Hoe u de juiste overbrengingsverhouding selecteert: een praktische gids voor ingenieurs en inkoopteams

De overbrengingsverhouding is de meest invloedrijke specificatie bij de keuze van een reductiemotor of versnellingsbak. Het bepaalt de uitgangssnelheid, het uitgangskoppel en of het motorvermogen efficiënt wordt omgezet in de mechanische beweging die de toepassing vereist. Een onjuiste reductieverhouding is een van de meest voorkomende oorzaken van ondermaatse prestaties van de reductiemotor in het veld - de motor en versnellingsbak kunnen perfect zijn vervaardigd en de juiste afmetingen hebben voor vermogen, maar als de verhouding verkeerd is, draait de uitgaande as te snel om bruikbaar te zijn of draait te langzaam om te voldoen aan de cyclustijdvereisten van de toepassing, en in beide gevallen is het koppel aan de uitgang te hoog (energieverspilling) of te laag (waardoor de motor afslaat of overbelast raakt).

Voor ontwerpingenieurs die aandrijfsystemen specificeren, OEM-apparatuurteams die standaard tandwielmotoren selecteren en inkoopteams die werken op basis van de specificatie van een ingenieur, is het begrijpen van hoe de reductieverhouding wordt gedefinieerd, hoe de verhouding moet worden berekend die nodig is voor een specifieke toepassing en hoe de verhoudingsselectie samenwerkt met de motorselectie praktische kennis die specificatiefouten en de daaropvolgende kosten ervan voorkomt. Deze gids behandelt al deze dimensies systematisch.

Wat is de tandwielreductieverhouding?

De overbrengingsverhouding (ook geschreven als de reductieverhouding, overbrengingsverhouding of i) is de verhouding tussen de ingangssnelheid en de uitgangssnelheid van een versnellingsbak of reductiemotor:

Reductieverhouding (i) = Ingangssnelheid (RPM) / Uitgangssnelheid (RPM)

Een verhouding van 10:1 betekent dat de uitgaande as draait met een tiende van de snelheid van de ingaande as (de motoras). Een verhouding van 50:1 betekent dat de uitgaande as draait met een vijftigste van het motortoerental. Hoe hoger de verhouding, hoe meer de versnellingsbak het toerental van de motoras aan de uitgang vertraagt.

De complementaire relatie met snelheid is koppel. In een ideale (verliesloze) versnellingsbak wordt door de reductie vermogen bespaard: als de snelheid wordt gehalveerd, wordt het koppel verdubbeld. Wiskundig:

Uitgangskoppel = Motorkoppel × Reductieverhouding × Versnellingsbakefficiëntie (η)

Waar de efficiëntie van de versnellingsbak η rekening houdt met wrijvingsverliezen binnen de tandwieltrappen, kan een goed ontworpen rechte of spiraalvormige planetaire versnellingsbak η = 0,92–0,97 per trap bereiken; een wormwieltrap heeft veel hogere verliezen, doorgaans η = 0,50–0,85, afhankelijk van de voorloophoek en verhouding. In een meertrapsversnellingsbak vermenigvuldigen de rendementen van elke trap: twee trappen van elk 0,95 geven een gecombineerd rendement van 0,95 × 0,95 = 0,90.

Hoe u de vereiste reductieverhouding voor uw toepassing kunt berekenen

De berekening begint met twee bekende grootheden: het vereiste uitgangstoerental van de toepassing (in RPM) en het nominale toerental van de motor (in RPM). Deze twee waarden definiëren rechtstreeks de vereiste reductieverhouding:

Vereiste verhouding (i) = nominaal motortoerental (RPM) / vereist uitgangstoerental (RPM)

Stapsgewijs voorbeeld

Denk aan een transportbandaandrijving die moet bewegen met een bandsnelheid van 0,5 m/s. De aandrijfrol heeft een diameter van 100 mm (straal = 0,05 m). De motor die wordt overwogen is een borstelloze DC-reductiemotor met een nominaal onbelast toerental van 3000 tpm.

Stap 1: Converteer de vereiste bandsnelheid naar de vereiste rolassnelheid (RPM).

Rolomtrek = 2π × 0,05 m = 0,314 m
Vereist as-toerental = bandsnelheid / omtrek = 0,5 m/s ÷ 0,314 m = 1,59 omw/s × 60 = 95,5 tpm

Stap 2: Bereken de vereiste reductieverhouding.

Vereiste verhouding = 3000 tpm / 95,5 tpm = 31,4

Stap 3: Selecteer de dichtstbijzijnde standaardverhouding.

Standaard planetaire reductiemotorverhoudingen zijn verkrijgbaar in discrete stappen - gebruikelijke verhoudingen zijn onder meer 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 80, 100 en combinaties daarvan. De dichtstbijzijnde standaardverhouding bij 31,4 is 30 of 35 (afhankelijk van het bereik van de fabrikant). Als u verhouding 30 selecteert, krijgt u een uitvoersnelheid = 3000/30 = 100 RPM (iets hoger dan vereist – controleer of dit acceptabel is); het selecteren van 35 levert 85,7 RPM op (iets lager - controleer ook de aanvaardbaarheid). Voor toepassingen met een specifiek vereist uitgangstoerental moet bij de berekening gebruik worden gemaakt van het werkelijke bedrijfstoerental onder belasting (dat iets lager ligt dan het nullasttoerental voor gelijkstroommotoren met borstels) en niet van het nullasttoerental.

Stap 4: Controleer of het koppel voldoende is.

Bereken het koppel dat nodig is op de uitgaande as om de last te verplaatsen. Als het nominale koppel van de motor T_motor is en de geselecteerde verhouding 30 is met rendement η = 0,95:

Uitgangskoppel = T_motor × 30 × 0,95

Vergelijk dit uitgaande koppel met het vereiste belastingskoppel. Als het uitgangskoppel ≥ het vereiste belastingskoppel is met een veiligheidsmarge (typisch 1,5× tot 2× voor intermitterend gebruik; 2× tot 3× voor continu gebruik onder schokbelasting), is de selectie geldig. Als dit niet het geval is, moet een motor met een hoger nominaal koppel of een hogere verhouding worden geselecteerd.

Standaard reductieverhoudingsbereiken per type reductiemotor

Hoe de reductieratio de prestaties van applicaties beïnvloedt

Uitvoersnelheid

Het meest directe effect: een hogere verhouding betekent een lagere uitvoersnelheid. Voor een bepaalde motor halveert een verdubbeling van de verhouding de uitgangssnelheid. Toepassingen die nauwkeurige bewegingen bij lage snelheid vereisen – klepactuatoren, zonnetrackeraandrijvingen, langzaam roterende roerwerken, transportsystemen met lage snelheid – hebben hoge verhoudingen nodig (50:1 tot enkele honderden op één). Toepassingen die een gematigde snelheid met koppelvermenigvuldiging vereisen – elektrisch gereedschap, AGV-aandrijfwielen op loopsnelheid, robotgewrichten – gebruiken doorgaans verhoudingen in het bereik van 10:1 tot 50:1.

Uitgangskoppel

Hogere verhouding = hoger uitgangskoppel van dezelfde motor, tot aan de nominale uitgangskoppellimiet van de versnellingsbak. De versnellingsbak heeft een maximaal nominaal uitgangskoppel dat niet mag worden overschreden, ongeacht welke verhouding en motorcombinatie theoretisch zou opleveren. Als het berekende uitgangskoppel (motorkoppel x verhouding x rendement) groter is dan het nominale uitgangskoppel van de versnellingsbak, is een groter versnellingsbakframe vereist.

Systeemefficiëntie en warmte

Elke versnellingstrap introduceert wrijvingsverliezen. Een hoge verhouding die wordt bereikt via meerdere versnellingstrappen heeft een lager algemeen rendement dan dezelfde verhouding die in minder trappen wordt bereikt. Voor toepassingen waarbij energie-efficiëntie van cruciaal belang is – door batterijen gevoede systemen zoals AGV-robots, medische apparaten, handapparatuur – vermindert het minimaliseren van het aantal versnellingstrappen en het kiezen van een efficiënte tandwielgeometrie (planetair in plaats van worm) het energieverbruik en de warmteontwikkeling aanzienlijk.

Speling

Speling — the small amount of angular play at the output shaft when the input direction reverses — accumulates across gear stages. A single-stage planetary gearbox may have backlash of 3–5 arc-minutes; a three-stage assembly accumulates backlash from all three stages. For position-critical applications (robotic arms, CNC positioning, camera pan-tilt systems), specifying a precision planetary gearbox with low-backlash helical gear sets reduces position error from backlash to 1–3 arc-minutes or less, compared to 10–20 arc-minutes in standard spur gear designs.

Veelvoorkomende fouten bij het selecteren van verhoudingen en hoe u deze kunt vermijden

Gebruik van onbelast motortoerental in plaats van belast toerental voor gelijkstroommotoren. Geborstelde en borstelloze DC-motoren draaien onder belasting op een lager toerental dan bij nullast. Het nominale toerental op het gegevensblad van een DC-motor is doorgaans het onbelaste toerental; bij nominaal koppel kan het toerental 10–20% lager zijn. Het gebruik van de onbelaste snelheid om de verhouding te berekenen levert een iets hogere verhouding op, wat leidt tot een iets lagere uitvoersnelheid dan bedoeld onder werkelijke belasting. Gebruik het toerental bij nominaal koppel (of bij het verwachte bedrijfskoppel) voor de verhoudingsberekening om een ​​nauwkeurige voorspelling van de uitgangssnelheid te krijgen.

Een verhouding selecteren die uitsluitend op snelheid is gebaseerd, zonder het koppel te controleren. De verhouding bepaalt zowel de uitgangssnelheid als het uitgangskoppel. Een verhouding die de juiste uitgangssnelheid levert, kan nog steeds onvoldoende zijn als het uitgangskoppel onvoldoende is voor de belasting. Voltooi altijd zowel de snelheidsberekening als de koppelverificatie voordat u de verhoudingsselectie voltooit.

Het negeren van het maximale uitgangskoppel van de versnellingsbak. De versnellingsbak heeft een mechanische limiet (het maximale nominale uitgangskoppel) waartegen de tandwieltanden en assen bestand zijn. Als het piekkoppel van de motor, vermenigvuldigd met de verhouding, deze limiet overschrijdt, loopt de versnellingsbak het risico op schade onder piekbelastingsomstandigheden. Controleer of het maximale uitgaande koppel van de versnellingsbak (te vinden in het productgegevensblad) het berekende maximale uitgangskoppel met een veiligheidsfactor overschrijdt.

Een te hoge verhouding selecteren "voor extra koppel." Door de verhouding te verhogen boven wat de toepassing vereist, wordt het snelheidsbereik van de motor verspild en kan het werkpunt van de motor naar een zeer lage snelheid worden verplaatst, waarbij sommige motortypen (met name AC-inductiemotoren) met een lager rendement en een lagere arbeidsfactor werken. Zorg ervoor dat de verhouding overeenkomt met de vereiste uitvoersnelheid, met een passende koppelmarge, in plaats van de verhouding willekeurig te maximaliseren.

Selectie van reductieverhoudingen op toepassingstype

Veelgestelde vragen

Kan ik de reductieverhouding van een bestaande reductiemotor wijzigen zonder de hele eenheid te vervangen?

Bij de meeste standaard motorreductorontwerpen – met name bij integrale motorreductoren waarbij de versnellingsbak en de motor één enkele afgedichte eenheid vormen – ligt de overbrengingsverhouding bij de productie vast en kan deze in het veld niet worden gewijzigd. Om de verhouding te wijzigen, moet de complete reductiemotor worden vervangen. In modulaire systemen waarbij een afzonderlijke versnellingsbak aan een motor is geflensd, kan soms de versnellingsbak alleen worden vervangen door een andere verhouding terwijl de motor behouden blijft, op voorwaarde dat de afmetingen van de uitgaande as van de motor overeenkomen met de invoer van de nieuwe versnellingsbak. In toepassingen waarbij een variabele uitgangssnelheid nodig is zonder de verhouding te veranderen, past een motorcontroller met variabele snelheid (omvormer voor AC-motoren, PWM-driver voor DC-motoren) de ingangssnelheid van de motor elektronisch aan, waardoor effectief een variabele uitgangssnelheid wordt geboden binnen het werkbereik van de motor.

Wat is het verschil tussen een overbrengingsverhouding en een reductieverhouding?

Bij algemeen gebruik voor reductiemotoren zijn de termen uitwisselbaar: beide verwijzen naar de verhouding tussen de ingangssnelheid en de uitgangssnelheid. Strikt genomen kan 'overbrengingsverhouding' verwijzen naar de verhouding van het aantal tanden van een enkel tandwielpaar (dat groter of kleiner kan zijn dan 1: 1 voor zowel snelheidsverhogende als snelheidsverlagende toepassingen), terwijl 'reductieverhouding' specifiek een snelheidsreductie impliceert (uitgang langzamer dan ingang, verhouding groter dan 1:1). Voor tandwielmotoren waarbij de output altijd langzamer is dan het motortoerental, beschrijven beide termen dezelfde waarde en kunnen ze door elkaar worden gebruikt in aanbestedings- en specificatiedocumenten.

Hoe beïnvloedt de tandwieloverbrengingsverhouding geluid en trillingen?

Tandwielmotoren met een hogere overbrengingsverhouding hebben doorgaans meer tandwieltrappen, die elk bijdragen aan het geluid en de trillingen van de tandwieloverbrenging bij de ingrijpingsfrequentie (een functie van het aantal tanden en de assnelheid). Planetaire tandwielontwerpen verdelen het tandingrijpingscontact tegelijkertijd over meerdere planeetwielen, waardoor de individuele tandbelasting en de daaruit voortvloeiende trillingen aanzienlijk worden verminderd in vergelijking met een tandwielreeks met één tandcontact en een gelijkwaardige verhouding. Voor geluidsgevoelige toepassingen – medische apparaten, kantoorautomatisering, consumentenapparatuur – verminderen spiraalvormige tandwieltanden, die geleidelijk in elkaar grijpen in plaats van met een plotselinge impact zoals rechte tanden, het geluid en de trillingen verder in gelijkwaardige verhoudingen.

Tandwielmotoren met volledig ratiobereik van Zhejiang Saiya Intelligent Manufacturing

Zhejiang Saiya Intelligent Manufacturing Co., Ltd. Deqing, Zhejiang, produceert micro-AC-reductiemotoren, kleine AC-reductiemotoren, geborstelde DC-reductiemotoren, borstelloze DC-reductiemotoren, planetaire reductiemotoren en precisie planetaire tandwielkasten met reductieverhoudingen van 3:1 tot meer dan 10.000:1. Standaardverhoudingen en aangepaste verhoudingsconfiguraties zijn beschikbaar voor alle productlijnen. Producten worden gebruikt in AGV-systemen, industriële robots, logistieke automatisering, fotovoltaïsche tracking, medische apparatuur en precisieautomatisering op mondiale markten. OEM- en ODM-ontwikkeling beschikbaar voor aangepaste reductiemotorspecificaties.

Neem contact met ons op met de vereiste uitgangssnelheid, het belastingskoppel, het ingangsvermogen en de inschakelduur van uw toepassing om een ​​aanbeveling en offerte voor de reductiemotor te ontvangen.

Gerelateerde producten: Planetaire reductiemotoren | Precisie planetaire versnellingsbak | Borstelloze DC-reductiemotoren | Geborstelde DC-reductiemotoren | Micro AC-reductiemotoren | Kleine AC-reductiemotor