Helisel dişli redüktör, giriş ve çıkış milleri paralel uzanan, endüstrinin en yaygın güç aktarma elemanıdır. Helis açılı dişler, güç aktarımını yumuşak ve sessiz kılarken verimi yüksek tutar.
Helisel dişlinin yapısı
Düz dişli çarkta dişler mil eksenine paralel uzanır ve iki diş bir anda tam temasa girer. Helisel dişlide ise dişler mil eksenine belirli bir helis açısıyla eğik açılmıştır. Bu eğik yapı, temasın diş boyunca kademeli başlamasını sağlar. Aynı anda birden çok diş çifti yük taşıdığından, yük dağılımı düzgünleşir ve tork aktarımı sarsıntısız olur. Sonuç, düz dişliye göre daha sessiz ve daha yüksek tork kapasiteli bir çalışmadır.
Eksenel kuvvet ve yataklama
Helis açısı bir yan etki de doğurur: dişler eğik olduğundan tork aktarımı sırasında mil ekseni boyunca bir eksenel kuvvet oluşur. Bu kuvvet, mili yatakları üzerinden iter ve yataklamanın onu karşılaması gerekir. Bu nedenle helisel redüktörlerde eksenel yük taşıyabilen konik makaralı ya da eğik bilyalı rulmanlar seçilir. Kimi tasarımlarda iki helisel çark ters yönde eğik açılarak eksenel kuvvetler birbirini dengeler. Yataklamanın doğru seçilmesi, helisel redüktörün ömrünü belirleyen ana koşullardan biridir.
Verim davranışı
Helisel dişlide temas yuvarlanma esaslıdır ve kayma bileşeni sınırlıdır. Bunun sonucu, düşük sürtünme ve yüksek verimdir. Her dişli kademesi yaklaşık %2 ile %3 arasında bir kayıp getirir, dolayısıyla tek kademeli bir redüktörün verimi %97 seviyesine yaklaşır. İki kademeli bir yapıda verim %94 dolayına, üç kademelide %92 dolayına iner. Bu verim, redüksiyon oranından bağımsız kalır ve yüksek oranlarda da korunur.
Kademe sayısı ve redüksiyon oranı
Tek bir helisel dişli çiftiyle elde edilebilecek redüksiyon oranı sınırlıdır. Diş sayısı oranını aşırı büyütmek, çarkın çapını uygulanamaz ölçüde artırır. Bu yüzden yüksek oranlar, dişli çiftlerinin ardışık kademeler hâlinde bağlanmasıyla elde edilir. Tek kademede yaklaşık 6:1'e kadar, iki kademede 40:1 dolayına, üç kademede yüzlerce birime varan oranlar kurulur. Her eklenen kademe verimi bir miktar düşürür ve gövdeyi büyütür.
Sonsuz vidalı redüktörle karşılaştırma
Aynı dik açılı olmayan yerleşim için helisel redüktör, sonsuz vidalı redüktöre göre belirgin bir verim üstünlüğü taşır. Sonsuz vidalı yapıda vida ile bronz çark kayarak temas eder ve verim, oran yükseldikçe %50'nin altına inebilir. Helisel yapıda ise verim yüksek oranlarda da %90'ın üzerinde kalır. Bu fark, sürekli çalışan tahriklerde yıllık enerji giderine doğrudan yansır. Bunun aksine sonsuz vidalı redüktör, tek kademede yüksek oran ve dik açılı bağlantı sunarak daha kompakt kalır.
Yağlama ve ısınma
Helisel redüktörde sürtünme kaybı düşük olduğundan üretilen ısı da sınırlıdır. Yağ, dişli yüzeylerini ayıran filmi kurar ve ısıyı gövdeye taşır. Mineral esaslı EP katkılı yağlar normal koşullarda yeterli kalır, sentetik polialfaolefin (PAO) yağlar ise film kararlılığını artırıp çalışma sıcaklığını düşürür. Yağ seviyesi montaj konumuna göre belirlenir, çünkü yanlış konumda dişliler yağa yeterince dalmaz. Serin çalışan bir redüktörde yağın yaşlanması yavaşlar ve değişim aralığı uzar.
Modül ve diş genişliği
Dişli çarkın taşıyabileceği tork, diş boyutuyla doğrudan ilişkilidir. Diş boyutunu tanımlayan büyüklük modüldür; modül büyüdükçe diş daha kalın ve daha dayanıklı olur. Aynı çapta büyük modüllü bir çark, az sayıda ama güçlü diş taşır. Tork kapasitesini artıran ikinci büyüklük diş genişliğidir, çünkü geniş diş yükü daha uzun bir temas hattına yayar. Tasarımda modül ve diş genişliği, gövde boyutu ile tork ihtiyacı arasında dengelenir. Aşırı dar bir diş, tepe gerilmesini yükselterek diş dibinde çatlak başlangıcına yol açar.
Motorlu redüktör grubu
Helisel redüktör, sahada çoğunlukla motorla birleşik bir grup olarak kullanılır. Flanşlı bir motor doğrudan redüktör gövdesine bağlandığında kaplin ve ara kaide ortadan kalkar. Bu bütünleşik yapı, hizasızlık kaynaklı yatak yüklerini baştan azaltır ve yerleşimi sadeleştirir. Motorun mili redüktörün giriş miliyle tek parça ya da geçmeli bağlanır. Grubu sipariş ederken motorun gücü, kutup sayısı ve verim sınıfı, redüktörün oranı ve servis faktörüyle birlikte belirlenir.
Dişli malzemesi ve yüzey işlemi
Helisel dişli çarklar, sementasyon çeliğinden işlenip yüzeyi sertleştirilir. Yüzey sertliği yorulma dayanımını yükseltirken, çekirdek tokluğu darbeyi soğurur. Sertleştirmenin ardından diş yüzeyi taşlanarak profil hatası küçültülür. Taşlanmış bir diş, yük altında daha düzgün temas kurar ve ses düzeyi düşer. Yüzey pürüzlülüğünün azalması, yağ filminin kesintisiz kalmasına da katkı verir.
Kullanım alanları
Helisel dişli redüktör, paralel mil yerleşimi ve yüksek verim gereken her yerde kullanılır. Bant konveyörler, karıştırıcılar, ekstruderler, kağıt ve tekstil hatları bu gruba girer. Bu uygulamaların ortak yanı, uzun çalışma saati ve sürekli tork aktarımıdır. Yüksek verim, uzun saatli çalışmada elektrik giderini aşağı çeker. Sessiz çalışması da insanların bulunduğu üretim ortamlarında ek bir tercih nedenidir.
Ses ve titreşim davranışı
Helisel dişlinin kademeli teması, düz dişliye göre düşük bir ses düzeyi sağlar. Diş çiftleri birbirini sarsıntısız devraldığından, tork akışında ani sıçrama oluşmaz. Ses düzeyini belirleyen ikinci etken, dişli boşluğudur; boşluk büyüdükçe yük değişiminde tıkırtı duyulur. Boşluğun ölçülmesi, çıkış mili sabitlenip giriş milinin serbest açısal hareketiyle yapılır. Aşırı boşluk, dişli aşınmasının ya da yataklama gevşemesinin ilk işaretidir. Sessiz çalışma, insanların bulunduğu üretim ortamlarında ek bir tercih nedenidir.
Seçim ve boyutlandırma
Helisel redüktör seçimi, gereken çıkış devri ve çıkış torkuyla başlar. Uygulamanın gerçek torku, servis faktörüyle çarpılarak katalog tork değerine karşılaştırılır. Darbeli yük ve sık kalkış, servis faktörünü yükseltir. Motorun gücü de gerçek yük ihtiyacına göre belirlenir, çünkü gereğinden büyük motor redüktöre tasarım dışı tork bindirebilir. Seçimin bütünü, endüstriyel redüktör yaklaşımıyla ele alındığında tutarlı bir sonuç verir; servis faktörünün belirlenmesi ise servis faktörü hesabıyla yapılır.
Helisel dişli redüktör, eğik dişlerin sağladığı yumuşak temasla yüksek verimi ve sessiz çalışmayı bir arada sunar. Eksenel kuvvetin doğru yataklanması ve yağın uygun seçilmesi, bu üstünlüğün uzun yıllar korunmasını sağlar.
