Per avere un’idea di base, pensa a un ingranaggio in un cambio come una ruota a pale nell’acqua. Più la ruota a pale è immersa nell’acqua e più velocemente gira, più acqua si sposta. L’atto di spingere da parte l’acqua (o l’olio, nel nostro caso) genera calore, che viene comunemente chiamato zangolatura.
Cosa cercare in una valutazione termica della trasmissione ad ingranaggi
Quando gli ingegneri assegnano una valutazione termica a una trasmissione ad ingranaggi , vengono fatte alcune ipotesi sulle condizioni operative. È importante comprendere questi presupposti e il modo in cui contribuiscono alla valutazione termica della trasmissione a ingranaggi.
Temperatura di esercizio ambiente
I fattori ambientali circostanti sono importanti da considerare quando si seleziona una trasmissione a ingranaggi. Qual è la temperatura ambiente massima di esercizio per un periodo di utilizzo prolungato? Una trasmissione a ingranaggi per un progetto all’aperto nel deserto dovrà adattarsi a una temperatura ambiente più elevata rispetto a una trasmissione a ingranaggi nel gelido Canada settentrionale.
Altitudine dell’applicazione
La tua trasmissione ad ingranaggi si trova in cima a una linea a 15.000 piedi? Quando una trasmissione ad ingranaggi viene utilizzata ad alta quota, la sua naturale capacità di dissipare il calore è ridotta a causa dell’aria più rarefatta.
Velocità dell’aria ambiente
È importante considerare anche la velocità dell’aria ambiente. Una trasmissione ad ingranaggi in un’area ristretta come uno spazio di fabbrica può diventare più calda di una trasmissione ad ingranaggi all’aperto. Su un nastro trasportatore all’aperto, il tuo cambio può beneficiare dei campi di vento naturali (se presenti) per raffreddare l’azionamento.
Ciclo di lavoro
Un altro fattore da considerare è il ciclo di lavoro dell’unità. In altre parole, quanto dura l’azionamento? Se un convertitore funziona continuamente, il ciclo di lavoro è del 100%. D’altra parte, se si esegue l’unità solo per incrementi di dieci minuti, la probabilità di riscaldamento (o surriscaldamento) è notevolmente ridotta. Generalmente, i riduttori più grandi beneficiano di cicli di lavoro più brevi rispetto ai riduttori più piccoli. Ci vuole molto più tempo perché un cambio più grande raggiunga una temperatura stabile.
Posizione di montaggio
Anche l’orientamento e la posizione della trasmissione a ingranaggi possono influire sui requisiti di classificazione termica. A seconda della posizione dell’unità, l’olio può trovarsi in modo diverso all’interno dell’unità. La posizione dell’unità può anche influenzare il modo in cui funziona.
Comprensione della valutazione termica
Come puoi vedere, ci sono una serie di fattori da considerare quando guardi la valutazione termica di una trasmissione ad ingranaggi. Ogni unità ha due valutazioni diverse:
- La valutazione meccanica, o la capacità di trasmettere potenza meccanica.
- Il rating termico, ovvero quanta potenza può essere trasmessa continuamente attraverso l’azionamento senza surriscaldarsi.
Entrambe le valutazioni sono estremamente importanti. Se la capacità della trasmissione ad ingranaggi di dissipare l’energia termica è insufficiente, l’unità si surriscalda, causando gravi danni e guasti. La maggior parte delle classificazioni termiche del catalogo dei produttori sono impostate in base alle seguenti condizioni presunte (sebbene queste possano variare in base al produttore e alla linea di prodotti):
- La temperatura ambiente è di 68 ° F (20 ° C).
- L’altitudine è compresa tra il livello del mare e 2460 piedi.
- La velocità dell’aria ambiente è compresa tra 1,6 piedi al secondo e 4,6 piedi al secondo (tipico di una grande stanza interna).
- Il ciclo di lavoro è continuo.
- L’orientamento è montato a pavimento con alberi sullo stesso piano orizzontale.
Mentre guardi la valutazione termica, dovrai regolare in base alla tua applicazione. Se le condizioni termiche locali differiscono dalle condizioni ipotizzate sopra, dovrai tenerne conto nella tua decisione. Molti fattori di aggiustamento sono elencati nel catalogo, oppure il vostro rappresentante Rexnord può assistervi nel prendere in considerazione gli aggiustamenti dell’applicazione richiesti per la vostra situazione.
Opzioni per raffreddare la trasmissione a ingranaggi
Per molte applicazioni, potresti aver bisogno di più di Madre Natura per raffreddare la tua trasmissione a ingranaggi. Fortunatamente, ci sono diverse opzioni per abbassare la temperatura di esercizio. Confrontando le valutazioni termiche di varie unità, vedrai le valutazioni che tengono conto del raffreddamento della ventola, del raffreddamento ad acqua e senza raffreddamento.
Se facciamo un passo indietro nel tempo, apprendiamo che la generazione di calore delle trasmissioni ad ingranaggi è stata una considerazione importante nel settore solo dagli anni ’90 circa. Prima di allora, gli ingranaggi erano più morbidi e per trasmettere potenza meccanica erano più grandi, e quindi i cambi erano costruiti più grandi per ospitarli. I riduttori più grandi generalmente avevano una superficie sufficiente per dissipare il calore in modo naturale.
Con l’uso tradizionale di ingranaggi cementati, la potenza meccanica è stata trasferita in un pacchetto più piccolo. Poiché la superficie dell’alloggiamento continua a ridursi, aumenta anche la capacità di dissipare il calore. Pensala come una tazza di caffè caldo: se hai una tazza molto stretta, soffiare sulla parte superiore richiederà comunque molto tempo per raffreddarsi. Se versi il caffè in una ciotola o in una padella poco profonda, hai una superficie molto più ampia che si raffredda più velocemente.
Ventilatori ad albero
In molti componenti dell’azionamento sono disponibili ventilatori collegati all’albero. Questi ventilatori funzionano in modo semplice ed efficace. Una ventola è fissata all’albero ad alta velocità, poiché il motore fa girare l’albero, anche la ventola gira. La ventola soffia aria sull’unità, raffreddandola durante il funzionamento (e migliorando la potenza termica dell’unità).
Lo svantaggio dell’uomo del raffreddamento della ventola dell’albero è che è solo così efficace. La ventola è solo in grado di soffiare tanta aria per abbassare la temperatura. La sua efficacia è anche legata alla velocità del motore, quindi i riduttori con velocità di ingresso inferiori non ne beneficeranno altrettanto.
Raffreddamento ad acqua
Un’altra opzione per raffreddare il cambio è aggiungere tubi all’interno della trasmissione a ingranaggi e pompare acqua attraverso i tubi. Quando l’olio si riscalda, l’acqua fredda all’interno dei tubi estrae il calore dalla coppa dell’olio. Sebbene questa sia una soluzione molto efficace, richiede un’attenta progettazione per garantire un accesso costante all’acqua fredda e prevenire la corrosione dei tubi, tra le altre cose. Eventuali perdite nei tubi potrebbero contaminare rapidamente l’olio del cambio con acqua.
Raffreddamento olio-acqua
Un’altra opzione per raffreddare un riduttore consiste nell’utilizzare uno scambiatore di calore a fascio tubiero esterno. Questa opzione di raffreddamento olio-acqua offre vantaggi simili al raffreddamento ad acqua diretto, senza la necessità di far scorrere l’acqua direttamente attraverso il cambio.
Lo svantaggio di questo metodo di raffreddamento è che è necessario garantire un accesso costante all’acqua fredda, simile al raffreddamento ad acqua diretto. È inoltre necessario far scorrere l’olio attraverso una pompa allo scambiatore di calore esterno, il che significa aggiungere una pompa alla trasmissione a ingranaggi. La pompa richiede l’utilizzo di un motore separato, che crea un altro punto in cui la trasmissione ad ingranaggi potrebbe guastarsi. È inoltre necessario fornire elettricità al motore della pompa, spesso a una tensione diversa rispetto al motore del cambio principale.
A seconda dell’applicazione, dell’accessibilità all’acqua e dei fattori termici esterni, una qualsiasi di queste soluzioni di raffreddamento della trasmissione a ingranaggi può essere efficace. L’obiettivo è sempre quello di trovare la soluzione di raffreddamento più efficiente con il minor numero di punti di guasto, che richiede la minima manutenzione.