Kaksi toisistaan riippumatonta väsymisrajaa – miksi molemmat on tarkistettava
A kierukkavaihteisto pari voi pettää kahden täysin eri mekanismin läpi samalla käyttökuormalla, ja molemmat on tarkastettava erikseen, koska materiaalien ominaisuudet, geometriakertoimet ja turvamarginaalit eroavat niiden välillä. Yhden tarkastuksen läpäiseminen ei tarkoita toisen läpäisemistä:
Tarkistus 1 – Pistemäinen vastustuskyky (kosketusväsymys)
Hampaan kyljen Hertzin kosketusjännityksen σ_H on pysyttävä materiaalin sallitun kosketusjännityksen σ_H lim alapuolella. Pistekorroosio on pinnan väsymismekanismi – se alkaa hampaan kyljen pinnan kohdalla tai juuri sen alapuolella jakolinjalla, jossa EHL-kalvo on ohuin. Se on progressiivinen (varoitus ennen katastrofaalista vikaantumista) ja sitä säätelee pinnan kovuus. Tyypillinen vähimmäisturvallisuuskerroin S_H min = 1,0–1,2.
Tarkistus 2 – Hampaan juuren taivutuslujuus
Hampaan juuren viisteen taivutusjännityksen σ_F on pysyttävä materiaalin sallitun taivutusjännityksen σ_F lim alapuolella. Hampaan juuren murtuma on taivutusväsymysmekanismi — se alkaa vetopuolen juuren viisteestä ja etenee katastrofaaliseksi hampaan murtumaksi ilman varoitusta. Sitä säätelevät ytimen sitkeys ja juuren geometria. Tyypillinen vähimmäisturvallisuuskerroin S_F min = 1,3–2,0 (korkeampi kuin pistekorroosio, koska murtuminen on äkillinen).
ISO 6336 -standardin mukainen kosketusjännityksen kaava – pistemäisen vastuksen laskeminen
ISO 6336-2 laskee nimellisen kosketusjännityksen jakopisteessä kierukkavaihteisto σ_H0 a:n nousupisteessä kierukkavaihteisto pari ja sitten käytetään kuormituksen vaikutuskertoimia tehokkaan kosketusjännityksen σ_H saamiseksi:
σ_H = Z_H × Z_E × Z_ε × Z_β × √(F_t/(b × d₁) × (u+1)/u) × √(K_A × K_V × K_Hα × K_Hβ) [MPa]
| Tekijä | Nimi | Tyypillinen arvo | Fyysinen merkitys |
|---|---|---|---|
| Z_H | Vyöhykekerroin | 2,35, kun β=20°, α_n=20° | Muuntaa tangentiaalisen voiman kosketusjännitykseksi kohdassa kierukkavaihteisto nousupiste; pienenee hieman kierrekulman myötä |
| Z_E | Joustavuuskerroin | 189,8 √MPa (teräs/teräs) | Materiaalin elastiset ominaisuudet; kiinteä arvo 189,8 kaikille teräs-teräs-hammaspyöräpareille |
| Z_ε | Kontaktisuhdekerroin | 0,75–0,88 (alempi = parempi) | Huomioi kuormanjaon kierukkavaihteisto kokonaiskosketussuhteesta; suurempi ε_γ pienentää Z_ε:ta, mikä pienentää σ_H:ta — kierukkavaihteen etu kvantifioituna |
| Z_β | Helix-kulmakerroin | √(cos β): 0,97, kun β = 20° | Huomioi kaltevan kosketuslinjan; hieman hyötyä kierrekulmasta Z_ε:n ulkopuolella |
| F_t/(b × d₁) | Yksikkökuorma | N/mm² | Nimellinen hertsiläinen kuormitus — perusintensiteetti ennen jännityskeskittymistä |
| sinä | Vaihdesuhde | = z₂/z₁ | Kaarevuuskerroin: suurempi u tarkoittaa, että pienemmällä hammaspyörällä (hammaspyörällä) on suurempi kosketusjännitys kuin suuremmalla hammaspyörällä |
| K_A | Sovelluskerroin | 1,0–3,0 | Ulkoisen kuormituksen vaihtelu (käyttökerroin); moninkertaistaa sekä kosketus- että taivutusjännityksen tasaisesti |
| K_Hβ | Kasvokuorman jakautumiskerroin (kosketus) | 1,05–1,8 | Epätasainen kuormitus poikki kierukkavaihteisto pinnan leveys; ottaa huomioon akselin taipuman ja linjausvirheen. Vähentää lyijypommittelu. |
Pistovaurioiden turvallisuuskerroin kierukkavaihteisto pari (hammaspyörä ja pyörä tarkastetaan erikseen):
S_H = σ_H lim_eff / σ_H ≥ S_H_min (tyypillisesti 1,00 yleisille teollisuussovelluksille; 1,20 sovelluksille, joiden kuormitushistoria on epävarma)
ISO 6336 -standardin mukainen taivutusjännityskaava – hampaan juuren lujuuden laskenta
Kierukkapyörän hampaan poikkileikkaus — hampaan tyven pyöriste on koko hammaspyörän suurin taivutusjännitys. ISO 6336-3 laskee nimellisen taivutusjännityksen kierukkavaihteisto σ_F0 tässä kohdassa ja käyttää kuormituksen vaikutuskertoimia K_A, K_V, K_Fα ja K_Fβ saadaksesi tehollisen jännityksen vertailua varten σ_F lim -arvoon nähden.
σ_F = (F_t / (b × m_n)) × Y_Fa × Y_Sa × Y_ε × Y_β × K_A × K_V × K_Fα × K_Fβ [MPa]
| Tekijä | Nimi | Tyypillinen arvo | Fyysinen merkitys |
|---|---|---|---|
| Y_Fa | Hampaan muotokerroin | 2,5–3,5 (pienenee z:n mukana) | Taivutusmomentin varsi kohdassa kierukkavaihteisto juurifilee suhteessa hammasjakoon; riippuu hammasmäärästä ja profiilin siirtymästä |
| Y_Sa | Jännityskorjauskerroin | 1,55–1,80 | Jännityskeskittymä juuripyöristyksessä; ottaa huomioon pyöristyssäteen lovivaikutuksen. Suurempi pyöristys → pienempi Y_Sa → pienempi σ_F |
| Y_ε | Kosketussuhdekerroin (taivutus) | 0,62–0,75 | Kuormanjakovaikutus taivutuksessa; pienempi pienennys kuin Z_ε:lla kosketuksessa, koska kuorma keskittyy edelleen yksittäisiin hampaisiin |
| Y_β | Helix-kulmakerroin (taivutus) | 1 − εβ × β/120 (noin) | Kierteinen kosketuslinja laajentaa juuren kuormitusaluetta; kohtalainen hyöty taivutukselle β=20–25° |
| K_Fβ | Kasvokuormakerroin (taivutus) | 1,05–2,0 | Epätasainen kuormitus pinnan leveydellä; samanlainen kuin K_Hβ, mutta sovellettuna taivutukseen. Reunakuormitus virhekohdistuksesta nostaa suoraan σ_F:ää |
Taivutuksen varmuuskerroin kierukkavaihteisto:
S_F = σ_F lim_eff / σ_F ≥ S_F_min (tyypillisesti 1,40–1,60 yleisissä teollisuussovelluksissa; 2,00 turvallisuuskriittisissä sovelluksissa)
Materiaalin sallitut jännitykset — σ_H lim ja σ_F lim Viitearvo
Hiilihapotettu kierukkavaihteisto — Kaasuhiiletyksellä saavutettu HRC 58–62 -pintakovuus antaa σ_H lim -arvon 1500–1800 MPa (ISO 6336-5 MQ to ME -materiaalilaatu) — noin 3 kertaa suurempi kuin QT-pehmeälaitaisella hammaspyörällä, mikä mahdollistaa joko 3 kertaa suuremman välitetyn kuorman tai noin 9 kertaa pidemmän käyttöiän samalla kuormalla
| Materiaaliluokka | Lämpökäsittely | Pinnan kovuus | σ_H lim (MPa) ISO MQ | σ_F lim (MPa) ISO MQ | ISO 6336-5 Laatu |
|---|---|---|---|---|---|
| 45# (C45) | QT | HB 220–280 | 490–560 | 190–225 | ML (vähintään) |
| 40Cr (41Cr4) | QT | HB 260–320 | 530–600 | 210–240 | ML |
| 42CrMo (42CrMo4) | Induktio HRC 52 | HRC 50–55 | 820–950 | 340–380 | MQ |
| 20CrMnTi | Hiilistetty + jauhettu | HRC 58–62 | 1500–1650 | 430–480 | MQ ME:lle |
| 17CrNiMo6 | Hiilistetty + jauhettu | HRC 58–62 | 1600–1800 | 450–500 | MINÄ (paras) |
ISO 6336-5 -materiaalien laatutasot: ML = minimi; MQ = keskilaatu (teollisuusstandardi); ME = korkea laatu (auto- ja meriteollisuus). σ_H lim- ja σ_F lim-arvot ISO 6336-5 -taulukoista 1 ja 2.
Laskentaesimerkki — M5-kierukkapyöräpari, 75 kW nopeudella 1500 rpm
Annettu: M5, z₁=24, z₂=72, β=20°, α_n=20°, b=80 mm, 20CrMnTi hiiletetty, P=75 kW, n₁=1500 RPM, KA=1,25 (kevyt isku)
Vaihe 1 — Geometria
d₁ = 5 × 24 / cos20° = 127,8 mm | d₂ = 5 × 72 / cos20° = 383,4 mm
u = z₂/z₁ = 3,0 | C = (127,8 + 383,4)/2 = 255,6 mm
Vaihe 2 — Tangentiaalinen voima ja yksikkökuorma
T₁ = 9550 × 75 / 1500 = 477,5 Nm
F_t = 2T₁ / d₁ = 2 × 477 500 / 127,8 = 7 475 N
F_t/b = 7 475 / 80 = 93,4 N/mm² → Yksikkökuorma w_t = F_t × (u+1)/(b × u) = 7475 × 4/(80 × 3) = 124,6 N/mm²
Vaihe 3 — Kosketusjännitys σ_H (yksinkertaistettu, KV=1,05, KHβ=1,15, KHα=1,0)
σ_H0 = Z_H × Z_E × Z_ε × Z_β × √(w_t)
= 2,35 × 189,8 × 0,79 × 0,970 × √(124,6)
= 2,35 × 189,8 × 0,79 × 0,970 × 11,16
= 380 MPa (nimellinen)
σ_H_eff = σ_H0 × √(KA × KV × KHβ × KHα)
= 380 × √(1,25 × 1,05 × 1,15 × 1,0)
= 380 × √1,509 = 380 × 1,229 = 467 MPa
Vaihe 4 — Pistekorroosion varmuuskerroin
σ_H lim (20CrMnTi hiiltynyt, ISO MQ) = 1500 MPa
S_H = 1500 / 467 = 3.21 ✓ (vähintään 1,0 — turvallisesti ylitetty)
Vaihe 5 – Taivutusjännitys σ_F (YFa=2,65, YSa=1,60, Yε=0,68, Yβ=0,88, KFβ=1,18)
σ_F0 = (F_t / (b × mn)) × YFa × YSa × Yε × Yβ
= (7475 / (80 × 5)) × 2,65 × 1,60 × 0,68 × 0,88
= 18,69 × 2,545 = 47,6 MPa
σ_F_eff = σ_F0 × KA × KV × KFα × KFβ
= 47,6 × 1,25 × 1,05 × 1,0 × 1,18
= 47,6 × 1,550 = 73,7 MPa
Vaihe 6 — Taivutuksen varmuuskerroin
σ_F lim (20CrMnTi hiiltynyt, ISO MQ) = 450 MPa
S_F = 450 / 73,7 = 6.11 ✓ (vähintään 1,4 — reilusti ylitetty)
Kumpi raja-arvo hallitsee – kosketusväsymystä vai taivutusväsymystä?
Korea Ever-Power suorittaa ISO 6336 -kosketusväsymis- ja taivutusväsymislaskelmia jokaiselle asiakkaalle kierukkavaihteisto tilaus — S_H:n ja S_F:n raportointi määriteltyjä vähimmäisturvallisuuskertoimia vasten ja kaikkien lujuusmarginaalia parantavien geometrian muutosten merkitseminen
Käytännössä määräävä raja – kummalla näistä kahdesta tarkistuksesta on pienempi varmuuskerroinmarginaali – riippuu ensisijaisesti vaihteen koosta ja materiaalista:
Suuri siirtoteho ja -nopeus (korkea F_t per yksikköpinnan leveys); pehmeäreunainen QT-materiaali, jossa σ_H lim on suhteellisen alhainen; suuret moduulihammaspyörät, joissa hammas on korkea ja juurifilee on runsas (alhainen Y_Fa × Y_Sa). kierukkavaihteisto Jakovälin halkaisijaa on suurennettava tai materiaalia on parannettava S_H_min-arvon täyttämiseksi.
Pieni hammaspyörän hammasluku (z₁ < 18 → korkea Y_Fa); pieni moduuli ja kapea pinnan leveys; käänteinen kuorma (Y_M = 0,7); iskukuormitus, joka johtaa korkeaan K_Fβ:aan; iskukuormia ei ole täysin otettu huomioon KA:ssa. kierukkavaihteisto Moduulia on suurennettava tai juuripyöristyksen sädettä on suurennettava, jotta S_F_min täyttyy.
Korea Ever-Power — ISO 6336 -laskenta jokaiselle teollisuustilaukselle
Korea Ever-Power suorittaa täydelliset ISO 6336-2- ja ISO 6336-3 -lujuuslaskelmat jokaiselle tarkkuusluokitukselle kierrehammaspyörä teollinen tilaus — raportoi S_H- ja S_F-arvot sekä hammaspyörälle että hammaspyörälle, ja kaikki K-kertoimet on nimenomaisesti ilmoitettu. Asiakkaille, jotka toimittavat tehoa, nopeutta, välityssuhdetta ja sovellustyyppiä, Korea Ever-Powerin suunnittelutiimi valitsee moduulin ja pinnan leveyden, jotka saavuttavat tavoiteturvallisuuskertoimet kustannustehokkaimmalla materiaalilla. Suorana kierrevaihteiden valmistajaKorea Ever-Power sisällyttää ISO 6336 -laskelmayhteenvedon tilausasiakirjoihin, mikä tekee vaihdespesifikaation teknisestä perustasta täysin läpinäkyvän. Selaa kierukkavaihteiden tuotevalikoima teollisuuskäyttösovelluksiin.
Usein kysytyt kysymykset
Kosketusväsymisraja σ_H lim skaalautuu suunnilleen pinnan kovuuden neliön kanssa (Hertzin kosketusväsyminen on karkaistun kotelon määräämä pintailmiö). Pinnan kovuuden kolminkertaistaminen HB 280:stä HRC 60:een yli kolminkertaistaa σ_H lim:n. Taivutusväsymisraja σ_F lim skaalautuu enemmän ytimen sitkeyden kuin pinnan kovuuden kanssa – hampaan juuren murtuma etenee ydinmateriaalin, ei kovan pinnan, läpi. Pinnan kovuuden lisääminen parantaa σ_F lim:ää vain kohtalaisesti (parantamalla hiiletysmuutoksesta johtuvaa puristusjäännösjännitystä juurivyöhykkeellä), kun taas se parantaa dramaattisesti σ_H lim:ää. Tämä epäsymmetria tarkoittaa, että hiiletetyllä kierrevaihteet, pistemäisen vaurion varmuuskerroin S_H on yleensä paljon suurempi kuin taivutuksen varmuuskerroin S_F — taivutusväsyminen määrää useammin hiiletettyjen hammaspyörien pienimmän hyväksyttävän hammaspyöräkoon kierukkavaihteisto parit.
Kierrekulma vaikuttaa ISO 6336 -standardin mukaiseen kosketusjännityskaavaan kolmen tekijän kautta: Z_ε (kosketussuhdekerroin, paranee ε_β:n myötä), Z_β (kierrekulmakerroin = √cos β, pienenee hieman β:n myötä) ja Z_H (vyöhykekerroin, pienenee hieman). β:n kasvattamisen nettovaikutus 20°:sta 25°:een σ_H:han on noin −5 - −8% (eli pienempi kosketusjännitys, parempi pistekorroosionkestävyys) – pääasiassa siksi, että ε_β kasvaa tyypillisen teollisuusvaihteen noin 0,9:stä 1,3:een, mikä pienentää merkittävästi Z_ε:ta. Taivutustarkastuksessa Y_β paranee hieman β:n myötä, mikä pienentää edelleen σ_F:ää. Molemmat turvallisuuskertoimet paranevat, kun β:ta kasvatetaan 20°:sta 25°:een, aksiaalisen työntövoiman lisääntymisen kustannuksella (F_a kasvaa tan 25°/tan 20° = 1,28 × alkuperäinen) – tavanomainen kompromissi.
Kyllä — AGMA 2101 ja ISO 6336 perustuvat samoihin Hertzin kosketusjännityksen ja Lewisin taivutusjännityksen peruskaavoihin, mutta niissä käytetään eri tekijänimikkeistöä ja hieman erilaisia turvallisuuskertoimien käytäntöjä. Useimmissa sovelluksissa ISO 6336 -standardin mukaisesti oikein mitoitettu vaihde, jonka S_H ≥ 1,1 ja S_F ≥ 1,5, läpäisee myös AGMA 2101 -luokituskriteerit asianmukaisella käyttökertoimen soveltamisella. Korea Ever-Power käyttää ISO 6336 -standardia oletuslaskentastandardina, mutta voi tarjota AGMA 2101 -muotoisen tulosteen asiakkaille, jotka sitä tarvitsevat — samaa kierukkavaihteisto tuotetaan riippumatta siitä, missä standardissa laskelma esitetään.
ISO 6336 -standardin on tarkoitus olla konservatiivinen (pessimistinen) mediaanimateriaalilaadun (MQ-taso) suhteen – hammaspyörän, joka läpäisee ISO 6336 -standardin S_H = 1,0:lla, pitäisi selvitä suunnitellun käyttöiän hyvällä todennäköisyydellä keskimääräisen materiaalin ja valmistuksen laadun osalta. Se voi aliarvioida todellisen käyttöiän ME-laatuisen materiaalin (ensiluokkaiset hiiletetyt hammaspyörät, joilla on erittäin tiukka metallurginen ohjaus) tapauksessa ja yliarvioida käyttöiän, kun: materiaali on MQ-alueen alarajalla; KA on aliarvioitu (todelliset huippukuormat ylittävät oletetun käyttökertoimen); tai virheasentokerroin K_Hβ on liian pieni (jäännösvirhe asennuksen jälkeen on suurempi kuin laskelmassa on oletettu). Kriittisissä sovelluksissa Korea Ever-Power suosittelee todellisten K-kertoimien määrittämistä mitatusta akselin taipumasta ja kotelon linjauksesta taulukkomuotoisten arvioiden sijaan.
Pyydä ISO 6336 -lujuuslaskelmaa kierukkapyörällesi
Anna teho, nopeus, välityssuhde, keskiöväli ja sovellustyyppi. Korea Ever-Power suorittaa täydelliset ISO 6336-2 (pistekorroosio) ja ISO 6336-3 (taivutus) -laskelmat ja suosittelee oikeaa moduulia, pinnan leveyttä ja materiaalia vaadittujen turvallisuuskertoimien saavuttamiseksi – nämä tiedot sisältyvät vakiona jokaiseen teollisuusvaihteiden tilaukseen.
ISO 6336-2 pistekorroosiosuoja · ISO 6336-3 taivutussuoja · S_H ja S_F ilmoitettu · Kaikki K-kertoimet ilmoitettu · Sisältyy jokaiseen tilaukseen
Toimittaja: Cxm
