Co je to spirálová ozubená tyč? — Šroubové ozubené kolo s nekonečným poloměrem
Šroubová ozubená tyč je geometricky identická s spirálové ozubené kolo jehož poloměr rozteče se mohl zvětšit do nekonečna – zakřivená roztečná kružnice se stává přímou roztečnou čarou, zakřivený profil zubu se stává rovným šikmým zubem a těleso ozubeného kola se stává plochou deskou nebo tyčí. Šroubovitý pastorek, který zabírá s ozubeným hřebenem, je standardní spirálové ozubené kolo s konečným poloměrem stoupání. Systém spirálového ozubeného hřebene a pastorku dohromady přeměňuje spirálové ozubené kolo rotace pastorku do lineárního posuvu ozubeného hřebene (nebo vozíku pastorku, pokud je hřeben pevný) se stejnými výhodami záběru zubů jako u spirálové ozubené kolo pár: progresivní diagonální kontakt, vyšší kontaktní poměr, nižší chyba přenosu a nižší hluk ve srovnání s přímým ozubením a pastorkem.
Lineární dráha za spirálové ozubené kolo Otáčky pastorku jsou určeny obvodem rozteče pastorku: s = π × d₁ = π × Mn × z₁ / cos β. Toto je základní rovnice pro dimenzování pohonu ozubeným hřebenem – specifikuje lineární rychlost (mm/min = s × ot./min) a lineární sílu z spirálové ozubené kolo točivý moment pastorku.
Šroubovitý ozubený stojan vs. rovný ozubený stojan – Proč se šroubovicový ozubený stojan vyplatí za složitost
| Parametr | Rovný stojan (β = 0°) | Šroubovitý ozubený stojan (β = 15–25°) |
|---|---|---|
| Hluk (při stejné rychlosti na ose tónu) | Vyšší – vstup zubu v plné šířce je náhlý | o 5–10 dB(A) nižší – diagonální vstup snižuje buzení nárazem |
| Nosnost (stejná modulová a pohledová šířka) | Základní hodnota | 10–25% vyšší – vyšší kontaktní poměr rozkládá zatížení na větší délku zubu |
| Kontaktní poměr | ε_α ≈ pouze 1,4–1,6 | ε_γ = 2,0–3,5 (ε_α + ε_β) pro spirálové ozubené kolo pletivo |
| Axiální síla na ložisko pastorku | Nula | F_a = F_t × tan β (vyžaduje kosoúhlé stykové ložisko na pastorku) |
| Plynulost polohování | Zvlnění rychlosti na frekvenci záběru zubů | Nižší zvlnění rychlosti díky vyššímu kontaktnímu poměru |
| Výrobní | Jednodušší – odvalování nebo frézování s přímými zuby | Složitější – spirálovité odvalování s kompenzací úhlu šroubovice; kritické je sladění šroubovice mezi ozubeným hřebenem a pastorkem |
Výběr úhlu stoupání šroubovice pro ozubené pohony
Volba úhlu stoupání šroubovice pro pohon se šroubovicovou ozubenou tyčí se řídí stejnými principy jako u jakéhokoli jiného spirálové ozubené kolo páru, s jednou další úvahou: šířka čela ozubeného hřebene není omezena vnějším průměrem ozubeného kola, takže poměru překrytí ε_β = b × sin β / (π × Mn) lze dosáhnout libovolnou kombinací b a β. Pro lineární osy CNC obráběcích strojů je standardní rozsah β = 15–25°:
- β = 15°: Mírné snížení hluku; střední axiální síla na ložisko pastorku (tan 15° = 0,27 × F_t); vhodné pro standardní pohony os, kde hluk není primární příčinou. Nejběžnější u běžných průmyslových portálových jeřábů, kde spirálové ozubené kolo pohony pastorků a ozubených hřebenů pro manipulaci s materiálem.
- β = 19–20°: Standardní specifikace pro osy CNC obráběcích strojů (portálové frézky, osy frézek, obráběcí centra). Vyvažuje snížení hluku s ovladatelnou axiální silou při typických úrovních posuvné síly (100–5000 N). Široce dostupné jako katalogové položky od dodavatelů regálů.
- β = 25°: Maximálně praktické pro standardní pohony se šroubovicovým ozubením. Používá se pro ozubené hřebeny řízení elektromobilů (kde je hluk kritický a axiální síla je řízena konstrukcí skříně řízení), vysokorychlostní CNC osy nad 60 m/min, kde by byl hluk na síťové frekvenci slyšitelný při β = 20°.
Řízení vůle v pohonech se šroubovicovými ozubenými tyčemi – kritická výzva pro polohování
Broušený spirálový pastorek pro CNC ozubnicovou osu s pastorkem – tloušťka zubu pastorku je specifikována dle DIN 3967 třídy g nebo h pro dosažení malé vůle potřebné pro přesnost polohování; jakákoli vůle v záběru se při změně směru otáčení osy projeví jako ztráta pohybu.
Vůle v pohonu se spirálovou ozubenou tyčí se projeví přímo jako chyba polohování, když se vozík otočí do opačného směru: motor se otočí o úhlový ekvivalent vůle, než se vozík začne pohybovat. Pro pastorek o průměru 75 mm s vůlí 0,1 mm je úhlový ekvivalent natočení pastorku přibližně 0,1 / (π × 75 / 360) = 0,153° – což odpovídá 0,1 mm ztráty lineárního pohybu. V CNC polohovacích aplikacích je to nepřijatelné a musí být regulováno pod 0,01–0,03 mm pro standardní osy a pod 0,005 mm pro přesná obráběcí centra.
Metoda 1 – Tolerance tloušťky zubu (DIN 3967 třída g/h)
Pastorek a hřeben specifikujte podle normy DIN 3967 třídy g nebo h (jak je popsáno v článku o vůli). Tím se jmenovitá vůle zmenší, ale neodstraní se – úzká tolerance má stále rozsah vůle od 0 do přibližně 0,03–0,08 mm pro hřebenové pohony M3–M5. Dostatečné pro standardní CNC osy se softwarovou kompenzací vůle; nedostatečné pro přesné konturovací osy.
Metoda 2 – Dvoupastorkový pohon s protizpětnou kladkou
Dva identické pastorky jsou namontovány na stejném hřebenu a poháněny převodovkou s rozdělením krouticího momentu s mírným úhlovým předpětím mezi nimi. Oba pastorky zabírají současně s protilehlými boky zubů hřebenu – jeden tlačí hřeben dopředu, druhý dozadu – čímž se eliminuje vůle konstantním předpětím obou boků zubů. Toto je standardní řešení pro vysoce přesné pohony šroubových hřebenů CNC obráběcích strojů nad 5 m/min vyžadující přesnost polohování pod ±0,010 mm. Předpínací moment musí být vypočítán pečlivě: příliš nízký předpínací moment nevede k úplnému odstranění vůle; příliš vysoký předpínací moment zvyšuje míru opotřebení zubů hřebenu v důsledku nepřetržitého zatížení volnoběžného pastorku.
Výběr modulu z lineární síly – dimenzování pohonu se šroubovicovou ozubenou tyčí
Regálový modul Mn pro spirálové ozubené kolo pastorek se volí z požadované maximální lineární síly F_lineární a přípustného ohybového napětí pastorku v oblasti pastorku:
F_lineární = T_pastorek / r_pastorek = T_pastorek × 2 × cos β / (Mn × z₁)
Přeskupení pro spirálové ozubené kolo modul z požadované síly a dostupného momentu pastorku:
Mn = T_pastorek × 2 × cos β / (F_lineární × z₁)
Pro osy CNC obráběcích strojů s typickými řeznými silami 2000–8000 N a točivým momentem motoru 5–50 N·m pokrývá modul M3–M6 většinu aplikací. Pro těžké portálové jeřáby s nosností 5–50 tun je typický modul M8–M16. Společnost Korea Ever-Power vyrábí spirálové regálové profily od M2 do M20 ve standardních délkách 500–2000 mm se spojovacími prvky (otvory pro kolíky, koncové zahloubení) pro spojení do dlouhých souvislých regálových řad.
Specifikace osy CNC obráběcího stroje – Co specifikovat pro pohon šroubovicové ozubnice
| Parametr | Standardní CNC frézka / portál | Přesné obráběcí centrum |
|---|---|---|
| Modul Mn | M3–M5 | M2–M4 |
| Úhel šroubovice β | 20° | 20–25° |
| Třída přesnosti DIN | DIN 7–8 (přesné odvalování) | DIN 5–6 (broušené) |
| Třída tloušťky zubu | DIN 3967 fg (úzký) | DIN 3967 gh (těsný) |
| Materiál stojanu | 45# QT HB 220–280 nebo C45E | 20CrMnTi cementovaný HRC 58–62, broušený |
| Řešení zpětné reakce | Jednopastorek se softwarovou kompenzací | Dvojitý pastorek s ochranou proti zpětnému rázu a specifikací předpínacího momentu |
| Délka stojanu na segment | 500–1000 mm s vyrovnáním kolíků | 500 mm pro přesné zarovnání spojů |
Korea Ever-Power — Dodavatelé spirálových ozubnic a pastorků
Společnost Korea Ever-Power vyrábí spárované spirálové ozubené tyče a spirálové ozubené kolo Sady pastorků jako standardní produkty. Hřebeny se vyrábějí v rozměrech M2–M20, úhly šroubovice β = 15–25°, délky 500–2000 mm na segment (spojovány do souvislých řad pomocí kolíkových spojů). Šroubovité ozubené kolo pastorky se vyrábějí v plném rozsahu standardních spirálové ozubené kolo velikosti, s spirálové ozubené kolo tloušťka zubu specifikovaná dle DIN 3967 třídy g nebo h pro polohovací aplikace. Ozubené tyče a odpovídající pastorky se měří společně jako spárovaná sada s vůlí potvrzenou na sestavě před odesláním. Jako přímý výrobce šikmých ozubených kolSpolečnost Korea Ever-Power poskytuje technickou dokumentaci – úhel šroubovice, třídu vůle, třídu přesnosti DIN a lineární únosnost síly – pro každou sadu ozubených hřebenů a pastorků.
Často kladené otázky
Ano, pokud se shoduje montážní rozteč a pastorek se vymění současně s odpovídajícím spirálové ozubené kolo pastorek. Rovný hřeben a rovný pastorek nelze kombinovat se šroubovicovým hřebenem a šroubovicovým pastorkem – šroubovicové ručičky hřebene a pastorku musí odpovídat a rovný zub se šroubovicovým zubem správně nezapadá. Osová vzdálenost šroubovicového hřebene a pastorku u stejného modulu se bude lišit od rovné verze (kvůli členu cos β ve vzorci pro průměr rozteče), takže montážní poloha motoru/převodovky může vyžadovat úpravu. Společnost Korea Ever-Power potvrzuje rozměrovou kompatibilitu pro spirálové ozubené kolo žádosti o dodatečné vybavení jako součást kontroly cenové nabídky.
Každý segment ozubené tyče je vyroben s přesně obrobeným vzorem otvorů pro kolíky na každém konci. Po spojení dvou segmentů zajistí vyrovnávací kolíky v kolejnici, že rozteč zubů ve spoji se rovná rozteči zubů v každém segmentu – s odchylkou stoupání přibližně ±1. U přesných CNC os jsou spojované konce sousedních segmentů po montáži na loži stroje jemně broušeny jako spárovaný pár, což zajišťuje, že přechod stoupání ve spoji nezpůsobí detekovatelné narušení rychlosti, když ho pastorek protne vysokou rychlostí.
Maximální praktická rychlost pro spirálový ozubený stojan a spirálové ozubené kolo Rychlost pohonu pastorkem je přibližně 3–5 m/s (180–300 m/min) pro standardní broušené sady ozubených hřebenů s řádným mazáním. Nad touto rychlostí se energie nárazu zubu na záběrové frekvenci stává dostatečně významnou, aby způsobila zrychlené opotřebení i při přesné regulaci vůle. Hydraulické a lineární motorové pohony překonávají ozubené hřebeny s pastorkem nad 5 m/s pro přesné aplikace. Pro pohony pojezdu velkých portálových jeřábů s nižšími požadavky na přesnost jsou standardní rychlosti šroubovicového ozubeného hřebene s pastorkem 1–2 m/s.
Otevřené pohony se šroubovicovými ozubenými tyčemi s odkrytým spirálové ozubené kolo pastorek (není uzavřen v převodovce) je mazán tukem nebo olejovou mlhou nanášenou na zuby ozubeného hřebene v pravidelných intervalech. U os CNC obráběcích strojů s spirálové ozubené kolo U pastorků nanášejí automatické mazací dávkovače převodový olej ISO VG 460 nebo VG 680 (olej nebo mazivo s nízkým rozstřikem) na zuby ozubeného hřebene v programovatelných intervalech – obvykle každých 30–60 minut pohybu osy. U pohonů hřebenů venkovních portálových jeřábů se denně nebo automaticky nanáší mazivo pro otevřené převody NLGI třídy 1 nebo 2 s adhezními přísadami (pro odolnost proti odstředivému odstřikování na roztečné kružnici pastorku). Mazivo musí dosáhnout aktivní zóny boku zubu – pokud se nanáší pouze na horní plochu hřebene, nemusí dosáhnout roztečné čáry, kde dochází ke kontaktu.
Specifikujte svůj pohon s ozubeným hřebenem a pastorkem
Uveďte požadovanou lineární sílu, rychlost posuvu, zdvih, přesnost polohování a typ aplikace. Společnost Korea Ever-Power vybere správný modul, úhel stoupání šroubovice, třídu přesnosti a řešení vůle – a před výrobou potvrdí kapacitu lineární síly, plynulost rychlosti a přesnost polohování.
M2–M20 · β = 15–25° · DIN 5–8 · Párované sady ozubených hřebenů a pastorků · Pastorky s ochranou proti vůli · CNC a jeřábové aplikace
Střihač: Cxm
