Compradores coreanos e asiáticos que especificam um redutor de engrenagem helicoidal acima de i = 60 frequentemente se deparam com a mesma questão de configuração: manter um redutor de engrenagem helicoidal de estágio único e aceitar a perda de eficiência, ou optar por um híbrido helicoidal-helicoidal de dois estágios e arcar com o custo e a área ocupada adicionais para obter um η mais alto? A resposta depende do ciclo de trabalho, da meta de relação de transmissão, da tarifa de energia e da restrição de espaço ocupado — e os números de engenharia definem a escolha de forma clara assim que são apresentados. O artigo abaixo descreve as vantagens e desvantagens de cada configuração, os cenários de aplicação em que cada uma se mostra mais vantajosa e um filtro de decisão com três perguntas para o engenheiro de compras. Para as curvas de eficiência subjacentes que explicam por que a configuração de dois estágios oferece um η maior com uma alta relação de transmissão geral, consulte nosso material complementar. análise de curvas de eficiência.

A estrutura helicoidal de dois estágios em uma única imagem.

Um redutor de engrenagem helicoidal-sem-fim de dois estágios é exatamente o que o nome descreve: um par de engrenagens helicoidais atuando como o estágio de redução primário, alimentando um par de sem-fim e coroa atuando como o estágio de redução secundário, ambos os estágios alojados em uma única carcaça. O motor gira o pinhão helicoidal em sua velocidade máxima; a coroa helicoidal passa a engrenagem para o eixo sem-fim em velocidade reduzida; o sem-fim aciona a coroa de bronze na velocidade final de saída. Exemplos incluem as séries Nord SK 13, SEW S, Bonfiglioli VF-EP e a família Sumitomo Cyclo-HE.

A vantagem arquitetônica reside na divisão do trabalho. O par helicoidal lida com a extremidade de alta velocidade da redução com uma eficiência de 96-97%. O par sem-fim lida com a extremidade de alta relação de redução com uma eficiência de 80-85%, em uma relação menor do que a de um redutor de engrenagem sem-fim de estágio único comparável. A eficiência combinada é de aproximadamente 85-92%, substancialmente maior do que a de um redutor de engrenagem sem-fim de estágio único puro com a mesma relação de redução total.

A mesma arquitetura também amplia a faixa de relações de transmissão muito além do que um redutor de engrenagem helicoidal de estágio único pode oferecer. O redutor de engrenagem helicoidal de estágio único atinge seu limite em i = 100 antes que a eficiência caia drasticamente; o híbrido helicoidal-sem-fim opera sem problemas até i = 3.631 nos maiores tamanhos disponíveis no catálogo. Para aplicações que exigem baixas velocidades de saída com alto torque, a escolha arquitetônica é essencialmente binária: helicoidal-sem-fim de 2 estágios ou helicoidal de 3 estágios (que custa mais e perde os benefícios de saída em ângulo reto e travamento automático proporcionados pela geometria sem-fim).

Por que adicionar um estágio primário helicoidal?

Quatro motivações de engenharia impulsionam os projetistas a migrarem de um redutor de engrenagem helicoidal de um estágio para o híbrido de dois estágios. Cada uma delas apresenta um benefício mensurável, e a maioria das especificações práticas que impulsionam a atualização envolve duas ou três das quatro operando em conjunto.

• UMMaior alcance de proporção geral — ultrapassar o limite de estágio único i = 100 sem recorrer a uma configuração helicoidal pura de 3 estágios que elimina as vantagens da estrutura tipo worm.
• BMelhor eficiência em altas taxas de conversão — η combinado de 85-92% vs estágio único 60-70% em i > 60. A diferença de custo de energia em acionamentos de serviço contínuo recupera rapidamente o prêmio de custo unitário.
• CAceitação de velocidade de entrada mais alta — o redutor primário helicoidal suporta entradas de motor acima de 3.000 rpm, enquanto um redutor de engrenagem sem-fim de estágio único apresenta dificuldades acima de 1.500 rpm devido ao calor gerado pela velocidade de deslizamento.
• DQuadro compacto com alta relação de transmissão — Um redutor de estágio único com i = 100 requer uma roda de bronze grande; um redutor de dois estágios com o mesmo i = 100 divide a redução, permitindo que a roda sem-fim permaneça pequena. Carcaça compacta do redutor de engrenagem sem-fim para a mesma relação total.

Proporção de alcance: Tampa de estágio único e extensão de 2 estágios

A faixa de proporções que cada configuração abrange determina qual delas é viável para uma determinada aplicação. A visualização abaixo mostra a faixa prática que cada uma oferece, com a zona de sobreposição onde ambas as configurações são viáveis ​​e a escolha do engenheiro depende de fatores de eficiência ou custo.

Abaixo de i = 9, apenas o redutor de engrenagem helicoidal de estágio único é viável — a engrenagem primária helicoidal não consegue reduzir menos do que sua própria relação mínima. Acima de i = 100, apenas o redutor de engrenagem helicoidal-sem-fim de dois estágios oferece eficiência aceitável. A faixa intermediária, i = 30-100, é onde o cálculo de custo-benefício realmente importa e é o foco do restante deste artigo.

Aumento de eficiência quantificado

A vantagem de eficiência da configuração de 2 estágios aumenta conforme a proporção geral cresce. A comparação pareada abaixo mostra valores típicos de η em três proporções de referência, em PAG ISO VG 220 sintético a uma temperatura de óleo de 70 °C.

O padrão é claro: para um redutor de engrenagem helicoidalQuanto maior a relação geral, maior a vantagem de eficiência do sistema de dois estágios. Com i = 30, a diferença é de 13 pontos percentuais; com i = 100, a diferença é de 26 pontos percentuais. Para inversores de frequência operando em regime contínuo com alta relação, a configuração de dois estágios proporciona economia de energia mensurável ao longo da vida útil — tipicamente de US$ 20.000 a US$ 40.000 em 10 anos para um inversor de 7,5 kW em regime contínuo, considerando as tarifas industriais coreanas.

Equilíbrio entre custo e espaço ocupado

A configuração de redutor de engrenagem helicoidal de 2 estágios oferece maior eficiência e alcance de relações, ao custo de um preço unitário 30-50% mais elevado e uma carcaça 25-35% mais longa. Ambas as desvantagens são menores do que parecem quando comparadas à alternativa de um acionamento helicoidal puro de 3 estágios (que custa de 1,8 a 2,2 vezes o preço do redutor de engrenagem helicoidal de estágio único e adiciona um acoplamento cônico externo para saída em ângulo reto).

Seleção de Aplicativos — Cinco Cenários para Cada Configuração

Dez classes de aplicação comuns de redutores de engrenagem helicoidal coreanos e asiáticos e a configuração típica de cada uma. A divisão abaixo mostra onde o redutor de engrenagem helicoidal de 1 estágio permanece o padrão de engenharia e onde o híbrido de 2 estágios se torna a melhor escolha. Para aplicações de acionamento agrícola onde a carga de choque favorece a configuração de 2 estágios, consulte as notas de dimensionamento relacionadas. dimensionamento de caixas de engrenagens agrícolas.

O Filtro de Decisão — Três Perguntas

Para engenheiros de compras que precisam tomar decisões rápidas, as três perguntas abaixo resolvem a escolha da configuração em 60 segundos. Responda-as em ordem; a primeira resposta definitiva define a escolha e as outras refinam a especificação.

Perguntas frequentes sobre o mecanismo helicoidal de 1 estágio versus 2 estágios

Editor: Cxm