Tři typy nesouososti hřídelí a jejich vliv na šikmá ozubená kola
Ideální spirálové ozubené kolo Dvojice pracuje s dokonale rovnoběžnými, koplanárními (v návrhové osové vzdálenosti) středovými osami obou hřídelí a bez relativního axiálního posunutí mezi šířkami čel ozubených kol. Jakákoli odchylka od této ideální podmínky vytváří nesouosost, která zkresluje rozložení kontaktního tlaku. Mohou se vyskytnout tři odlišné typy nesouososti nezávisle na sobě nebo v kombinaci:
Dvě osy hřídelí jsou rovnoběžné, ale od sebe vzdálenost liší od návrhové osové vzdálenosti C. Pokud je skutečná osová vzdálenost menší než návrhová, vůle se zmenší a ozubené kolo se může zaseknout. Pokud je větší, vůle se zvětší a změní se rozdělení zatížení mezi ozubené kola. Chyba osové vzdálenosti 0,1 mm u ozubeného kola M5 změní vůli přibližně o 0,07 mm – v rámci tolerance normy DIN 3967 třídy e/f.
Osy hřídelí nejsou rovnoběžné – sbíhají se nebo se rozbíhají po šířce čelní plochy. Úhlové nesouosost způsobuje, že se kontaktní zóna koncentruje na jednom konci zubu: konec s nejmenší mezerou nese plné přenášené zatížení, zatímco druhý konec je odlehčen. Výsledné zatížení hrany zvyšuje kontaktní napětí daleko nad konstrukční hodnotu. Pouhé úhlové nesouosost 0,02 mm/100 mm může způsobit detekovatelné zatížení hrany v přesném provedení dle DIN třídy 5. spirálové ozubené kolo.
Jedno ozubené kolo je axiálně posunuto vzhledem ke svému partnerovi, takže se šířky obou čelních ploch plně nepřekrývají. Tento nesoulad snižuje efektivní šířku čelní plochy v záběru a zvyšuje kontaktní napětí o poměr plné šířky čelní plochy k efektivní šířce v záběru. U ozubeného kola s šířkou čelní plochy 100 mm s axiálním odsazením 5 mm je efektivní šířka čelní plochy 95 mm – což představuje snížení únosnosti o 51 TP3T. Nad šířkou čelní plochy 101 TP3T se zatížení hran od odkrytého rohu čela zubu stává významnou koncentrací únavy.
Přípustné tolerance nesouososti pro šikmá ozubená kola
Přípustná úhlová odchylka pro spirálové ozubené kolo Dvojice je přímo spojena s tolerancí odchylky stoupání ozubeného kola dle DIN (Fβ), protože úhlové nesouosost vytváří stejný kontaktní efekt jako odchylka stoupání – systematický posun kontaktní zóny směrem k jednomu čelnímu konci. Celkový rozpočet na nesouosost musí zůstat v tolerančním pásmu po započtení jak odchylky stoupání ozubeného kola při výrobě, tak i nesouososti způsobené skříní:
| Třída přesnosti DIN | Typická tolerance Fβ (M5, b=100 mm) | Maximální přípustné úhlové vychýlení | Maximální odchylka osové vzdálenosti |
|---|---|---|---|
| DIN třída 5 (broušené, přesné) | 8 µm | 0,008 mm / 100 mm (8 µm/100 mm) | ±0,03 mm od jmenovité hodnoty C |
| DIN třída 6 (uzemnění, standardní) | 12 µm | 0,012 mm / 100 mm | ±0,05 mm |
| DIN třída 7 (přesné odvalování) | 18 µm | 0,018 mm / 100 mm | ±0,08 mm |
| DIN třída 8 (standardní odvalování) | 25 µm | 0,025 mm / 100 mm | ±0,12 mm |
Postup laserového ustavování hřídelí pro ozubené pohony
Ověření rovnoběžnosti otvorů v tělese – zarovnání otvorů v tělese převodovky určuje skutečné úhlové vychýlení pozorované spirálové ozubené kolo pár. Přesné obrábění pouzdra a laserové zarovnání během instalace přispívají k dodržení tolerance Fβ.
Laserové systémy pro ustavování (jako například PRÜFTECHNIK ROTALIGN nebo podobné) měří skutečné polohy hřídelí současně ve dvou rovinách a udávají jak rovnoběžné odsazení, tak úhlové nesouosost v horizontálním i vertikálním směru. spirálové ozubené kolo Instalace pohonu, postup zarovnání probíhá ve čtyřech krocích:
Měkká kontrola patky před zarovnáním
Před jakýmkoli měřením zkontrolujte, zda všechny čtyři patky stroje pevně a rovnoměrně doléhají na základnu. Měkká patka (jedna patka se nedotýká zcela) způsobuje, že se rám při utahování šroubů kroutí, což vytváří reprodukovatelné nesouosost, která se během měření zdánlivě mění. Ověřte, zda všechny patky mají podložku o tloušťce <0,05 mm – u žádné patky není žádná mezera.
Změřte aktuální stav za studena
Namontujte laserové hlavy na obě hřídele; otočte je do tří poloh (9, 12 a 3 hodiny); nechte systém vypočítat aktuální rovnoběžné odsazení a úhlové vychýlení. Před jakoukoli korekcí zaznamenejte stav studeného zarovnání – to je základní hodnota pro výpočet korekce tepelného růstu.
Použít korekci tepelného růstu
Zadejte vypočítaný posun tepelného růstu (koeficient materiálu pouzdra × osová vzdálenost × nárůst teploty) tak, aby systém dosáhl správného stavu za studena při provozní teplotě. Pro litinové pouzdro s osovou vzdáleností 200 mm a nárůstem teploty 50 °C: vertikální tepelný růst = 11 µm/m × 0,2 m × 50 °C = 0,11 mm – toto musí být předem kompenzováno při za studena.
Opravit a ověřit
Proveďte korekce podložek podle indikace laserového systému. Znovu změřte, dokud se rovnoběžné odsazení i úhlové nesouosost nedostanou do tolerance uvedené výše v tabulce. Ověřte, zda konečné hodnoty studeného ustavení odpovídají toleranci pro specifikovanou třídu DIN daného spirálové ozubené kolo pár. Před provozem pod zatížením to zdokumentujte a podepište.
Vyrovnávání olova – technická kompenzace zbytkového nesouosí
I po přesném laserovém ustavení způsobuje vychýlení hřídele při provozním zatížení zbytkové úhlové nesouosost, které se během měření za studena nevyskytovalo. Pro hřídel ozubeného kola o průměru d a délce L (mezi ložisky) přenášející tangenciální sílu F_t je úhlové vychýlení při zatížení:
θ_deformace ≈ F_t × L² / (3 × E × I) [radiány, kde I = π × d⁴ / 64]
Toto úhlové náklony vyvolané vychýlením posouvají kontaktní zónu směrem k jednomu čelnímu konci – přesně stejný efekt jako úhlové nesouosost v důsledku nesprávné instalace. Zakřivení stoupání zubu (záměrná parabolická křivka na stoupání zubu, přičemž střed čelní plochy je mírně výše než konce čel, typicky o 5–20 µm) toto vychýlení předem kompenzuje: při provozním zatížení vychýlení tlačí zakřivený zub do kontaktu na celé ploše, nikoli do kontaktu na hraně. Optimální velikost zakřivení se rovná předpokládanému maximálnímu kontaktnímu posunu vyvolanému vychýlením při jmenovitém točivém momentu – vypočtenému z geometrie hřídele a přenášeného zatížení. Společnost Korea Ever-Power brousí specifikovaný profil zakřivení na stoupání zubu během brousicího cyklu HÖFLER, který je kvantifikován ve stopě stoupání analyzátoru ozubeného kola jako hladká parabolická odchylka od přímého stoupání.
Výběr spojky a její role při kompenzaci nesouososti
Spojka spojující motor s spirálové ozubené kolo vstupní hřídel a spojka na výstupu hrají klíčovou roli v tom, zda je nesouosost mezi strojem a skříní převodovky absorbována spojkou (správně) nebo přenášena hřídelí do záběru ozubených kol (nesprávně). Tři nejrelevantnější typy spojek pro spirálové ozubené kolo pohony:
| Typ spojky | Kapacita úhlového vychýlení | Axiální posunutí | Nejlepší pro |
|---|---|---|---|
| Pevná kotoučová spojka | Téměř nulová hodnota – přenáší nesouosost přímo na hřídel převodovky | Téměř nula | Přesné vysokorychlostní pohony, kde je souosost hřídelí ověřena laserem v rámci tolerance DIN třídy 5; nikdy jako univerzální spojka |
| Flexibilní čelistní / pavoučí spojka | Úhlová kapacita 1–2° | Střední axiální poddajnost | Standardní průmyslové spirálové ozubené kolo pohony, u kterých se očekává mírné nesouosost; snadná výměna elastomerového pavouka |
| Ozubená spojka (s korunkovými zuby) | 0,5–1,5° na prvek | Některé axiální; ovládané korunkou zubu | Těžké průmyslové a jeřábové pohony s velkým točivým momentem, kde pružná spojka nemůže přenášet jmenovitý točivý moment; ozubená spojka vyrovnává mírné nesouososti bez přenosu ohybových momentů na spirálové ozubené kolo hřídel |
| Kardanový kloub | Velké úhlové odsazení (5–30°) | Umožňuje posuvný kloub | Pohony s velkým úmyslným přesazením hřídele (hlavní pohony válcovacích stolic, kloubové hřídele vozidel); při velkých úhlech zavádí cyklickou změnu rychlosti s dvojnásobnou frekvencí hřídele |
Korea Ever-Power — Specifikace zarovnání a korunování olova
Společnost Korea Ever-Power specifikuje požadované tolerance zarovnání instalace (úhlové a rovnoběžné) pro každý ozubené kolo se spirálovým řezem pořadí na základě třídy přesnosti DIN ozubeného kola a šířky čela. Pro aplikace, kde je průhyb hřídele při zatížení významný, vypočítává Korea Ever-Power optimální velikost vyklenutí stoupání a standardně jej brousí do stoupání zubu na brusných zařízeních HÖFLER. Jako přímý výrobce šikmých ozubených kolTechnická dokumentace společnosti Korea Ever-Power pro každou objednávku převodovky zahrnuje toleranci zarovnání instalace, specifikaci vyklenutí olovených středů a přijatelný rozsah provozních teplot – což instalačnímu týmu poskytuje informace potřebné před instalací převodovky, nikoli až po selhání způsobeném zatížením na hraně.
Často kladené otázky
Úhlové nesouosí hřídele v spirálové ozubené kolo Pohon je svým kontaktním efektem ekvivalentní systematické chybě odchylky stoupání na zubu ozubeného kola. S perfektní geometrií ozubeného kola, ale úhlovým nesouosím 0,02 mm/100 mm šířky čelní plochy, se kontaktní zóna posouvá k jedné hraně čelní plochy – stejně jako by to bylo u ozubeného kola s Fβ = 20 µm. Tyto dva efekty se sčítají: ozubené kolo dle DIN třídy 7 (tolerance Fβ = 18 µm) instalované s nesouosostí 0,015 mm/100 mm má efektivní celkovou chybu stoupání přibližně 33 µm – což překračuje třídu 8 podle DIN. Výsledná důlková koroze vypadá identicky jako důlková koroze způsobená zatížením hran způsobená výrobou; skutečnou příčinu odhaluje pouze historie záznamů o souososti.
Ano, s omezeními. Větší šířka stoupání koncentruje kontakt v menší šířce ve středu čelní plochy – čímž se snižuje efektivní kontaktní délka a tím se zvyšuje kontaktní napětí. Pro nesouosost 0,02 mm/100 mm, kterou nelze opravit novým seřízením (např. inherentní ohyb pouzdra při zatížení), specifikace stoupání 15–20 µm dostatečně kompenzuje nesouosost bez nadměrného zvýšení kontaktního napětí. Při použití stoupání při hodnotě 30–40 µm u ozubeného kola M5 zmenšená kontaktní šířka zvyšuje kontaktní napětí dostatečně na to, aby vyvážila výhodu rozložení stoupání – správným řešením na této úrovni nesouososti je nesouosost spíše zmenšit než stoupání zvýšit.
U standardní podlahové převodovky jsou hřídele ozubených kol vodorovné. Tepelný růst skříně a patek motoru probíhá ve všech třech osách, ale vertikální růst je pro vyrovnání nejvýznamnější: gravitace působí směrem dolů, takže váha stroje je na podlahových úchytech. Horizontální tepelný růst je absorbován schopností stroje klouzat po základním rámu bez vytváření vratných sil. Vertikální tepelný růst zvedá hřídel motoru vzhledem k hřídeli převodovky, pokud se oba neroztahují rovnoměrně, což vytváří vertikální úhlové vychýlení. Konfigurace motorů montovaných nahoře mají odlišné účinky tepelného růstu a vyžadují specifickou analýzu.
Pro spirálové ozubené kolo U standardní třídy vůle (DIN 3967 třída e/f) je axiální posunutí mezi spojovacími ozubenými koly přijatelné až do šířky čelní plochy přibližně 3–51 TP3T – pro b = 100 mm je to maximální axiální posunutí 3–5 mm, než odkrytý roh hrany zubu vytvoří významnou koncentraci napětí. V praxi musí být axiální síla absorbována axiálními ložisky, aby v záběru nedošlo k žádnému axiálnímu posunutí. Volně pohyblivé páry ozubených kol (bez axiálního ložiska) jsou přijatelné pouze pro dvojitá spirálová (rybí kost) ozubená kola, kde se pár ozubených kol axiálně samocentruje.
Dokumentace tolerancí zarovnání s každou objednávkou šikmého ozubeného kola
Společnost Korea Ever-Power dodává s každou objednávkou přesného spirálového ozubeného kola tolerance pro zarovnání instalace, specifikaci pro vyklenutí vývodů a pokyny pro tepelný růst – instalačnímu týmu tak poskytuje informace, které potřebuje před instalací ozubeného kola, nikoli až po závadě.
Tolerance vyrovnání · Zaoblení olova · Výpočet tepelného odsazení · Doporučení pro spojku · Součástí každé objednávky
Střihač: Cxm
