Co je to vůle šroubovitého ozubeného kola?
Zpětná reakce v spirálové ozubené kolo Vůle mezi nehnacími boky zubů je celková mezera mezi boky zubů, které nejsou hnací, když se hnací boky dotýkají v konstrukční osové vzdálenosti. Přesněji řečeno: když je jedno kolo z dvojice ozubených kol pevně uchyceno, je vůle úhlový rozsah, o který se druhé kolo může otáčet, aniž by se boky zubů dotýkaly na kterékoli straně. Je to vůle zabudovaná do záběru, která zohledňuje tepelnou roztažnost, výrobní tolerance, mezeru olejového filmu a chyby při montáži – a také zabraňuje interferenci zubů při změně směru pohonu nebo když tepelný růst skříně mírně zvětší osovou vzdálenost.
Vůle se měří na roztečné kružnici jako lineární posunutí j_t (vůle v příčné rovině v mm) nebo jako úhlová vůle j_α na hřídeli ozubeného kola (v obloukových minutách nebo miliradiánech). Tyto dva vztahy souvisejí vztahem: j_α = 2 × j_t / d₁, kde d₁ je průměr rozteče. Pro účely zadávání veřejných zakázek a kontroly se vůle téměř vždy specifikuje jako j_t nebo jako odchylka tloušťky zubu od jmenovité hodnoty.
Proč existuje zpětná reakce – čtyři technické důvody
Jak se převodovka zahřívá ze studeného startu na provozní teplotu, osová vzdálenost ozubených kol se zvětšuje rychlostí určenou koeficientem tepelné roztažnosti materiálu skříně (litina: 11 µm/m·°C, hliník: 23 µm/m·°C). Pro litinové skříně s osovou vzdáleností 200 mm a nárůstem teploty o 50 °C: ΔC = 11 × 10⁻⁶ × 200 × 50 = 0,11 mm. Bez vůle by tato tepelná roztažnost tlačila boky zubů do vzájemného kontaktu a způsobila by zadření.
Žádné ozubené kolo ani skříň se nevyrábí s přesným jmenovitým rozměrem. Osová vzdálenost má výrobní toleranci, tloušťka zubu má toleranci a průměr rozteče ozubeného kola má toleranci. Vůle pojme nejhorší možnou kombinaci těchto tolerancí, aniž by způsobovala kolizi zubů – minimální vůle je navržena tak, aby překročila nejhorší možnou toleranci.
Olejový film EHL mezi nehnacími boky zubů (volná strana záběru) musí mít vůli, aby se zabránilo vytlačování oleje pod tlakem volnoběžného boku. Při vysokých otáčkách spirálové ozubené kolo U pohonů může nedostatečná vůle na vůli vytvářet oscilace tlaku olejového filmu, které přispívají k hluku.
Malé částice opotřebení a nečistot v převodovém oleji musí být schopny procházet bezkontaktní zónou boku bez zasekávání. Velmi těsná ozubená kola s vůlí jsou náchylná k zasekávání vyvolanému částicemi, které při vypuzování částic vytvářejí rázové zatížení – důvod, proč dochází k těsné vůli. spirálové ozubené kolo aplikace také vyžadují velmi jemnou filtraci oleje.
Jak se kontroluje vůle – tloušťka zubu a osová vzdálenost
Zpětná reakce v spirálové ozubené kolo Pár je určen dvěma nezávislými proměnnými: tloušťkou zubu každého ozubeného kola (měřeno v normálové rovině jako normálová tloušťka tětivy zubu s_n) a skutečnou osovou vzdáleností, ve které je pár sestaven. Vztah mezi těmito faktory a výslednou vůlí je:
j_n = (s_n_nominální − s_n_skutečný_pastorek − s_n_skutečný_převod) × cos α_n
V praxi se vůle řeší především specifikací tloušťky zubu odchylka od nominální hodnoty – čímž se zuby ozubeného kola stanou o něco tenčími než je ideální nominální tloušťka evolventy. Norma DIN 3967 poskytuje standardizovaný systém tolerančních tříd tloušťky zubů, které definují, o kolik tenčí může být skutečný zub vzhledem k nominální hodnotě.
Systém tolerancí tloušťky zubu DIN 3967
Norma DIN 3967 specifikuje toleranci tloušťky zubu pro spirálové ozubené kolo jako dvě odchylky od jmenovité tloušťky zubu: horní odchylka A_s (o kolik tenčí než jmenovitá hodnota je maximální povolená tloušťka zubu) a dolní odchylka A_i (o kolik tenčí je minimální hodnota). A_s i A_i jsou záporné (skutečný zub je vždy tenčí než jmenovitá hodnota, aby se zajistila vůle). Tolerance tloušťky zubu T_s = A_s − A_i.
| Třída DIN 3967 | Popis | Typický rozsah j_n (při Mn=5, α_n=20°) | Aplikace |
|---|---|---|---|
| d (velmi velký) | Velmi velká tolerance vůle | 0,30–0,60 mm | Těžké pomalé průmyslové pohony; velké teplotní výkyvy; snadná montáž |
| e (velký) | Velká vůle | 0,20–0,40 mm | Standardní průmyslové převodovky (jeřábové kladkostroje, dopravníky, čerpadla) |
| f (normální) | Normální vůle | 0,14–0,28 mm | Všeobecné stroje, standardní uzavřené převodovky – nejběžnější specifikace |
| g (úzký) | Užší vůle | 0,08–0,18 mm | Přesné stroje, obráběcí stroje (nepolohovací osy) |
| h (těsný) | Těsné – od nuly do minimální | 0,00–0,10 mm | CNC polohovací osy, otočné stoly, pohony registrace tiskařských strojů, servo aplikace s reverzací |
Standardní vůle vs. těsná vůle – kdy je každá z nich vhodná
Detail zubu šikmého ozubeného kola – vůle je mezera na nehnací straně (volná strana), když jsou hnací boky v kontaktu. Je určena skutečnou tloušťkou zubu vzhledem k nominální, měřenou jako normální tloušťka tětivy zubu s_n na roztečné kružnici.
Standardní vůle (DIN 3967 třída e/f) – Pohony pro přenos výkonu
Standardní vůle (třída e nebo f v DIN 3967) je správnou specifikací pro drtivou většinu spirálové ozubené kolo Pohony pro přenos výkonu – jeřáby, dopravníky, kompresory, čerpadla, ventilátory a obecně uzavřené převodovky. U třídy f (normální) poskytuje vůle přibližně 0,1–0,25 mm dostatečnou vůli pro tepelnou roztažnost, splňuje výrobní tolerance a umožňuje správnou funkci mazacího filmu. Standardní vůle nezpůsobuje žádné provozní problémy u jednosměrných nebo méně často reverzujících pohonů – vůle je příliš malá na to, aby při pomalém nebo méně častém reverzování vydávala slyšitelný náraz.
Těsná vůle (DIN 3967 třída g/h) – když na tom záleží
Ve dvou specifických kategoriích aplikací je vyžadována těsná vůle, obě zahrnující spirálové ozubené kolo páry, které často mění směr a u kterých je důležitá přesnost úhlové polohy výstupního hřídele:
- Polohovací osy CNC obráběcích strojů: Osy X, Y a Z CNC obráběcího stroje používají pohony s ozubeným hřebenem nebo kuličkovým šroubem s šikmá ozubená kola v servopřevodovce. Jakákoli vůle v ozubeném soukolí se při změně směru osy projeví jako ztráta chodu – motor se pohybuje mezerou vůle předtím, než se stůl začne pohybovat, čímž vzniká chyba polohování rovnající se vůli dělené převodovým poměrem nástroje. Vůle třídy g nebo h (obvykle j_n = 0,01–0,04 mm pro Mn = 2–4 ozubená kola servopřevodovky) omezuje tuto ztrátu chodu pod cílovou opakovatelnost polohování osy (obvykle ±1–5 µm).
- Pohony tiskařských a balicích strojů: Vícebarevné tiskové stroje vyžadují při rychlostech nad 10 000 archů/hodinu přesný soutisk (zarovnání barev). Jakákoli vůle v ozubených soukolích pohánějících tiskové válce způsobuje cyklickou chybu soutisku při rychlosti otáčení oscilačních pohonů. Vůle třídy g je standardem pro pohony tiskových válců.
Jak se v praxi měří zpětná reakce
K ověření se používají tři praktické metody spirálové ozubené kolo reakce ve výrobě a při vstupní kontrole:
| Metoda | Jak to funguje | Nejlepší pro | Omezení |
|---|---|---|---|
| Analyzátor ozubených kol (tloušťka zubu) | Měří skutečnou odchylku tloušťky zubu (A_s, A_i) na analyzátoru ozubených kol; vypočítává očekávanou vůli z měření obou ozubených kol | Kontrola výroby; vstupní kontrola volných ozubených kol před montáží | Nezohledňuje skutečnou změnu osové vzdálenosti v pouzdře |
| Spárová měrka v oku | Vložte spárovou měrku mezi boky nehnacích zubů s hnacími boky v plném kontaktu; maximální tloušťka měrky, která prochází = vůle | Měření v terénu na smontované převodovce; rychlé a levné | Obtížné pro šikmá ozubená kola s velkou šířkou čelní plochy (měřidlo se musí dotýkat po celé diagonální kontaktní linii) |
| Úchylkoměr na věnci ozubeného kola | Zafixujte jeden ozubený převod; kolébání ozubeného kola tam a zpět; celkový údaj na indikátoru = vůle na průměru roztečné kružnice | Smontovaná převodovka; měření skutečné provozní vůle včetně osové vzdálenosti skříně | Vyžaduje současný přístup k oběma ozubeným věncům; praktické pouze u otevřených nebo přístupných záběrů ozubených kol |
Jak se vůle zvyšuje v průběhu životnosti
Jako spirálové ozubené kolo Během životnosti převodovky se oba boky zubů opotřebovávají, oba boky zubů postupně ztrácejí materiál – skutečná tloušťka zubu se zmenšuje a vůle se zvětšuje. V dobře mazané průmyslové převodovce s měkkým bokem zubu (QT HB 280) se v důsledku běžného opotřebení vůle zvyšuje přibližně o 0,005–0,020 mm za rok nepřetržitého provozu při mírném zatížení. Pokud vůle překročí přibližně 3násobek původní konstrukční hodnoty, hluk převodovky se obvykle znatelně zvyšuje v důsledku zvýšené nárazové síly na vůli při obrácení zatížení a ohybové napětí paty zubu se zvyšuje v důsledku dynamického přetížení způsobeného nárazem. Měření vůle je proto užitečným parametrem pro sledování stavu – rostoucí rychlost vůle indikuje zrychlující se opotřebení a signalizuje blížící se potřebu údržby.
Určení vůle na výkresu šikmého ozubeného kola
Vůle je specifikována na spirálové ozubené kolo výkres skrz označení třídy odchylky tloušťky zubu dle DIN 3967. Správné označení výkresu se v tabulce s údaji o ozubených kolech objeví jako:
Třída odchylky tloušťky zubu: DIN 3967 − [třída vůle][třída tolerance]
Příklad: DIN 3967 − ef (třída vůle e, tolerance tloušťky zubu f)
Dva znaky určují: první je třída vůle (a až d = velká; e, f = normální; g, h = malá) a druhý je tolerance tloušťky zubu (jak široké je pásmo od maximální k minimální tloušťce zubu). Společné specifikace pro šikmá ozubená kolaDIN 3967 − ef (normální průmyslové), DIN 3967 − fg (přesné průmyslové), DIN 3967 − gh (servo/polohování).
Korea Ever-Power — Zpětná reakce specifikována a ověřena u každé objednávky
Korejský stadion Ever-Power spirálové ozubené kolo — odchylka tloušťky zubu dle DIN 3967 se měří na analyzátoru ozubených kol a uvádí se v inspekčním certifikátu. Potvrzení třídy vůle je součástí standardní dokumentace každé objednávky přesných zařízení.
Společnost Korea Ever-Power specifikuje správnou třídu vůle dle DIN 3967 pro každý ozubené kolo se spirálovým řezem objednávka – potvrzení vhodné třídy pro daný typ aplikace (standardní přenos výkonu vs. polohovací servo) a ověření skutečné odchylky tloušťky zubu měřením analyzátorem ozubených kol. Jako přímý výrobce šikmých ozubených kolTřída vůle je potvrzena v inspekčním certifikátu, který je součástí každé objednávky.
Často kladené otázky
Ne – třída přesnosti DIN (DIN 3962) a třída vůle (DIN 3967) jsou nezávislé specifikace. Ozubené kolo může mít přesnost třídy DIN 5 se standardní vůlí (třída e/f) nebo přesnost třídy DIN 8 s úzkou vůlí (třída g/h). Třída přesnosti určuje, jak přesně profil zubu, stoupání a rozteč odpovídají ideální geometrii; třída vůle určuje, jak tenký je skutečný zub vzhledem k nominální tloušťce. Obě musí být specifikovány na výkresu – jedna neznamená druhou.
Když spirálové ozubené kolo Převodovka se zahřívá, skříň se roztahuje – čímž se zvětšuje osová vzdálenost. Protože vůle j_n ∝ (C − C_design) pro danou tloušťku zubu, zvětšující se C zvyšuje vůli. Samotné zuby ozubeného kola se také roztahují, ale osová vzdálenost skříně se úměrně zvětšuje více než průměry rozteče ozubených kol pro typické ocelové kolo v litinovém skříni – protože skříň má při provozní teplotě větší délku (osová vzdálenost 200 mm oproti poloměru ozubeného kola 40 mm). To znamená, že vůle je při provozní teplotě vždy větší než při montáži za studena, a proto musí být minimální vůle navržena při provozní teplotě, nikoli při montáži za studena.
Skutečně nulová vůle není dosažitelná u standardního jednoho spirálové ozubené kolo pár kvůli výrobním tolerancím a požadavkům na tepelnou roztažnost. Čeho lze dosáhnout: zamezení zpětného rázu spirálové ozubené kolo páry využívající pružinové axiální předpětí k vyrovnání vůle – jedno ozubené kolo je axiálně rozděleno na dvě části a pružina tlačí jednu polovinu proti spojovacímu ozubenému kolu, aby se eliminovala mezera na vůli. Tento přístup dosahuje téměř nulové vůle pro polohovací aplikace, ale za cenu vyšší míry opotřebení boků zubů v důsledku konstantní síly předpětí a zvýšené ztráty hnacího momentu v důsledku tření předpětí.
Pro většinu obecných průmyslových přenosů energie spirálové ozubené kolo náhradní díly – jeřábové kladkostroje, pohony dopravníků, převodovky čerpadel, pohony ventilátorů – vhodná je třída e (velká) nebo třída f (normální) dle DIN 3967. Třída e se upřednostňuje, pokud je původní skříň převodovky opotřebovaná a skutečná osová vzdálenost je o něco větší než jmenovitá (což vede k menší vůli, než by poskytovala nová skříň). Třída f je standardem pro nové skříně a náhradní převody v dobrých skříních. Třídu g nebo h uveďte pouze v případě, že je použití potvrzeno jako servopohon nebo polohovací pohon – menší vůle, než je potřeba, způsobuje potíže s montáží a zrychluje opotřebení bez jakéhokoli provozního přínosu.
Určete správnou třídu vůle pro vaše šikmé ozubené kolo
Uveďte typ aplikace, rozsah provozních teplot a zda se pohon při zatížení otáčí zpět. Společnost Korea Ever-Power potvrzuje správnou třídu vůle dle DIN 3967, specifikuje ji na výrobním výkresu a ověřuje skutečnou odchylku tloušťky zubu měřením analyzátorem ozubených kol u každé objednávky.
DIN 3967 třídy a až h · Měření tloušťky zubu analyzátorem ozubených kol · Certifikát o vůli · Minimální objednávací množství 1 kus
Střihač: Cxm
