの選択は後で処理するのではなく、早期に解決する必要があります。推力を無視し、 スラストベアリングの故障 は予測可能な結果です。ダブルヘリカル、またはヘリンボーンギアは、同じギアで2つのヘリックスを対向させることで問題を取り除きます。価格は、同等のシングルヘリカルギアの製造コストのおおよそ1.5〜2.5倍です。

接触比と負荷分散

平歯は一度に全幅に沿って噛み合うため、接触比はおおよそ 1.2–1.6 になり、ピッチ ポイントに荷重を運ぶ歯対は約 1 つだけになります。らせん状の歯は徐々に入り込み、接触比を 1.8–2.4 に上げます。より多くの歯が同時に荷重を分担し、ピーク接触応力が低下し、同じギア サイズでより多くのトルクが伝達されます。材料の変更は含まれません: 追加の容量は、荷重の共有のみによってもたらされます。

ヘリカルギアボックスの種類の比較

ヘリカルギアリングが単独で移動することはめったにありません。目標比率と特定のシャフトレイアウトに到達するには、平、ベベル、ウォーム、または遊星ステージと組み合わされます。OEMが指定する可能性が最も高い構成を以下に比較します。

実際には、シングルヘリカルステージは平行軸インラインドライブに適しており、ヘリカルベベルは、ドライブがヘリカル効率を維持しながら90°回転する必要がある場合に選択され、ウォームまたはウォームまたは サイクロイド減速機 自動ロックまたは非常に高いコンパクト比が効率の損失よりも重要な場合にのみその地位を獲得します。同軸の高トルクデューティの場合、 遊星歯車用ギアボックス 多段ヘリカルユニットと直接競合するため、 惑星タイプ アーキテクチャが修正される前に比較する価値があります。

エンジニアリングデータ:効率、速度、負荷容量

カタログの見出し効率は、損失がステージごとに倍増するという事実を隠しています。ステージが追加されると全体的な効率が低下するため、同じ出力電力で3ステージの94%ユニットは2ステージの96%ユニットよりも測定的に高温で動作します。

ねじれ角自体は妥協点であり、下の表はその両側に数字が記載されています。

熱限界、硬化、デューティ

連続 S1 デューティでは、温度上昇は電力損失 (P損失 = Pで × (1 − η)したがって、低効率構成は加熱が速くなり、オイルクーラーまたはより大きなフレームが必要になる場合があります。工業用ヘリカルギアは、通常、側面で約58–62 HRCまでケース浸炭され、その後、研磨またはホーニングされます。硬い表面は孔食に抵抗し、伝達誤差を低減します。定格荷重は、表面孔食(接触応力)と歯根曲げ疲労の2つの独立した故障モードに対してチェックされます。 ISO 6336 または ANSI/AGMA 2101. どちらのチェックも適用されたサービスファクターで合格する必要があり、平均トルクだけではクリアするのに十分ではありません。

最高のアプリケーション

ヘリカルギアボックスは、ドライブが静粛でトルク密度を同時に高くする必要がある場合に選ばれます。この範囲を固定した4つのアプリケーションファミリーは、 ヘリカルギア減速機 今もそのまま残り、5分の1は彼らとともに成長しました。

重工業は古典的なホームです。ベルトコンベア、クラッシャー、押出機、ミキサーは、衝撃荷重に耐えるためにヘリカル歯の負荷分散能力に依存しており、これらのコンベアの自動化バージョンは、同じ駆動ロジックに従って マテリアルハンドリング機器 そして包装ライン。次に自動車およびEVのドライブトレインが登場し、コンパクトなヘリカルおよびヘリカルベベルユニットが、騒音が少なく、比率範囲全体でほぼ一定の効率でモーター速度を変更します。 電気自動車の牽引力です。

再生可能エネルギーは、緩い仕様を罰するケースです。風力タービンのピッチドライブとヨードライブは、可変の反転負荷の下で精度を維持する必要があるため、歯面の品質とバックラッシュ制御は、生の比率よりも重要です。 産業用ファンとブロワー ケースは、同様の気流側の選択ロジックに従います。食品および医薬品加工は、ボトリングラインや充填ラインでらせんユニットを衛生的に保ち、滑らかなメッシュが高速ラインで製品を揺らす振動をカットするステンレス鋼の洗浄定格ハウジング、つまり再び異なるものに住んでいます。

ロボット工学と自動化がリストを締めくくります。手首の関節と直線軸は、らせん状または遊星のステージをペアにして、静かで再現性のある動きを実現し、同じ要件を実現します。 ロボットアームには減速機が必要 あらゆる関節で。

ヘリカルギアボックスの選び方(実例付き)

選択は、サービス係数の選択である最初のステップで最も頻繁にうまくいかないので、実数で説明する価値があります。

選択チェックリスト

1. 荷重を定義します。 必要な出力トルク T必要条件 と出力速度 Nアウト出力電力 Pアウト = (T必要条件 ×nアウト) / 9550です。
2. サービス係数を適用します。 取る KA から ISO 6336-1 または、電源と駆動機械の特性に応じたAGMA。10 h/dayより約10%、ダイレクトオンライン(DOL)モーター始動の場合は+0.25、ディーゼル原動機の場合は+0.2を追加します。次に、 T選択 = T必要条件 × KAです。
3. 比率をピックします。 i = nで / nアウトをクリックし、最も近い標準比率に切り上げます。
4. フレームのサイズを設定します。 所定出力速度での定格出力トルクが T選択. モーターkWはこの決定に入るべきではありません。
5. モーターを確認します。 Tで = T選択 / (i×η)で、モーターが定格電流または始動電流で供給していることを確認します。
6. 熱と取り付けを確認してください。 連続 S1 には熱ヘッドルームが必要であり、垂直マウントには漏れを止めるためのオイル シールが必要です。出力シャフトのラジアルおよびアキシアル荷重の制限を確認します。
7. バックラッシュとノイズのターゲットを設定します。 「静か」や「正確」を求めるのではなく、測定可能な数値としてアーク分とdBを指定します。文書化されたL10寿命を求めます。

どの減速機サイズにも適用される一般的な方法論は、 減速機モーター選択ガイドと、その基礎となるトルク関係は、 モータートルク計算リファレンスです。

作業例:コンベアドライブサイジング

要件: ベルトコンベアのニーズ T必要条件 = 400 N・m で Nアウト = 60 rpm、16 h/日で稼働しています。モーターは4 kWケージ誘導ユニットです。 Nで = 1450 rpm、直接オンラインで開始されました。2 段シングルヘリカルギアボックスが提案されています (η = 0.96)を呼び出します。

25:1ユニットは58 rpmで、目標から3%以内に着地し、4 kWモーターは3.8 kWの要件をマージンでカバーします。カタログに示さなければならないのはギアボックスの定格です:58 rpmで少なくとも600 N·m連続。ここで重要なのはモーターのネームプレートではありません。

エンジニアリングでよくある間違い

1. DOLモーターを均一な負荷として扱う は最も一般的なサービスファクターエラーであり、警告なしに歯の曲げの寿命を半分にします。
2. スラストベアリングなしで30°シングルヘリカルメッシュを指定すると、アキシアルスラストが無視され、ラジアルベアリングに過負荷がかかり、寿命が短くなります。
3. サイズ調整 出力トルクではなくモーターkW もう一つは頻繁なスリップです:ギアボックスはトルク装置であるため、カタログ定格は実際の出力速度で比較する必要があります。
4. 比率を過剰にすると、効率が 2% になり、ハウジングが長くなり、速度目標が達成されると何も得られません。
5. セルフロックは魅力的ですが、40–60%で動作するワームユニットは、同等のヘリカルドライブの入力電力を2倍にすることができます。
6. S1 デューティで 100% 負荷で連続運転すると、グリースが軟化し、低効率のユニットがつかむ可能性があるため、 サーマルシーリングです。
7. オイルシールなしで取り付けられた垂直マウントは、潤滑剤がシールを通過して移動し、上部ベアリングを枯渇させます。
8. 「低ノイズ」と「高精度」は、dB(A)とアークミニッツの数値がなければ意味を持ちません。

トラブルシューティング

現場での苦情のほとんどは、いくつかの原因に帰着し、以下の表は、各症状と、最初に確認する原因と、通常それを解決する修正を組み合わせたものです。そのうちの 2 つである騒音と過熱は、摩耗した部品と同様にサイズエラーである可能性が高いため、スペアを注文する前に原因の列を読んでください。

これらは一般的なものです。ギアの摩耗には他にもいくつかの根本原因があり、 ヘリカルギアボックスの摩耗の8つの原因 とともに ギアノイズリダクションガイド 診断をさらに進めてください。

グリーンスカイパワーを選ぶ理由

Greensky Powerは、中国を拠点とするメーカーです。 ヘリカルギアモーター そして カスタム電気モーター 世界中の産業、自動車、再生可能エネルギー、食品加工のOEMにサービスを提供しています。当社のヘリカルギアボックスは、2段および3段の平行軸設計とブラシ付きDCを組み合わせています。 ブラシレスDC およびACモーターは、一般的な主張ではなく、文書化されたトルク定格、サービス係数、およびL10寿命とともに引用されます。私たちはサポートします OEM/ODM レシオ、マウント、シャフト、フランジ、ブレーキにわたるカスタマイズと当社のエンジニアは、お客様の出力トルク、速度、デューティサイクルに基づいて、適切なヘッドルームで目標を満たす最小レシオを指定します。

材料と潤滑剤の適合性は、最終仕様の前に、実際の動作環境とデューティサイクルに対して検証する必要があります:温度範囲、洗浄化学、負荷プロファイルはすべて、シールと潤滑剤の選択に影響します。

関連リソース

• ギアボックスの概要(ピラーページ)
• ギアボックスとギアモーター — 違いは何ですか?
• さまざまなタイプの減速機
• 遊星ギアボックスはどのように機能しますか?
• 遊星ギアボックスの種類
• NMRVウォームギアボックスの選択
• ウォームギア減速機とは何ですか?
• ベベルギアボックスガイド
• サイクロイド減速機の説明
• 高調波駆動と遊星歯車の比較
• 減速機モーター選定ガイド
• モーターのトルクの計算方法
• 減速機の選び方は?
• ヘリカルギアボックスの摩耗の8原因
• 減速機の歯車騒音を低減する方法
• 中国のギアモーターメーカーとサプライヤー
• 電気モーターの基本
• ブラシレスDCモーター

参考文献

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13. maxon: ECモータおよびギアヘッド技術. maxongroup.com/maxon/view/content/ec-technology
14. FAULHABER:駆動システムのノウハウ. faulhaber.com/en/know-how

技術内容は、Greensky Powerアプリケーションエンジニアリングによってレビューされました。数値は一般的な業界範囲であり、最終仕様では、選択したモーター、デューティサイクル、および動作環境に対する検証が必要です。

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