極端な周囲条件に耐えられるギアモーターを設計する方法

マイルズ・ブディミール著 | 2018年4月10日

ギアモーターの設計に関するいくつかの簡単なアドバイスに従うと、ギアモーターが最も過酷な環境でも確実に動作するようになります。

ガブリエル・ヴェンジン社長ABMドライブス株式会社

ギアモーター アプリケーションの設計は、多かれ少なかれ「通常の」条件下でも十分に困難です。ここでの通常とは、室温、安定した、または典型的な湿度と高度のようなものを意味します。 そのアプリケーションを極限環境に放り込むと、設計はさらに複雑になります。 しかし、そうである必要はありません。 極端な周囲条件でギアモータのアプリケーションを設計する人にとって、遵守することで設計を確実に成功させるために役立つガイドラインがいくつかあります。

まず基本的なことギアモーターは、ギア減速機と電気モーターを組み合わせたものです。 ギアモーターの出力シャフトで最も重要な 2 つの要素は、回転数とトルクです。 直角、ストレート、または平行シャフトのギアボックスは、永久磁石 AC、AC 誘導、またはブラシレス DC モーターと組み合わせることができます。

ここで説明するギアモータの用途は、冷凍庫、加熱されていない施設、または筐体内など、高圧の水噴霧にさらされることはありません。 これらは、フォークリフトや電気自動車、吊り上げ技術、建設機械、包装機械、さらには波止場クレーンホイスト、トロリーや橋の駆動装置などの用途に使用されています。

目標は、簡単にアクセスできない可能性があるため、ギアモーターをメンテナンスをほとんど行わずに、極端な周囲条件に何十年もさらされても動作できるようにすることです。 極端な温度や高度でも、ギアモーターには機械的に大きな違いはありません。 主に、潤滑、デューティサイクル、加熱または冷却の考慮事項、および建設材料の選択です。 したがって、これらのヒントは既存のシステムのアップグレードにも使用できます。

ここで取り上げる典型的なタイプのギアモーターには、3.2 ～ 40 トンの荷重を持ち上げるホイスト駆動ギアモーターが含まれます。 これらは、3 段平行軸ギアボックスを備えた 2.5 ～ 38 kW の非同期円筒ローター モーターによって駆動され、ドラム直径 140 ～ 405 mm および 4/1 リービングで 4 ～ 8 m/分の吊り上げ速度を実現します。 一般的な極切り替えモーター (8/2 極) が使用されます。 可変速度は、加速および減速ランプ用にインバータでプログラムされており、非常に遅い始動と制動により、負荷の変動を最小限に抑えます。

まずは、アプリケーションが動作する過去の極端な温度条件や、設計に関連する可能性のあるその他の固有の条件に関するデータを確認することから始めます。 次のセクションでは、温度、高度、湿度、およびこれらの要因がギアモーターの選択に与える影響について説明します。

ABM Drives の極限環境用ギアモーターの 3D CAD モデル。

温度

温度が-40℃まで下がるとギアモーターはどうなりますか? -40˚ C (-40˚ F) から +60˚ C (+140˚ F) まで、1 メートルのダクタイル鋳鉄は 0.123 mm 膨張します。 それがここで取り上げる温度範囲です。

高度は、これから取り上げるもう 1 つの極端な例です。 内燃エンジンの場合、一般的な経験則では、海抜 1,000 フィートごとに 3 ～ 4% の出力が損失します。 したがって、300 馬力の車は 10,000 フィートで 30 ～ 40 馬力が失われることになります。 密度が低いということは、圧縮が低いことを意味します。 大気中の実際の物質（主に酸素、窒素、アルゴン）がシリンダー内に引き込まれることが少なくなるため、圧縮が少なくなります。 ギアモーターの場合、これは熱を放散するための雰囲気が少なくなることを意味します。

極端な温度を補うにはどうすればよいでしょうか? (標準温度範囲は-20～+40℃です)一般的な極端な温度変動は、フォークリフトが -30 °C の冷凍庫から +40 °C のドックドアまで移動するときです。 極寒 (-40 ° C) から極高温 (+60 ° C) の両方の条件で、次のことに対処する必要があります。

ギアボックス オイル – 合成潤滑剤は、頻繁な始動と停止、高負荷、システムの衝撃、低温または高温での使用、オイル交換間隔の延長要件、動作温度の低下に加えて内部摩擦の低減などで鉱物油の性能限界に達した場合に使用されます。 また、高温でも粘度を失わずに作動し、残留物を形成したり、発泡に対する抵抗力を発揮したりすることができます。 石油製品は +100°C 以下で劣化し始めますが、合成炭化水素潤滑剤は +125°C まで良好に機能します。 合成繊維には、極度の低温における利点もあります。 また、石油製品よりも蒸気圧が低く、これは潤滑剤が分解しないようにするための重要な要素です。 合成潤滑剤の化学的均質性により、石油ベースの潤滑剤よりも優れた耐荷重能力、より高い粘度指数、優れた潤滑性、優れた効率、および長期間の耐用性が得られます。