Tre tipi di disallineamento dell'albero e i loro effetti sugli ingranaggi elicoidali
L'ideale ingranaggio elicoidale La coppia di ingranaggi funziona con i suoi due assi centrali perfettamente paralleli, complanari (alla distanza tra gli assi di progetto) e senza spostamento assiale relativo tra le larghezze delle facce degli ingranaggi. Qualsiasi deviazione da questa condizione ideale crea un disallineamento che distorce la distribuzione della pressione di contatto. Possono verificarsi tre tipi distinti di disallineamento, singolarmente o in combinazione:
I due assi degli alberi sono paralleli ma separati da una distanza diversa dalla distanza tra gli assi di progetto C. Se la distanza effettiva tra gli assi è inferiore a quella di progetto, il gioco diminuisce e la coppia di ingranaggi potrebbe bloccarsi. Se è maggiore, il gioco aumenta e la distribuzione del carico tra le coppie di denti cambia. Un errore di 0,1 mm nella distanza tra gli assi di una coppia di ingranaggi M5 modifica il gioco di circa 0,07 mm, rientrando nella tolleranza della norma DIN 3967 classe e/f.
Gli assi centrali dell'albero non sono paralleli: convergono o divergono lungo la larghezza della faccia. Il disallineamento angolare fa sì che la zona di contatto si concentri a un'estremità del dente: l'estremità in cui il gioco è minore sopporta l'intero carico trasmesso, mentre l'altra estremità rimane scarica. Il conseguente carico sul bordo aumenta la sollecitazione di contatto ben oltre il valore di progetto. Anche un disallineamento angolare di soli 0,02 mm/100 mm può causare un carico sul bordo rilevabile in un ingranaggio di precisione DIN Classe 5. ingranaggio elicoidale.
Un ingranaggio è spostato assialmente rispetto al suo omologo, in modo che le due larghezze della faccia non si sovrappongano completamente. Il disallineamento riduce la larghezza effettiva della faccia in presa, aumentando la sollecitazione di contatto in proporzione al rapporto tra la larghezza totale della faccia e la larghezza effettiva di innesto. Per un ingranaggio con larghezza della faccia di 100 mm e disassamento assiale di 5 mm, la larghezza effettiva della faccia è di 95 mm, con una riduzione della capacità di carico pari a 5%. Oltre 10% di larghezza della faccia, il carico sul bordo dell'estremità del dente esposta diventa una significativa concentrazione di fatica.
Tolleranze di disallineamento ammissibili per ingranaggi elicoidali
Il disallineamento angolare consentito per un ingranaggio elicoidale La coppia è direttamente collegata alla tolleranza di deviazione del passo DIN dell'ingranaggio (Fβ), poiché il disallineamento angolare produce lo stesso effetto di contatto della deviazione del passo: uno spostamento sistematico della zona di contatto verso un'estremità della faccia. Il budget totale di disallineamento deve rimanere entro la banda di tolleranza dopo aver tenuto conto sia della deviazione del passo di fabbricazione dell'ingranaggio sia del disallineamento indotto dall'alloggiamento:
| Classe di precisione DIN | Tolleranza tipica Fβ (M5, b=100mm) | Disallineamento angolare massimo consentito | Deviazione massima della distanza dal centro |
|---|---|---|---|
| Classe DIN 5 (rettificata, di precisione) | 8 µm | 0,008 mm / 100 mm (8 µm/100 mm) | ±0,03 mm rispetto al valore nominale C |
| Classe DIN 6 (rettificata, standard) | 12 µm | 0,012 mm / 100 mm | ±0,05 mm |
| Classe DIN 7 (lavorazione di precisione) | 18 µm | 0,018 mm / 100 mm | ±0,08 mm |
| Classe DIN 8 (taglio standard) | 25 µm | 0,025 mm / 100 mm | ±0,12 mm |
Procedura di allineamento laser dell'albero per riduttori
Verifica del parallelismo del foro dell'alloggiamento: l'allineamento dei fori dell'alloggiamento degli ingranaggi determina il disallineamento angolare effettivo visto dal ingranaggio elicoidale coppia. La lavorazione di precisione dell'alloggiamento e l'allineamento laser durante l'installazione contribuiscono entrambi a rimanere entro il budget di tolleranza Fβ
I sistemi di allineamento laser (come PRÜFTECHNIK ROTALIGN o simili) misurano simultaneamente le posizioni effettive dell'albero in due piani, fornendo sia l'offset parallelo che il disallineamento angolare nelle direzioni orizzontale e verticale. Per un ingranaggio elicoidale Per l'installazione dell'unità, la procedura di allineamento si articola in quattro fasi:
Controllo preliminare del piede morbido
Prima di qualsiasi misurazione, verificare che tutti e quattro i piedini della macchina siano a contatto saldo e uniforme con la base. Un piedino non a contatto (un piedino che non è completamente a contatto) provoca la torsione del telaio quando si serrano i bulloni, creando un disallineamento riproducibile che sembra variare durante la misurazione. Verificare che tutti i piedini abbiano uno spessore inferiore a 0,05 mm, senza alcuno spazio vuoto in corrispondenza di ciascun piedino.
Misurare la condizione attuale a freddo
Montare le teste laser su entrambi gli alberi; ruotarle in tre posizioni (ore 9, 12 e 3); lasciare che il sistema calcoli l'offset parallelo corrente e il disallineamento angolare. Registrare lo stato di allineamento a freddo prima di qualsiasi correzione: questo sarà il valore di riferimento per il calcolo della correzione della dilatazione termica.
Applicare la correzione della crescita termica
Inserire la compensazione calcolata della dilatazione termica (coefficiente del materiale dell'alloggiamento × distanza tra i centri × aumento di temperatura) in modo che il sistema punti a uno stato di allineamento a freddo che diventi corretto alla temperatura di esercizio. Per un alloggiamento in ghisa con distanza tra i centri di 200 mm e aumento di 50 °C: dilatazione termica verticale = 11 µm/m × 0,2 m × 50 °C = 0,11 mm — questo deve essere precompensato nell'allineamento a freddo.
Correggere e verificare
Applicare le correzioni di spessore come indicato dal sistema laser. Rimisurare fino a quando sia l'offset parallelo che il disallineamento angolare non rientrano nella tolleranza della tabella sopra. Confermare che i valori finali di allineamento a freddo rientrino nella tolleranza per la classe DIN specificata. ingranaggio elicoidale coppia. Documentare e firmare prima di utilizzare sotto carico.
Bombatura del piombo: la compensazione ingegneristica del disallineamento residuo
Anche dopo un preciso allineamento laser, la flessione dell'albero sotto carico operativo introduce un disallineamento angolare residuo che non era presente durante la misurazione dell'allineamento a freddo. Per un albero di ingranaggi di diametro d e lunghezza L (tra i cuscinetti) che trasmette una forza tangenziale F_t, la flessione angolare sotto carico è:
θ_deflessione ≈ F_t × L² / (3 × E × I) [radianti, dove I = π × d⁴ / 64]
Questa inclinazione angolare indotta dalla flessione sposta la zona di contatto verso un'estremità della faccia, esattamente lo stesso effetto di un disallineamento angolare dovuto a un'installazione errata. La bombatura del dente (una curva parabolica deliberata sul dente, con il centro della faccia leggermente più alto delle estremità, tipicamente di 5-20 µm) pre-compensa questa flessione: sotto carico operativo, la flessione spinge il dente bombato a contatto su tutta la superficie anziché sul bordo. L'entità ottimale della bombatura è pari allo spostamento massimo di contatto previsto indotto dalla flessione alla coppia nominale, calcolato in base alla geometria dell'albero e al carico trasmesso. Korea Ever-Power rettifica il profilo di bombatura specificato sul dente durante il ciclo di rettifica HÖFLER, quantificato nella traccia del dente dell'analizzatore di ingranaggi come una deviazione parabolica uniforme da un dente rettilineo.
Selezione dell'accoppiamento e suo ruolo nell'adattamento al disallineamento
L'accoppiamento che collega il motore al ingranaggio elicoidale L'albero di ingresso e l'accoppiamento in uscita svolgono un ruolo critico nel determinare se il disallineamento tra la macchina e l'alloggiamento del riduttore viene assorbito dall'accoppiamento (corretto) o trasmesso attraverso l'albero nell'ingranamento (errato). I tre tipi di accoppiamento più rilevanti per ingranaggio elicoidale unità:
| Tipo di accoppiamento | Capacità di disallineamento angolare | Spostamento assiale | Ideale per |
|---|---|---|---|
| Giunto a disco rigido | Vicino allo zero: trasmette il disallineamento direttamente all'albero dell'ingranaggio. | Vicino allo zero | Azionamenti di precisione ad alta velocità in cui l'allineamento albero-albero è confermato tramite laser entro la tolleranza della classe DIN 5; mai come giunto per uso generale. |
| Giunto flessibile a ganasce/ragno | capacità angolare di 1–2° | Conformità assiale moderata | Standard industriale ingranaggio elicoidale azionamenti in cui è previsto un disallineamento modesto; facile sostituzione del supporto in elastomero |
| Giunto a ingranaggi (denti bombati) | 0,5–1,5° per elemento | Alcuni assiali; controllati dalla corona del dente | Azionamenti industriali pesanti e per gru con coppia elevata, dove l'accoppiamento flessibile non può trasmettere la coppia nominale; l'accoppiamento a ingranaggi si adatta a disallineamenti moderati senza trasmettere momenti flettenti al ingranaggio elicoidale lancia |
| Giunto cardanico | Ampio offset angolare (5–30°) | Adatto tramite giunto scorrevole | Azionamenti con grande disassamento intenzionale dell'albero (azionamenti principali dei laminatoi, alberi di trasmissione dei veicoli); ad angoli elevati, introduce una variazione ciclica della velocità al doppio della frequenza dell'albero. |
Korea Ever-Power — Specifiche di allineamento e bombatura del piombo
Korea Ever-Power specifica le tolleranze di allineamento di installazione richieste (angolari e parallele) per ogni ingranaggio a taglio elicoidale ordine, in base alla classe di precisione DIN dell'ingranaggio e alla larghezza della faccia. Per applicazioni in cui la flessione dell'albero sotto carico è significativa, Korea Ever-Power calcola l'entità ottimale della bombatura del passo e la rettifica nel passo del dente come capacità standard sulle apparecchiature di rettifica HÖFLER. Come diretto produttore di ingranaggi elicoidaliLa documentazione tecnica di Korea Ever-Power per ogni ordine di ingranaggi include la tolleranza di allineamento per l'installazione, le specifiche di bombatura delle pale e l'intervallo di temperatura di esercizio accettabile, fornendo al team di installazione le informazioni necessarie prima dell'installazione dell'ingranaggio, anziché dopo che si è verificato un cedimento dovuto al carico sui bordi.
Domande frequenti
Disallineamento angolare dell'albero in un ingranaggio elicoidale L'effetto di contatto di un ingranaggio è equivalente a un errore sistematico di deviazione del passo sul dente. Con una geometria perfetta dell'ingranaggio ma un disallineamento angolare di 0,02 mm/100 mm di larghezza della faccia, la zona di contatto si sposta su un bordo della faccia, proprio come accadrebbe per un ingranaggio con Fβ = 20 µm. I due effetti sono additivi: un ingranaggio DIN Classe 7 (tolleranza Fβ = 18 µm) installato con un disallineamento di 0,015 mm/100 mm presenta un errore di passo totale effettivo di circa 33 µm, superando la classe DIN 8. La vaiolatura che ne risulta appare identica alla vaiolatura da carico sui bordi causata dalla produzione; solo la cronologia dei registri di allineamento rivela la vera causa.
Sì, con dei limiti. Una bombatura maggiore dei contatti concentra il contatto in una larghezza minore al centro della superficie, riducendo la lunghezza di contatto effettiva e aumentando di conseguenza la sollecitazione di contatto. Per un disallineamento di 0,02 mm/100 mm che non può essere corretto mediante riallineamento (ad esempio, la flessione intrinseca dell'alloggiamento sotto carico), specificare una bombatura dei contatti di 15-20 µm compensa adeguatamente il disallineamento senza un eccessivo aumento della sollecitazione di contatto. Oltre una bombatura di 30-40 µm per un ingranaggio M5, la ridotta larghezza di contatto aumenta la sollecitazione di contatto a sufficienza da annullare il vantaggio della distribuzione dei contatti: la soluzione corretta a quel livello di disallineamento è ridurre il disallineamento piuttosto che aumentare la bombatura.
In un riduttore standard montato a pavimento, gli alberi degli ingranaggi sono orizzontali. La dilatazione termica dell'alloggiamento e dei piedini del motore si verifica su tutti e tre gli assi, ma la dilatazione verticale è la più significativa per l'allineamento: la gravità agisce verso il basso, quindi il peso della macchina grava sui supporti a pavimento. La dilatazione termica orizzontale viene assorbita dalla capacità della macchina di scorrere sul suo telaio di base senza creare forze di richiamo. La dilatazione termica verticale solleva l'albero del motore rispetto all'albero del riduttore se entrambi non si dilatano in modo uguale, creando un disallineamento angolare verticale. Le configurazioni con motore montato superiormente presentano effetti di dilatazione termica diversi e richiedono un'analisi specifica.
Per un ingranaggio elicoidale Con la classe di gioco standard (DIN 3967 classe e/f), lo spostamento assiale tra gli ingranaggi accoppiati è accettabile fino a circa 3–5% di larghezza della faccia — per b = 100 mm, questo corrisponde a un offset assiale massimo di 3–5 mm prima che l'angolo del bordo del dente esposto crei una significativa concentrazione di sollecitazioni. In pratica, la spinta assiale deve essere assorbita da cuscinetti reggispinta in modo che non si verifichi alcuno spostamento assiale all'ingranamento. Le coppie di ingranaggi flottanti (senza cuscinetti reggispinta) sono accettabili solo per ingranaggi a doppia elica (a spina di pesce) in cui la coppia di ingranaggi si autocentra assialmente.
Documentazione sulla tolleranza di allineamento con ogni ordine di ingranaggi elicoidali
Ever-Power Korea fornisce tolleranze di allineamento per l'installazione, specifiche di bombatura delle eliche e indicazioni sulla dilatazione termica con ogni ordine di ingranaggi elicoidali di precisione, offrendo al team di installazione le informazioni necessarie prima dell'installazione dell'ingranaggio, non dopo che si è verificato un guasto.
Tolleranza di allineamento · Bombatura del piombo · Calcolo dell'offset termico · Raccomandazione di accoppiamento · Incluso in ogni ordine
Redattore: Cxm
