Четыре эффекта угла спирали — что меняется с увеличением β
Каждое решение о косозубая передача Угол спирали включает в себя четыре одновременных эффекта, которые взаимно компенсируют друг друга. Понимание всех четырех эффектов, а не только преимущества в плане шумоподавления, необходимо для правильного выбора β:
↑ Коэффициент перекрытия контакта ε_β
Более высокое значение β → большее количество одновременно контактирующих пар зубьев → более плавная передача усилия → меньшая погрешность передачи → меньше шума и вибрации. Это основная причина, по которой инженеры выбирают большие углы наклона спирали для обеспечения точности и бесшумной работы. косозубая передача приложения.
↑ Осевая сила тяги F_a
Чем выше β → тем больше осевая составляющая силы на делительной окружности → тем выше требования к упорным подшипникам вала → в крайних случаях для полного компенсации осевой силы требуется двухспиральная конфигурация. Это основной недостаток больших углов спирали в односпиральных конструкциях. косозубая передача приводы.
↑ Улучшение динамического фактора K_V
Более высокое значение β увеличивает ε_β, что уменьшает изменение амплитуды нагрузки на частоте зацепления — источнике возбуждения для динамического коэффициента K_V. Значения K_V по методу B стандарта ISO 6336-1 ниже для косозубые шестерни с более высоким значением ε_β при той же скорости вращения делительной окружности, что позволяет использовать более компактные зубчатые передачи при той же номинальной мощности.
↓ Эффективность (предельная)
Более высокое значение β вносит небольшую осевую составляющую скорости скольжения в зоне контакта, незначительно увеличивая коэффициент трения сетки. При β = 0–25° разница в эффективности составляет менее 0,2% — она незначительна. При β = 25–35° снижение составляет приблизительно 0,2–0,5%. косозубая передача Эффективность сетки — реальное, но незначительное снижение по сравнению с преимуществами в плане шума и коэффициента K_V.
Коэффициент перекрытия контакта ε_β — формула и минимальная ширина грани
Коэффициент перекрытия контакта ε_β косозубая передача Пара — количество дополнительных «срезов» ширины зуба, находящихся в одновременном контакте сверх коэффициента поперечного контакта, — является критическим параметром, определяемым выбором угла наклона спирали:
ε_β = b × sin β / (π × M_n)
где: b = ширина грани [мм]
β = угол спирали [градусы]
M_n = нормальный модуль [мм]
Минимальная ширина торца для ε_β ≥ 1,0 (непрерывное перекрытие зубьев косозубых шестерен):
b_min = π × M_n / sin β
Примеры с M_n = 5:
β = 10°: b_min = π × 5/sin10° = 15,71/0,174 = 90,4 мм
β = 15°: b_min = 15,71/0,259 = 60,7 мм
β = 20°: b_min = 15,71/0,342 = 45,9 мм
β = 25°: b_min = 15,71/0,423 = 37,2 мм
β = 30°: b_min = 15,71/0,500 = 31,4 мм
Два практических замечания: (1) Косозубые шестерни При ε_β < 1,0 зубчатые передачи по-прежнему превосходят прямозубые шестерни (ε_β = 0) по уровню шума и распределению нагрузки, но переход от однозубого к многозубному зацеплению не является полностью непрерывным — на каждом шаге все еще присутствует короткий момент контакта одного зуба. (2) Для целевого значения ε_β ≥ 2,0 (полное двойное перекрытие, стандарт для малошумных прецизионных применений) требуемая ширина торца или угол наклона спирали значительно больше — при M5, β = 20°, для достижения ε_β = 2,0 требуется b = 92 мм.
Осевой тяговый момент F_a — расчет и значение для подшипника
Осевая тяга, создаваемая косозубая передача Размерность сетки прямо пропорциональна касательной силе и тангенсу угла спирали:
F_a = F_t × tan β
F_t = 2 × T / d [касательная сила на окружности тангажа; T в Н·м, d в м]
Для привода мощностью 75 кВт при 1500 об/мин, M5, z=24, β=20°:
T = 9550 × 75 / 1500 = 477 Н·м
d = 5 × 24 / cos20° = 127,8 мм = 0,1278 м
F_t = 2 × 477 / 0,1278 = 7465 Н
Осевая тяга при различных углах спирали:
β = 10°: F_a = 7465 × tan10° = 7465 × 0,176 = 1314 Н
β = 15°: F_a = 7465 × 0,268 = 2001 Н
β = 20°: F_a = 7465 × 0,364 = 2717 Н
β = 25°: F_a = 7465 × 0,466 = 3479 Н
β = 30°: F_a = 7465 × 0,577 = 4308 Н
Влияние угла спирали на шум — количественная зависимость.
Снижение уровня шума за счет увеличения косозубая передача Угол наклона спирали определяется двумя механизмами: более высокое значение ε_β распределяет нагрузку одновременно по большему количеству линий контакта зубьев (уменьшая пиковую силу контакта на пару зубьев), а более высокое значение ε_β уменьшает амплитуду изменения жесткости на частоте зацепления (основное шумовое воздействие). Совокупный эффект на уровень шума зацепления зубчатых передач при одинаковой скорости вращения и передаваемом крутящем моменте:
| Угол спирали β | ε_β (M5, b=60 мм) | Шум против паразитной волны (ε_β=0) | Шум против β=15° | Типичное промышленное применение |
|---|---|---|---|---|
| Шпора (β = 0°) | 0 | 0 дБ(А) эталон | от +8 до +12 дБ(А) | Медленно развивающаяся промышленность, сельское хозяйство (обусловленное ростом затрат) |
| β = 8°–12° | 0,26–0,42 | от −3 до −5 дБ(А) | от +4 до +7 дБ(А) | Сервопривод и прецизионный привод (приоритет минимальной осевой тяги) |
| β = 15°–18° | 0,65–0,95 | от −5 до −8 дБ(А) | Ссылка | Стандартное промышленное оборудование: конвейеры, смесители, насосы. |
| β = 20°–25° | 1,08–1,62 | от −8 до −12 дБ(А) | от −3 до −5 дБ(А) | Редукторы для электромобилей, автомобильная промышленность, печатные станки, компрессоры |
| β = 28°–35° (двойная спираль) | 2.3–3.6 | от −14 до −18 дБ(А) | от −7 до −10 дБ(А) | Судовые силовые установки, корабельные малошумные редукторы |
Влияние β на процесс помола — Практический верхний предел
Шлифовальные станки с ЧПУ HÖFLER — эталон точности. косозубая передача Для шлифовки зубов существует механический максимальный угол наклона спирали для генерирующего движения. Большинство моделей допускают угол β до приблизительно 30–35°. При угле β > 30° генерирующее движение шлифовального круга требует очень косого подхода к зубу, что:
- Уменьшает площадь контакта шлифовального круга с обрабатываемой поверхностью, значительно увеличивая время шлифовки.
- Для поддержания правильного угла нормального давления α_n в геометрии косого контакта требуется специально обработанный профиль колеса.
- Повышает риск ожога корня зуба из-за более ограниченного доступа охлаждающей жидкости при больших углах спирали.
Стандартные возможности измельчителя Korea Ever-Power позволяют... косозубая передача Углы спирали до β = 35° для M3–M20 в односпиральной конфигурации. При β > 35° практическим способом производства является двухкомпонентная конструкция с двойной спиралью (каждая секция шлифуется отдельно при β = 35° с отдельной настройкой).
Таблица выбора угла спирали — по областям применения
Параллельная ось косозубая передача Пара — угол наклона спирали β одинаков по величине как на шестерне, так и на зубчатом колесе, но противоположен по направлению (один правый, другой левый). Направление наклона спирали на шестерне определяет направление осевой нагрузки: шестерня с правым вращением по часовой стрелке (если смотреть со стороны двигателя) создает осевую нагрузку в сторону зубчатого колеса. Выбор направления наклона определяет направление, в котором вал вдавливается в корпус редуктора или от него.
| Приложение | Рекомендуемый β | Основная причина | Упорный подшипник |
|---|---|---|---|
| Шарнир и сервоось робота | β = 8°–15° | Минимальная осевая нагрузка на подшипники серводвигателя; высокая точность позиционирования. | Стандарт DGBB достаточен |
| Стандартный промышленный редуктор | β = 15°–20° | Баланс между снижением шума и управляемой осевой тягой. | DGBB или ACB для более высокой нагрузки |
| Односкоростной редуктор для электромобилей | β = 20°–28° | Целевой уровень NVH ниже 35 дБ(А); снижение K_V при 60 м/с | Требуется угловой контактный подшипник. |
| Привод цилиндра печатного станка | β = 20°–25° | Для обеспечения точности регистрации требуется ε_β ≥ 1,5; уровень шума <68 дБ(А). | Угловой контактный подшипник |
| Ступень скорости компрессора/турбины | β = 15°–25° | Требования API 613 к вибрации; K_V при 50–80 м/с | Упорный подшипник в маслосъемном подшипниковом узле |
| Морская главная силовая установка | β = 30°–45° (двойная спираль) | Максимальное снижение уровня шума; нулевая осевая нагрузка на вал гребного винта. | Отсутствует упорный подшипник — двойная спиральная компенсация. |
| Смеситель/экструдер (большой модуль) | β = 10°–20° | При M30–M50 осевая тяга при β = 25° была бы нецелесообразной. | Тяжелый упорный подшипник даже при умеренном β |
Правосторонняя или левосторонняя спираль — что именно следует уточнить.
Для параллельного вала косозубая передача В паре шестерен одна сторона (например, правая, RH), а колесо — противоположная (левая, LH) — это необходимо для правильного зацепления. Выбор стороны, которую следует назначить шестерне (и, следовательно, направление осевой нагрузки), имеет практическое значение для конструкции вала и корпуса: осевая нагрузка от правой шестерни, вращающейся по часовой стрелке (если смотреть со стороны привода), толкает вал в сторону выходного вала, который может либо упираться в упорный выступ в корпусе, либо отталкиваться от него, в зависимости от конструкции корпуса. Компания Korea Ever-Power запрашивает подтверждение направления вращения двигателя и компоновки корпуса перед назначением стороны спирали шестерне. косозубая передача Порядковый порядок обеспечивает воздействие осевой нагрузки на соответствующий выступ корпуса без возникновения эффекта выталкивания вала.
Korea Ever-Power — Диапазон углов спирали и рекомендации
Компания Korea Ever-Power производит косозубые шестерни при любом угле спирали от β = 5° до β = 35° (односпиральная структура) и β = 15°–45° на участке в двухспиральной конфигурации. В качестве прямого производитель косозубых передачКомпания Korea Ever-Power рекомендует угол наклона спирали для запросов клиентов, в которых указаны только область применения, мощность, скорость и уровень шума — рассчитывается минимальное значение β для целевого значения ε_β, результирующая осевая нагрузка и подтверждается, что тип упорного подшипника, уже указанный клиентом, подходит для выбранного значения β. Ознакомьтесь с информацией. Ассортимент продукции с косозубыми шестернями для всех конфигураций углов спирали.
Часто задаваемые вопросы
Ни один угол спирали не позволяет одновременно оптимизировать оба параметра — эффективность незначительно снижается с увеличением β (из-за увеличения скорости осевого скольжения), в то время как шум уменьшается с увеличением β (из-за более высокого ε_β). Компромисс асимметричен: улучшение шумоподавления при увеличении β велико (3–5 дБ(А) на каждые 5° приращения в диапазоне β = 15–25°), в то время как снижение эффективности незначительно (<0,1% на каждые 5° приращения в том же диапазоне). Для большинства применений снижение шума важнее, чем снижение эффективности — β = 20–25° обычно является экономически оптимальным выбором для одинарной спирали. косозубая передача в промышленных или автомобильных приводах, где важны как уровень шума, так и эффективность.
Да — угол наклона спирали не влияет на межосевое расстояние между зубчатой парой (межосевое расстояние определяется модулем и количеством зубьев независимо от угла наклона спирали). Изменение β при замене косозубая передача При использовании одного и того же модуля и количества зубьев межосевое расстояние остается неизменным. Что изменяется: (1) осевая нагрузка, которая может потребовать иной конструкции подшипника; (2) эффективная ширина рабочей поверхности для ε_β, которая изменяет уровень шума; (3) размер угла наклона спирали на чертеже, который необходимо обновить. Компания Korea Ever-Power поставила замену. косозубые шестерни При другом значении β, отличном от исходного, в целях снижения шума — как правило, β увеличивается с 15° до 20° при замене, с подтверждением того, что существующий радиально-упорный подшипник может выдержать увеличенную осевую нагрузку.
А косозубая передача Пара шестерен с одинаковой ориентацией зубьев (обе правой или обе левой) не может зацепляться на параллельных валах — зубья приближаются друг к другу под неправильным углом и не будут входить в зацепление. Это конфигурация перекрестно-винтовой передачи (арт. 43), которая передает движение между валами под углом 90° или другими непараллельными углами с точечным, а не линейным контактом. Если заменяющая шестерня ошибочно поставляется с той же ориентацией зубьев, что и оригинальная (а не с противоположной), пара не будет зацепляться, даже если все остальные размеры верны. Компания Korea Ever-Power четко указывает ориентацию зубьев (правая/левая) на каждой шестерне. косозубая передача Подтверждение заказа с указанием как стрелки новой шестерни, так и стрелки сопряженной шестерни, предотвращающее эту ошибку при сборке.
Угол наклона спирали влияет на эффективную ширину зуба, по которой распределяется изгибающая нагрузка. В стандарте ISO 6336-3 формула для расчета изгибающего напряжения для косозубая передача Включает поправочный коэффициент угла наклона спирали Y_β = 1 − ε_β × β/120° (где β в градусах), который снижает расчетное изгибающее напряжение для больших углов наклона спирали, поскольку наклонная линия контакта распределяет изгибающую нагрузку одновременно по большему объему материала корня зуба. Для β = 20°: Y_β ≈ 1 − 1,0 × 20/120 = 0,833 — снижение изгибающего напряжения на 171 ТТ3Т по сравнению с прямозубой шестерней того же модуля и ширины торца при той же нагрузке. Вот почему косозубые шестерни Они не только тише, но и прочнее на изгиб, чем прямозубые шестерни с тем же модулем, при условии, что ширина рабочей поверхности достаточна для ε_β ≥ 1.
Рекомендации по углу наклона спирали для вашего применения в зубчатых передачах с косозубыми шестернями
Укажите область применения, целевой уровень шума, ширину рабочей поверхности и тип существующего подшипника. Компания Korea Ever-Power бесплатно рассчитает ε_β при различных значениях β, результирующую осевую нагрузку и порекомендует угол наклона спирали, соответствующий целевому уровню шума для вашей конструкции подшипника, до оформления заказа.
β = 5°–35° одинарная спираль · β = 15°–45° на секцию двойная спираль · ε_β и F_a рассчитаны · Рука (правая/левая) подтверждена · Без изменения инструмента β 5–30°
Редактор: Cxm
