تخفيض التروس الكوكبية

On the surface, it may seem that gears are being “reduced” in quantity or size, which is partially true.  When a rotary machine such as an engine or electric motor needs the output speed reduced and/or torque increased, gears are commonly used to accomplish the desired result.  Gear “reduction” specifically refers to the speed of the rotary machine; the rotational speed of the rotary machine is “reduced” by dividing it by a gear ratio greater than 1:1.  A gear ratio greater than 1:1 is achieved when a smaller gear (reduced size) with fewer number of teeth meshes and drives a larger gear with greater number of teeth.

يؤدي تخفيض التروس إلى تأثير معاكس على عزم الدوران. يزداد عزم الدوران الناتج للآلة الدوارة بضرب عزم الدوران في نسبة التروس، مطروحًا منه بعض خسائر الكفاءة.

بينما يُخفِّض مُخفِّض التروس السرعة ويزيد عزم الدوران في العديد من التطبيقات، يُستخدم في تطبيقات أخرى لزيادة السرعة وتقليل عزم الدوران. تستخدم مولدات توربينات الرياح مُخفِّض التروس بهذه الطريقة لتحويل سرعة ريش التوربين البطيئة نسبيًا إلى سرعة عالية قادرة على توليد الكهرباء. تستخدم هذه التطبيقات علب تروس مُجمَّعة بشكل مُعاكس لتلك المُستخدمة في التطبيقات التي تُخفِّض السرعة وتزيد عزم الدوران.

How is gear reduction achieved?  Many reducer types are capable of attaining gear reduction including, but not limited to, parallel shaft, planetary and right-angle worm gearboxes.  In parallel shaft gearboxes (or reducers), a pinion gear with a certain number of teeth meshes and drives a larger gear with a greater number of teeth.  The “reduction” or gear ratio is calculated by dividing the number of teeth on the large gear by the number of teeth on the small gear.  For example, if an electric motor drives a 13-tooth pinion gear that meshes with a 65-tooth gear, a reduction of 5:1 is achieved (65 / 13 = 5).  If the electric motor speed is 3,450 rpm, the gearbox reduces this speed by five times to 690 rpm.  If the motor torque is 10 lb-in, the gearbox increases this torque by a factor of five to 50 lb-in (before subtracting out gearbox efficiency losses).

تحتوي علب التروس ذات الأعمدة المتوازية في كثير من الأحيان على مجموعات تروس متعددة، مما يزيد من نسبة تخفيض التروس. يُحدَّد إجمالي نسبة تخفيض التروس بضرب كل نسبة تروس على حدة في كل مرحلة من مراحل ضبط التروس. إذا احتوى صندوق التروس على مجموعات تروس 3:1، 4:1، و5:1، فإن النسبة الإجمالية تكون 60:1 (3 × 4 × 5 = 60). في مثالنا السابق، تُخفَّض سرعة المحرك الكهربائي الذي يعمل بسرعة 3450 دورة في الدقيقة إلى 57.5 دورة في الدقيقة باستخدام صندوق تروس 60:1. سيزداد عزم دوران المحرك الكهربائي البالغ 10 رطل-بوصة إلى 600 رطل-بوصة (قبل خسائر الكفاءة).

إذا كان عدد أسنان ترس الترس الصغير وترسه المُرافق متساويًا، فلا يحدث أي انخفاض في السرعة وتكون نسبة التروس 1:1. يُسمى الترس بالترس الخامل، ووظيفته الأساسية هي تغيير اتجاه الدوران بدلًا من تقليل السرعة أو زيادة عزم الدوران.

Calculating the gear ratio in a planetary gear reducer is less intuitive as it is dependent on the number of teeth of the sun and ring gears.  The planet gears act as idlers and do not affect the gear ratio.  The planetary gear ratio equals the sum of the number of teeth on the sun and ring gear divided by the number of teeth on the sun gear.  For example, a planetary set with a 12-tooth sun gear and 72-tooth ring gear has a gear ratio of 7:1 ([12 + 72]/12 = 7).  Planetary gear sets can achieve ratios from about 3:1 to about 11:1.  If more gear reduction is needed, additional planetary stages can be used.

يعتمد تقليل سرعة التروس في محرك دودي قائم الزاوية على عدد خيوط أو "بدايات" الدودة وعدد أسنان عجلة الدودة المُزاوجة. إذا كانت الدودة ذات بدايتين وعجلة الدودة المُزاوجة تحتوي على 50 سنًا، فإن نسبة التروس الناتجة تكون 25:1 (50 ÷ 2 = 25).