Redüktör seçiminin sayısal temeli, redüksiyon oranı ile çıkış torku hesabıdır. Bu iki büyüklük, motorun devrini yükün ihtiyacına dönüştürür ve redüktörün boyutunu belirler.
Redüksiyon oranının tanımı
Redüksiyon oranı, giriş devrinin çıkış devrine bölünmesiyle elde edilir. Oran 20:1 olarak yazıldığında, giriş mili yirmi tur attığında çıkış mili bir tur atar. Bu oran, dişli çarklardaki diş sayılarının oranından doğar; çıkış çarkının dişi ne kadar çoksa oran o kadar büyür. Çok kademeli bir redüktörde toplam oran, kademelerin oranlarının çarpımına eşittir. İki kademesi 5:1 ve 4:1 olan bir redüktörün toplam oranı 20:1 olur.
Çıkış devrinin hesabı
Çıkış devri, motorun devrinin redüksiyon oranına bölünmesiyle hesaplanır. Şebekeden çalışan 4 kutuplu bir motor yaklaşık 1.500 d/dk döner. Bu motor 20:1 oranlı bir redüktöre bağlandığında çıkış devri 75 d/dk olur. Uygulamanın istediği çıkış devri belliyse, gereken oran motor devrinin bu değere bölünmesiyle belirlenir. Katalogda tam bu oran yer almayabilir. Böyle bir seçimde en yakın standart kademe alınır ve çıkış devri buna göre yeniden hesaplanır.
Çıkış torkunun hesabı
Redüktör devri düşürürken torku büyütür. Çıkış torku, giriş torkunun redüksiyon oranıyla ve redüktörün verimiyle çarpımına eşittir. Verim çarpanı ihmal edilirse tork olduğundan yüksek hesaplanır ve redüktör küçük seçilir. Giriş torku ise motorun gücünden ve devrinden hesaplanır: tork, gücün açısal hıza bölümüdür.
Pratik bir bağıntı, gücü kilovat ve devri dakikadaki tur olarak alır. Tork, 9.550 sayısının güçle çarpılıp devre bölünmesiyle newton-metre cinsinden elde edilir. Bu bağıntı hem giriş hem çıkış milinde aynı biçimde kullanılır.
Verimin hesaba etkisi
Redüktörün verimi, çıkış torkunu doğrudan azaltır. Helisel ve konik helisel redüktörlerde verim %90 ile %97 arasında seyrettiğinden kayıp sınırlıdır. Sonsuz vidalı redüktörde ise verim, redüksiyon oranına bağlı olarak %40 ile %90 arasında değişir. Yüksek oranlı bir sonsuz vidalı redüktörde verim %50 dolayına indiğinde, aynı çıkış torku için motorun gücü büyütülmelidir. Bu nedenle güç hesabı, seçilen redüktör tipinin verimiyle birlikte yapılır.
Örnek bir hesap
Bir bant konveyörün 75 d/dk çıkış devrinde 500 Nm tork istediği varsayılsın. Şebekeden çalışan 4 kutuplu motorun devri 1.500 d/dk kabul edildiğinde, gereken redüksiyon oranı 1.500 / 75 = 20 olarak çıkar. Helisel bir redüktörün verimi %95 alındığında, giriş torku 500 / (20 × 0,95) ≈ 26,3 Nm olur. Bu torku 1.500 d/dk devirde üretebilmek için gereken motor gücü, 26,3 × 1.500 / 9.550 ≈ 4,1 kW seviyesindedir. IEC standart kademelerinde bunun üzerindeki değer 5,5 kW olduğundan motor bu güçte seçilir.
Servis faktörünün eklenmesi
Hesaplanan çıkış torku, katalogla karşılaştırılmadan önce servis faktörüyle çarpılır. Servis faktörü, darbeli yükü, sık kalkışı ve uzun çalışma saatini katalog koşuluna taşıyan bir çarpandır. Tekdüze yükle günde 8-10 saat çalışan bir tahrikte bu çarpan 1,0 ile 1,25 arasında kalır. Darbeli yüklerde 1,5 ve üzerine çıkabilir. Örnekteki 500 Nm çıkış torku, 1,25 servis faktörüyle 625 Nm'ye taşınır ve redüktör bu değere göre seçilir.
Atalet ve kalkış torku
Sürekli çalışma torku, seçimin yalnızca bir yanıdır. Kalkış anında motorun, duran yükün ataletini de yenmesi gerekir. Ağır bir kasnak, dolu bir karıştırıcı ya da uzun bir konveyör bandı, kalkışta sürekli torkun katlarına varan bir moment gerektirir. Bu ek moment, redüktörün dişlerine kısa süreli ama yüksek bir gerilme uygular. Sık kalkıp duran tahriklerde bu tepe torku, servis faktörünün yükseltilmesiyle karşılanır.
Çıkış milindeki radyal ve eksenel yük
Redüktörün çıkış mili yalnızca tork aktarmaz, aynı zamanda yükün doğrudan uyguladığı kuvvetleri de taşır. Kayış-kasnak bağlantısı mile radyal bir kuvvet bindirir, bu kuvvet kasnak çapı küçüldükçe büyür. Karıştırıcı gibi düşey tahriklerde ise mile eksenel bir kuvvet biner. Katalogda çıkış mili için izin verilen radyal ve eksenel yük sınırları verilir. Bu sınırların aşılması, tork yeterli olsa bile çıkış rulmanını ve keçeyi erken bitirir.
Frekans invertörüyle sürüşün etkisi
Frekans invertörü, motorun devrini şebeke frekansından bağımsız olarak değiştirir. Devir düştüğünde motorun torku korunur ama soğutma fanının debisi de azalır. Redüktör tarafında ise düşük devir, yağ filminin incelmesine yol açar. Şebeke frekansının üzerine çıkıldığında devir artar, ancak motorun torku bu bölgede düşmeye başlar. Çıkış devri aralığı geniş bir uygulamada oran, aralığın orta noktasına göre seçilir.
Sık yapılan hesap hataları
Verimi hesaba katmamak, en sık görülen hatadır ve redüktörün küçük seçilmesine yol açar. Servis faktörünü atlamak, darbeli yükte dişli ömrünü hızla tüketir. Motor devrini senkron hız üzerinden alıp kaymayı ihmal etmek, çıkış devrinde küçük bir sapma yaratır. Yükün ataletini dikkate almamak ise kalkışta tasarım dışı bir tork doğurur. Bu dört noktanın hesaba katılması, seçimi sahada doğrular.
Kayma ve gerçek çıkış devri
Asenkron motorun gerçek devri, senkron hızın bir miktar altındadır. Dört kutuplu bir motorun senkron hızı 1.500 d/dk iken tam yükteki gerçek devri 1.440 d/dk dolayına iner. Bu fark kaymadan doğar ve yükle birlikte büyür. Redüksiyon oranı senkron hıza göre hesaplandığında, gerçek çıkış devri beklenenden düşük çıkar. Hassas debi ya da hat hızı gereken uygulamalarda hesap, motorun plakasındaki anma devriyle yapılır.
Hesaptan seçime
Oran ve tork hesabı tamamlandığında, katalogdan bu değerleri karşılayan en yakın redüktör seçilir. Katalog tork değeri, servis faktörüyle büyütülmüş çıkış torkunun üzerinde olmalıdır. Yerleşim ihtiyacı paralel milse helisel, dik açı ise konik helisel ya da sonsuz vidalı tip belirlenir. Motorun gücü de hesaplanan giriş gücünün üzerindeki IEC standart kademesinden seçilir. Seçimin bütünü endüstriyel redüktör yaklaşımıyla, servis faktörü ise servis faktörü belirleme yöntemiyle netleşir.
Redüksiyon oranı ve çıkış torku, redüktör seçiminin sayısal omurgasıdır. Verimin ve servis faktörünün hesaba katılması, kâğıt üstündeki değerin sahada da karşılanmasını güvence altına alır.
