Helisel Dişli Motorlarda Rulman Seçimi ve Düzenlenmesi

Günümüzde birçok cihaz minyatürleştirme ve hafiflik peşindedir, bu nedenle genellikle motorlar ve dişli kutuları arasında daha sıkı bir entegrasyon talebi vardır. Bazen motor, dişli kutusundaki bir şaftla bütünleşik olacak şekilde tasarlanır.

Örneğin, motor mili doğrudan dişli kutusunun yüksek hızlı mili olarak işlev görür ve doğrudan dişliye bağlanır.

Bu tasarım kesinlikle ekipmanın boyutunu küçültür ve bağlantıları basitleştirir. Doğru tasarlandığı takdirde, güvenilirliği de artırabilir ve genel maliyetleri düşürebilir.

Ancak bu entegre tasarım, motor üreticilerine tasarım, imalat ve montajda yeni zorluklar getirmektedir. Bu makalede, dişli motorların rulman seçimi ve düzenlemesine getirdiği sorunlar ele alınmaktadır.

Tartışmada kolaylık sağlamak için, nispeten karmaşık bir yük durumuna sahip helisel dişli motor hakkında konuşmayı seçiyoruz.

Aşağıda sarmal dişli mil sisteminin kuvvet diyagramı verilmiştir (aşağıdaki tartışmada her iki tarafın da sabit bilyalı rulman olduğu varsayılmıştır; diğer rulman türleriyle ilgili durumlar bu düşünce sürecini takiben özel analiz gerektirir):

Eksenel Kuvvet Analizi

Motorlar tasarlanırken, rotor parçasının teğetsel kuvveti genellikle rulman yükü hesaplamasına dahil edilmez. Bunun temel nedeni, motor rotorunun teğetsel kuvvetinin her zaman eşit ancak zıt yönlü bir kuvvetle dengelenmesi, dolayısıyla bu yükün rulmana iletilmemesidir.

Ancak dişli kutusu şanzımanları için durum farklıdır. Örneğin, yukarıdaki şekilde motor doğrudan bir helisel dişliye bağlanmıştır. Dişli torku aktarır ve tek yönlü teğetsel kuvvete dayanır.

Dengeleyecek karşıt bir kuvvet olmadığında, bu teğetsel kuvvet taşıma yükü hesaplamasına dahil edilmelidir.

Bu nedenle, yukarıdaki şekilde, tüm motor mili sistemi tarafından taşınan radyal kuvvetler şunlardır:

• Motor rotorunun ağırlığı, G
• Dişlinin ağırlığı, g
• Dişlinin teğetsel kuvveti, Ft

Bu arada, dişli helisel dişli olduğundan, motor helisel dişlinin eksenel kuvvetine (Fa) dayanacaktır. Bu nedenle, şaft sistemi rulmanlarının ömrünü doğrularken yukarıdaki tüm yüklerin dikkate alınması gerekir.

Konumlandırma ucunu ve konumlandırma dışı ucu nasıl seçmeliyiz?

Yukarıdaki resmi örnek olarak kullanalım. Resimde, şaft sisteminin konumlandırma ucu ve konumlandırma dışı ucu için işaretleyiciler gösterilmemiştir.

Önceki makalelerde, bir motor mili sisteminin bir konumlandırma ucuna ve bir konumlandırma dışı uca sahip olması gerektiğine değinmiştik. Şimdi de bu helisel dişli mil sisteminin rulman düzenini analiz etmeye çalışalım.

Motor mili doğrudan dişliye bağlı olduğundan, motor mühendisi dişlinin iç içe geçme hassasiyetini göz önünde bulundurmalıdır. Dişlinin iç içe geçmesinde bir sorun varsa, sonuçları ciddi olabilir.

Yukarıdaki örnekte, dişli geçme hassasiyetini etkileyen en doğrudan faktör milin eksenel ve radyal salgısıdır.

Rulmanın radyal salgısı, rulmanın radyal boşluğu aracılığıyla kabaca sağlanabilir.

Bununla birlikte, milin eksenel salgısı, rulman sisteminin konumlandırma ilişkisinin dikkate alınmasını gerektirir.

Örneğin, konumlandırma ucu şemadaki gibi arka yatağa yerleştirilirse, motor soğuk durumdan sabit bir çalışma sıcaklığına geçtiğinde rotor sıcaklığı artacaktır.

Ortaya çıkan termal genleşme, şaftın yüzen ucundan dışarıya doğru iletilecektir. Bu iletim doğrudan motor mili ucundaki dişliye ulaşır. Dişlinin eksenel hareketi kaçınılmaz olarak iç içe geçmeyi etkileyecektir.

Bu nedenle, dişli geçme perspektifinden bakıldığında, konumlandırma ucu dişli tarafına mümkün olduğunca yakın yerleştirilmelidir.

Bakım açısından bakıldığında, arka uç rulmanı yüzer uç ise, arka uç rulmanı ve ön yükleme yayının bakımı, ön uç rulmanını etkilemeden bağımsız olarak gerçekleştirilebilir. Aksi şekilde düzenlenmişse, aynı bakım için tüm motorun sökülmesi gerekecektir.

Ancak, konumlandırma ucunun dişli tarafına daha yakın yerleştirilmesi de ek etkileri beraberinde getirir.

İlk olarak, rulmanın boyutu. Bu yapıda, iki rulman arasındaki radyal kuvvet dağılımında belirgin bir fark vardır. Sol rulmanın taşıdığı radyal yük sağ rulmanınkinden daha fazladır, dolayısıyla sol rulmanın boyut seçimi daha büyük olacaktır.

İkinci olarak, bir motor yatağındaki konumlandırma ucunun eksenel kuvveti taşıdığını biliyoruz. Sol tarafı konumlandırma ucu rulmanı olarak ayarlarsak, bu rulman boyutu rulman eksenel kuvveti koşulu altında daha da artacaktır.

Gerçekte, tek bir motorun şaft sistemi tasarımı, iki rulman tarafından taşınan yükün mümkün olduğunca eşit bir şekilde dağıtılmasına dikkat edilmesini gerektirir.

Ancak bu uygulamada, ön uç dişlisinin özel gereksinimleri nedeniyle, motor mühendisi bir uzlaşma yapmak zorundadır.

Yukarıda dişli motor yatak düzenlemesinin yalnızca bir yönü ele alınmıştır. Uygulamada, böyle bir tasarım aşağıdaki gibi başka zorlukları da beraberinde getirecektir:

• Yatak sızdırmazlık sorunları;
• Rulman yağlama sorunlar;
• Dişli büyük bir yük taşıyorsa rulman tipi seçiminin dikkate alınması gerekir.

Konik makaralı rulmanlar kullanılırken, dişli kutusu alanında ek bilgi rulman uygulaması rulmanın ön yüklemesini ayarlamak gibi teknolojiler gereklidir.

Bu da motor mühendisleri için bir başka önemli zorluk teşkil etmektedir. Motor mühendislerine, gereksiz kayıplardan kaçınmak için bu tür motor mili sistemlerini tasarlarken önceki motor yapılarını körü körüne "kopyalamamaları" tavsiye edilir.