Двойна спирална предавка — нулево аксиално усилие за задвижвания с паралелни валове с висок въртящ момент

Двойна спирална предавка

Двойните спирални зъбни колела сдвояват лява и дясна спирала върху едно тяло на зъбното колело, като по този начин елиминират изцяло аксиалното натоварване на лагера. Ъглите на спиралата до 45° — в сравнение с ограничението от 15°–20° при едноспиралните конструкции — повишават коефициента на контакт и изглаждат предаването на въртящия момент при големи натоварвания. Стандартните приложения включват скоростни кутии на кранове, корабни редуктори и силови турбини. Korea Ever-Power Worm Gear Co.,Ltd произвежда персонализирани модули, диаметри на отворите и класове материали. Изпратете вашия чертеж или номер на частта с кръстосана препратка за директна оферта.

Категория:
Запитване сега

Какво е двойно спирално зъбно колело

А двойна спирална предавка Състои се от две противоположни спирални секции - една лява спирала и една дясна спирала - обработени върху една и съща заготовка за зъбно колело под еднакви ъгли на завъртане. Подредбата понякога се нарича зъбно колело тип „рибена кост“, въпреки че строго погледнато, зъбното колело тип „рибена кост“ няма централен канал, докато... двойна спирална предавка има облекчен канал, разделящ двете половини на спиралата. И двете предават въртеливо движение между успоредни валове. Основното предимство е, че аксиалният натиск, генериран от лявата и дясната секция, действа в точно противоположни посоки, като се неутрализира взаимно в тялото на зъбното колело. Следователно опорните лагери поемат само радиална сила, което значително удължава експлоатационния живот на лагера и намалява отклонението на вала при голям въртящ момент.

Двойна спирална предавка

Тъй като аксиалната тяга вече не е ограничение, двойни спирални зъбни колела може да работи с ъгли на спиралата между 20° и 45°. Единичен спираловидни зъбни колела обикновено са ограничени до 15°–20°, преди аксиалните натоварвания на лагерите да станат проблематични. По-широкият ъгъл на спиралата увеличава коефициента на припокриване — повече двойки зъби споделят натоварването във всеки един момент — което повишава мощността на даден размер на зъбното колело и изглажда вибрациите при високи скорости. Тези свойства ги правят стандартен избор за скоростни кутии на кранове, корабни редуктори, промишлени турбини и задвижвания на валцови машини, където са важни както плътността на въртящия момент, така и тихата работа. Korea Ever-Power Worm Gear Co.,Ltd доставя двойни спирални зъбни колела от легирана стомана, въглеродна стомана и нодуларен чугун, с обработени или шлифовани зъби, за да отговарят на изисквания клас на точност по ISO.

Технически спецификации: Двойна срещу единична спирална предавка

Сравнението по-долу обхваща основните инженерни разлики между единични и двойни спирални зъбни колелаРазбирането на тези разлики е от съществено значение, когато се оценява кой тип е подходящ за конкретно изискване за предаване на мощност.

единична спирална предавка и двойна спирална предавка 1

Единична спирална предавка Двойна спирална предавка
Едно спирално зъбно колело има зъби, наклонени в една посока (лява или дясна спирала). Двойно-спиралната предавка се състои от две еднакви зъбни колела, съединени на една и съща ос и със зъби в противоположни посоки (едното има лява спирала, а другото има дясна).
Единичните спирални зъбни колела развиват аксиална сила на натиск и я упражняват върху съответните лагери. Те също така генерират радиална сила. Резултантната сила на тягата, развита в двойно спирално зъбно колело, е нула. Следователно, то не упражнява аксиално натоварване върху лагерите. Но радиална сила съществува както обикновено.
Капацитетът за предаване на мощност на единична спирална предавка е сравнително нисък. Двойните спирални зъбни колела могат да предават по-значителна мощност за точен размер и модул.
Единичните спирални зъбни колела са по-евтини. Двойните спирални зъбни колела са по-скъпи, тъй като проектирането и производството са сложни и отнемат време.
Високата прецизност обикновено не е желателна по време на центровката на зъбните колела. Две спирални зъбни колела трябва да бъдат прецизно подравнени; в противен случай силата на тягата няма да се балансира правилно, което ще доведе до отрицателни вибрации.
Поради аксиално натоварване, не може да се използва голям ъгъл на спиралата. Ъгълът на спиралата за единично спирално зъбно колело обикновено варира от 15° до 20°. Поради анулираното осово натоварване, висок ъгъл на спиралата (20°–45°) може да се използва с предимство при двойни спирални зъбни колела.
Ефективността на единичната спирална предавка е сравнително ниска. Двойните спирални зъбни колела могат да осигурят по-висока ефективност.
Разстоянието между два лагера (лагерния обхват) е кратко. Разстоянието между лагерите е по-дълго поради централен облекчен канал между две зъбни колела.
Единичните спирални зъбни колела са подходящи за механични задвижвания или за предаване на мощност, където всяко приложение обикновено изисква уникален дизайн за мощности, скорости и конфигурация. Двойните спирални зъбни колела са подходящи за изисквания за предаване на висока мощност в кранове, морски задвижвания или турбини.

Как работят двойните спирални зъбни колела

Постепенно захващане на зъбите

За разлика от праволинейните зъбни колела, където пълната ширина на зъба е в контакт едновременно и създава остър пик на натоварването, спирална предавка Зъбът осъществява контакт първо на единия ръб, след което контактната линия се движи диагонално през повърхността на зъба, докато зъбното колело се върти. Това прогресивно зацепване разпределя енергията на удара върху измерима дъга на въртене, което води до значително по-нисък шум и вибрации. При формата с двойна спирала и двата комплекта зъби остават непрекъснато зацепени по време на всяко завъртане, което по същество удвоява активната дължина на контакт в сравнение с едноспирално зъбно колело със същата ширина на повърхността. Практическият резултат е по-плавна крива на изходния въртящ момент и по-малко динамично усилване на натоварването при честотата на зацепване - свойство, ценено в турбинните скоростни кутии и високоскоростните редуктори.

Анулиране на тягата вътре в тялото на зъбното колело

Всеки спирално нарязано зъбно колело създава аксиален компонент на натиск, равен на тангенциалната сила, умножена по тангенциалния ъгъл на спиралата. В стандартно едноспирално зъбно колело при ъгъл на спиралата 20°, този натиск може да достигне 36% от тангенциалното натоварване - значително натоварване на лагера при висок въртящ момент. Конструкцията с двойна спирала насочва равни и противоположни сили на натиск през самото тяло на зъбното колело. Централният облекчен канал осигурява необходимата хлабина за независимо рязане на двата комплекта зъби без смущения и гарантира, че натискът от едната половина не се прехвърля просто към стената на канала. Нетната аксиална сила, достигаща до вала и лагерите, е ефективно нулева, което позволява използването на по-прости и по-евтини радиални лагери, вместо ъглови контактни или конусно-ролкови възли, способни на натиск.

части на спирално зъбно колело, включително ъгъл на спиралата и профил на зъба

Двойно спирално зъбно колело срещу цилиндрично зъбно колело - сравнение едно до друго

Често задаван въпрос при определяне на скоростна кутия е дали двойна спирална предавка или един цилиндрично зъбно колело е по-подходящият вариант. Отговорът зависи от скоростта, толерантността към шум, аксиалното пространство и изискванията за натоварване. Таблицата по-долу сравнява двата варианта по параметри, които обикновено определят решението.

сравнение на цилиндричното и спиралното зъбно колело, зацепване на зъбите

Параметър Цилиндрично зъбно колело Двойна спирална предавка
Ниво на шум По-висок — пълен контакт със зъбите се осъществява едновременно Нисък — постепенен диагонален контакт и на двете половини на спиралата
Аксиален натиск Няма Няма (вътрешно анулирано)
Товароносимост (същия размер) Умерено Високо — по-високото контактно съотношение разпределя натоварването
Ефективност на предаване 98%–99% 97%–99% (леко триене от плъзгане по спиралата)
Сложност на производството Ниско Висока — двойната спирала изисква прецизно подравняване и специални инструменти
Диапазон на скоростта Ниско до умерено От ниско до високо — подходящ за високоскоростни приложения с голямо натоварване

За умерени скорости и по-прости скоростни кутии, стандартното цилиндрично зъбно колело може да бъде икономичният избор. Когато шумът е от значение, товарите са големи или конфигурациите на вала и лагерите се нуждаят от опростяване, двойни спирални зъбни колела осигуряват ясни технически предимства на по-висока, но оправдана цена. За точна препоръка за избор въз основа на вашия въртящ момент, скорост и работен цикъл, свържете се директно с Korea Ever-Power.

Основни предимства на производителността

⚙ Нулево аксиално натоварване на лагера

Сдвоените спирали елиминират аксиалния натиск вътрешно. Лагерите поемат само радиална сила, което понижава работната температура и удължава интервалите на обслужване.

⚙ По-висок диапазон на ъгъла на спиралата

Ъглите на спиралата от 20°–45° са практични, в сравнение с 15°–20° за едноспиралните типове. По-големият ъгъл повишава коефициента на припокриване и товароносимостта за същия диаметър на зъбното колело.

⚙ Нисък шум и вибрации

Непрекъснатото диагонално зацепване на зъбите и на двете половини на спиралата потиска шума с честота на мрежата - критичен фактор в морски кабини, турбинни зали и промишлени съоръжения с разпоредби за шум.

⚙ Висока плътност на мощността

При идентичен модул и междуцентрово разстояние, двойноспиралното зъбно колело предава по-голям въртящ момент от едноспиралното си еквивалентно зъбно колело, което позволява по-компактни конструкции на скоростната кутия без компромис с капацитета.

⚙ Удължен живот на зъбите

Натоварването, разпределено между по-голям брой едновременно зацепени зъби, намалява напрежението в корените на отделните зъби и контактното налягане на Херц, забавяйки развитието на точковата структура и умората.

⚙ Опростяване на лагери и валове

С елиминиране на аксиалните натоварвания, стандартните лагери с дълбок канал или цилиндрични ролкови лагери често са достатъчни. Това намалява сложността на снабдяването и понижава цената на резервните лагери.

работилница за спираловидни зъбни колела 2

Типични приложения

Приложение на двойно спирално зъбно колело в индустриалното предаване на енергия

Морски редуктори

Корабните скоростни кутии трябва да намаляват изходната скорост на дизеловия двигател или газовата турбина спрямо скоростта на вала на витлото – често съотношение от 5:1 до 15:1 – като същевременно предават няколко хиляди киловата. Двойни спирални зъбни колела са стандартни за тази задача, тъй като характеристиката с нулева тяга позволява скоростната кутия да бъде изградена без тежките аксиални пръстени, необходими при едноспиралните конструкции. Ниското ниво на шум също е от значение: шумът, предаван от скоростната кутия през конструкцията на корпуса, влияе върху комфорта на екипажа, а при военноморските кораби - и върху акустичната сигнатура.

Турбини за производство на енергия

Парните и газовите турбини се въртят със скорост от 3000 до 15 000 об/мин и трябва да бъдат намалени до 1500 об/мин или 1800 об/мин за стандартно свързване на генератора. При тези скорости дори малки небалансирани сили причиняват значителни вибрации и шум. Двойни спирални зъбни колела са стандартните спецификации в индустрията за понижаващи скоростни кутии за турбини, тъй като самобалансиращата се спирална конструкция е подходяща за високи скорости и непрекъснати работни цикли с пълно натоварване, типични за генераторите с голям мащаб. Карбуризираните и шлифовани зъбни покрития с клас на точност по ISO 5 или по-висок са обичайни спецификации за този режим на работа.

Тежкотоварни кранове и промишлени подемници

При порталните кранове, задвижванията на корабни товарачи и големите промишлени подемници, скоростната кутия често претърпява обръщане на натоварването, когато товарът се повдига, задържа и спуска. Обръщането на посоката на натоварване в зъбно зацепване може да предизвика шум, свързан с обратен ход, и ударни напрежения. Непрекъснатото зацепване на зъбите... двойни спирални зъбни колела намалява тези преходни ударни натоварвания, като поддържа повече зъби в зацепване през цялото време, а характеристиката с нулева аксиална сила означава, че обръщането на натоварването не променя посоката на аксиалната сила върху лагерите. Резултатът е намалени разходи за поддръжка на скоростната кутия през целия експлоатационен живот на крана.

Параметри за избор на двойни спирални зъбни колела

Указване на двойна спирална предавка правилно изисква потвърждаване на следните параметри преди да се направи поръчка. Предоставянето на пълни данни предварително избягва итерации и забавяния в дизайна.

  1. Мощност и въртящ момент: Номинална мощност (kW) и максимален въртящ момент (Nm) при зацепването на зъбните колела, включително коефициент на експлоатация за вида на натоварването (плавно, умерено шокиране, силно шокиране).
  2. Скорост: Скорости на входния и изходния вал (об/мин); това определя скоростта на стъпковата линия и влияе върху необходимия клас на точност.
  3. Модул и брой зъби: Потвърдете нормалния модул (Mn), ъгъла на спиралата (обикновено 20°–35° за стандартни двойно-спирални приложения) и броя на зъбите на пиньона и зъбното колело.
  4. Централно разстояние и отвор: Фиксирано разстояние между центровете при преоборудване; диаметър на отвора, шпонков канал и толеранс на пасване на вала както за зъбно колело, така и за пиньона.
  5. Материал и твърдост: Въглеродна стомана (45# или 40Cr), легирана стомана (20CrMnTi за цементирани приложения) или нодуларен чугун (QT600-3). Посочете повърхностната твърдост (HRC) или твърдостта на сърцевината (HB), както се изисква от работния цикъл.
  6. Клас на точност: Клас ISO 1328 или AGMA. ISO 6–8 за общопромишлено оборудване; ISO 4–6 за високоскоростни или прецизни задвижвания. Това определя дали е необходимо фрезоване или шлайфане за обработка на зъбците.

Свързани продукти за зъбни колела и задвижващи компоненти

  • ➜ Спирална скоростна кутия: Напълно сглобен редуктор с паралелен вал, който обединява зъбните колела с корпус, лагери и уплътнения. Подходящ е там, където е за предпочитане задвижващ агрегат с болтове пред свободни зъбни колела. Вижте нашите спираловидни зъбни колела диапазон за съответстващи компоненти.
  • ➜ Червячна предавка: За правоъгълни задвижвания с високи предавателни числа в един етап, a червячна предавка може да се сдвои със спирална първа степен, за да се постигне високо общо предавателно число, като същевременно изходният вал се поддържа перпендикулярен. Свържете се с нас за препоръки за сдвояване.
  • ➜ Двойно спирално зъбно колело (варианти с рибена кост): За приложения, изискващи по-високо съотношение на контакт без централен жлеб, профил тип „рибена кост“ двойни спирални зъбни колела Предлагат се и без облекчен жлеб. Запитване за спецификации.

видове комплекти зъбни колела

Индустриален задвижващ агрегат със спирална скоростна кутия за приложения с паралелни валове

Често задавани въпроси

Каква е разликата между двойно спирално зъбно колело и зъбно колело тип „рибена кост“?

И двата вида комбинират лява и дясна спирална секция. Ключовата структурна разлика е централен облекчен канал: двойните спирални зъбни колела имат канал между двата комплекта зъби, което осигурява хлабина за инструмента по време на производството. Зъбните колела тип „рибена кост“ нямат канал — левият и десният зъб се срещат в центъра — което предлага малко по-голямо използване на ширината на челото, но изисква по-специализирано производствено оборудване.

Защо двойните спирални зъбни колела не създават аксиална тяга?

Всяка спирална секция генерира аксиален компонент на силата. При конструкцията с двойна спирала двете секции имат еднакви ъгли на спиралата, но противоположни. Силите са равни по величина и противоположни по посока, така че се неутрализират в тялото на зъбното колело. Валът и лагерите изпитват само резултантната сила, която е нулева аксиална сила.

Какъв е стандартният ъгъл на спиралата за двойни спирални зъбни колела?

Най-често срещаният диапазон е 20°–35° за общи промишлени приложения. Ъгли до 45° се използват във високоскоростни турбинни зъбни колела, където се изисква максимално контактно съотношение. Под 20° предимството пред едноспиралните зъбни колела намалява; над 45° производствените допуски стават много взискателни и триенето при плъзгане на зъбите се увеличава.

Какви материали са налични за двойни спирални зъбни колела?

Korea Ever-Power доставя двойни спирални зъбни колела от въглеродна стомана 45# (универсална, нормализирана или закалена и темперирана до HB 220–280), легирана стомана 40Cr (индукционно закалена, повърхност HRC 48–54) и 20CrMnTi (цементирана и закалена до HRC 58–62). Нодуларният чугун QT600-3 се предлага за големи, чувствителни към разходите зъбни колела, където теглото не е критично.

Как да изчисля правилния модул за моето натоварване?

Изборът на модул започва от изчисления на якостта на огъване (уравнение на Луис) и контактната умора (напрежение на Херц), като се използва проектният въртящ момент, умножен по коефициента на експлоатация на приложението. Предоставянето на вашата входна мощност (kW), входна скорост (rpm), предавателно число и спецификация на материала позволява на инженерния екип на Korea Ever-Power да препоръча модул и ширина на лицевата страна, които отговарят на изискваните коефициенти на безопасност съгласно ISO 6336 или AGMA 2001.

Колко често трябва да се смазват двойните спирални зъбни колела?

За затворени скоростни кутии със смазване чрез пръскане, маслото трябва да се взема проба и анализира на всеки 2000–4000 работни часа и да се сменя при първи признаци на замърсяване или влошаване на вискозитета. Трансмисионното масло ISO VG 220–320 е типично за приложения със средна скорост; синтетичните PAO смазочни материали се препоръчват за работа при висока скорост или висока температура. Смазването чрез пръскане за отворени зъбни колела изисква нанасяне на нов лубрикант приблизително на всеки 8 работни часа, в зависимост от натоварването и условията на околната среда.

Може ли Korea Ever-Power да доставя двойни спирални зъбни колела като заместител на съществуващите компоненти на скоростната кутия?

Да. Предоставете модула на съществуващото зъбно колело, броя на зъбите, ъгъла на спиралата, диаметъра на отвора, ширината на челната повърхност и размерите на шпонковия канал. Ако имате чертеж на зъбно колело или можете да измерите износеното зъбно колело директно, нашият инженерен екип ще провери всички параметри и ще потвърди съвместимостта с размерите преди производството. В повечето случаи могат да бъдат произведени резервни зъбни колела със съответстващи профили на зъбите и размери на отворите, без да е необходима модификация на корпуса на скоростната кутия.

Какво е типичното време за изработка на персонализирани двойни спирални зъбни колела?

За стандартни комбинации от модули и материали, типичният срок от 3 до 5 седмици от потвърждаването на чертежа е за количества от 1 до 10 броя. Големи зъбни колела (с диаметър на стъпката над 1000 мм) или такива, изискващи цементация и шлайфане, може да се нуждаят от 6 до 10 седмици. Може да се организира ускорено производство за спешни резервни части; свържете се с нас, като ни кажете вашите графични ограничения, за да се ангажираме с твърд ангажимент.

Отзиви от клиенти

Ким Дже-уон, инженер по поддръжка на скоростни кутии, корабостроителница Инчон (трето тримесечие на 2024 г.)

„Сменихме износен комплект двойни спирални зъбни колела на нашата основна редукторна кутия — модул 8, 42 зъба, 20CrMnTi. Новите зъбни колела от Ever-Power паснаха без никаква модификация на корпуса, а повърхностното покритие на зъбите беше видимо по-добро от оригиналните. Шумът от скоростната кутия при пълна скорост на вала намаля значително. Частите пристигнаха за четири седмици, което запази графика ни за сух док.“

Парк Сун-хун, старши машинен инженер, стоманодобивен комплекс Гуанъянг (четвърто тримесечие на 2024 г.)

Поръчах две двойни спирални зъбни колела за задвижването на нашата валцова мелница. Допуските на отвора и шпонковия канал бяха точно съобразени с нашия чертеж — не се изискваше монтаж. Използваме ги вече около шест месеца без необичайно износване или вибрации. Цените бяха справедливи, а техническият екип отговори бързо на въпросите ни относно материалите.

Лий Мин-джун, инженер на електроцентрала в Пусан (началото на 2025 г.)

„Имах нужда от комплект спирални зъбни колела за понижаваща скоростна кутия на парна турбина като част от планиран основен ремонт. Зъбните колела изискваха точност по ISO клас 6 и карбуризирани зъби. Ever-Power предоставиха частите с доклад от инспекция с CMM. Всичко премина входящата ни инспекция. Няма изненади.“

Нгуен Ван Минх, мениджър „Поръчки“, пристанищна администрация Хайфонг (второ тримесечие на 2024 г.)

„Набавихме двойни спирални зъбни колела за три скоростни кутии за портални кранове. Срокът за изпълнение беше пет седмици, което съвпадна с нашия прозорец за поддръжка. Пасването на вала беше H7/k6, както е посочено. Зъбите не показаха признаци на корозия след 800 работни часа при пълно натоварване на пристанището. Добра стойност в сравнение с резервните части с европейски произход.“

Чой Донг-хо, директор „Доставки“, Ulsan Heavy Industries (първо тримесечие на 2025 г.)

„Сравнихме трима доставчици. Ever-Power не бяха най-евтините, но техническата им документация беше най-пълна — сертификати за материали, записи от тестове за твърдост и пълен отчет за размерите на всяко зъбно колело. За критично въртящо се оборудване това ниво на проследимост оправдава разликата в цената. Ще поръчам отново.“

Ямамото Кенджи, Механичен отдел, производител на турбини в Осака (трето тримесечие на 2024 г.)

Поръчка за прототип за персонализирано двойно спирално зъбно колело с ъгъл на спиралата 30° и нестандартен отвор. Ever-Power потвърди, че дизайнът е производствен, предложи малка модификация на ширината на облекчения канал, за да се улесни машинната обработка, и достави за четири седмици. Прототипът работи безупречно на нашия тестов стенд от първия час.

Допълнителна информация

Редактор

Cxm

Свързани продукти