Čo je to vôľa špirálového ozubeného kolesa?
Negatívna reakcia v špirálové ozubené koleso Vôľa medzi nehnacími bokmi zubov, keď sú hnacie boky v kontakte v konštrukčnej stredovej vzdialenosti. Presnejšie povedané: keď je jedno ozubené koleso z páru zubov držané pevne, vôľa je uhlový rozsah, v ktorom sa druhé ozubené koleso môže otáčať bez toho, aby sa boky zubov dotýkali na ktorejkoľvek strane. Je to vôľa zabudovaná do záberu, ktorá umožňuje tepelnú rozťažnosť, výrobné tolerancie, priestor okolo olejového filmu a chyby pri montáži – a zabraňuje interferencii zubov pri zmene smeru pohonu alebo keď tepelný rast puzdra mierne zväčší stredovú vzdialenosť.
Vôľa sa meria na rozstupovej kružnici ako lineárne posunutie j_t (vôľa v priečnej rovine v mm) alebo ako uhlová vôľa j_α na hriadeli ozubeného kolesa (v oblúkových minútach alebo miliradiánoch). Tieto dve hodnoty súvisia vzťahom: j_α = 2 × j_t / d₁, kde d₁ je priemer rozstupu. Na účely obstarávania a kontroly sa vôľa takmer vždy špecifikuje ako j_t alebo ako odchýlka hrúbky zuba od menovitej hodnoty.
Prečo existuje spätná väzba – štyri technické dôvody
Keď sa prevodovka zahrieva zo studeného štartu na prevádzkovú teplotu, osová vzdialenosť ozubených kolies sa zväčšuje rýchlosťou určenou koeficientom tepelnej rozťažnosti materiálu puzdra (liatina: 11 µm/m·°C, hliník: 23 µm/m·°C). Pre liatinové puzdro s osovou vzdialenosťou 200 mm a nárastom teploty o 50 °C: ΔC = 11 × 10⁻⁶ × 200 × 50 = 0,11 mm. Bez vôle by táto tepelná rozťažnosť spôsobila, že boky zubov by sa navzájom pretínali a spôsobili by zadretie.
Žiadne ozubené koleso ani puzdro sa nevyrába s presným menovitým rozmerom. Osová vzdialenosť má výrobnú toleranciu, hrúbka zuba má toleranciu a priemer rozstupu ozubeného kolesa má toleranciu. Vôľa sa prispôsobuje najhoršej kombinácii týchto tolerancií bez toho, aby spôsobovala interferenciu zubov – minimálna vôľa je navrhnutá tak, aby prekročila najhorší možný tolerančný súbor.
Olejový film EHL medzi nehnacími bokmi zubov (voľná strana záberu) musí mať vôľu, aby sa zabránilo vytlačeniu oleja pod tlakom na voľnobežnom boku. Pri vysokých rýchlostiach špirálové ozubené koleso pohonov, nedostatočná vôľa na uvoľnenej strane môže vytvárať oscilácie tlaku olejového filmu, ktoré prispievajú k hluku.
Malé častice opotrebenia a nečistoty v prevodovom oleji musia byť schopné prejsť cez bezkontaktnú bočnú zónu bez zaseknutia. Veľmi tesné ozubené kolesá s vôľou sú náchylné na zaseknutie spôsobené časticami, ktoré vytvárajú rázové zaťaženia pri ich vyvrhnutí – dôvod, prečo je tesná vôľa... špirálové ozubené koleso aplikácie vyžadujú aj veľmi jemnú filtráciu oleja.
Ako sa kontroluje vôľa – hrúbka zuba a vzdialenosť medzi stredmi
Negatívna reakcia v špirálové ozubené koleso Vôľa medzi ozubeným kolesom a ozubeným kolesom je určená dvoma nezávislými premennými: hrúbkou zuba každého ozubeného kolesa (meranou v normálovej rovine ako normálová hrúbka tetivy zuba s_n) a skutočnou stredovou vzdialenosťou, v ktorej je pár zostavený. Vzťah medzi týmito faktormi a výslednou vôľou je:
j_n = (s_n_nominálna − s_n_skutočná_pastorková hodnota − s_n_skutočná_prevodovka) × cos α_n
V praxi sa vôľa riadi predovšetkým určením hrúbky zuba odchýlka od nominálnej hodnoty – čím sa zuby ozubeného kolesa stanú o niečo tenšími ako je dokonalá nominálna hrúbka evolventy. Norma DIN 3967 poskytuje štandardizovaný systém tolerančných tried hrúbky zubov, ktoré definujú, o koľko tenší môže byť skutočný zub v porovnaní s nominálnou hodnotou.
Systém tolerancií hrúbky zubov podľa DIN 3967
Norma DIN 3967 špecifikuje toleranciu hrúbky zuba pre špirálové ozubené koleso ako dve odchýlky od menovitej hrúbky zuba: horná odchýlka A_s (o koľko tenšia je maximálna povolená hrúbka zuba ako menovitá) a dolná odchýlka A_i (o koľko tenšia je minimálna). A_s aj A_i sú záporné (skutočný zub je vždy tenší ako menovitá, aby sa zabezpečila vôľa). Tolerancia hrúbky zuba T_s = A_s − A_i.
| Trieda DIN 3967 | Popis | Typický rozsah j_n (pri Mn=5, α_n=20°) | Aplikácia |
|---|---|---|---|
| d (veľmi veľký) | Veľmi veľký prídavok na vôľu | 0,30–0,60 mm | Ťažké pomalé priemyselné pohony; veľký tepelný výkyv; jednoduchá montáž |
| e (veľký) | Veľká vôľa | 0,20 – 0,40 mm | Štandardné priemyselné prevodovky (žeriavové kladkostroje, dopravníky, čerpadlá) |
| f (normálne) | Normálna vôľa | 0,14–0,28 mm | Všeobecné stroje, štandardné uzavreté prevodovky – najbežnejšia špecifikácia |
| g (úzky) | Užšia vôľa | 0,08–0,18 mm | Presné stroje, obrábacie stroje (nepolohovacie osi) |
| h (tesný) | Tesné – od nuly po minimálne | 0,00–0,10 mm | CNC polohovacie osi, otočné stoly, pohony registrácie tlačiarenských strojov, servo aplikácie s reverzáciou |
Štandardná vôľa vs. tesná vôľa – kedy je každá z nich vhodná
Detail zuba špirálového ozubeného kolesa – vôľa je medzera na nehnacích bokoch (vôľová strana), keď sú hnacie boky v kontakte. Je určená skutočnou hrúbkou zuba vzhľadom na nominálnu, meranou ako normálová hrúbka tetivy zuba s_n na rozstupovej kružnici.
Štandardná vôľa (DIN 3967 trieda e/f) – Pohony na prenos výkonu
Štandardná vôľa (trieda e alebo f v DIN 3967) je správnou špecifikáciou pre prevažnú väčšinu špirálové ozubené koleso pohony prenosu energie – žeriavy, dopravníky, kompresory, čerpadlá, ventilátory a všeobecné uzavreté prevodovky. V triede f (normálna) poskytuje vôľa približne 0,1 – 0,25 mm dostatočnú vôľu pre tepelnú rozťažnosť, zohľadňuje výrobné tolerancie a umožňuje správne fungovanie mazacieho filmu. Štandardná vôľa nespôsobuje žiadne prevádzkové problémy pri jednosmerných alebo zriedkavo reverzačných pohonoch – vôľa je príliš malá na to, aby pri pomalom alebo zriedkavom reverzovaní spôsobila počuteľný náraz.
Mierna vôľa (DIN 3967 trieda g/h) – keď na tom záleží
V dvoch špecifických aplikačných kategóriách sa vyžaduje tesná vôľa, pričom obe zahŕňajú špirálové ozubené koleso páry, ktoré často menia smer a kde je dôležitá presnosť uhlovej polohy výstupného hriadeľa:
- Osi polohovania CNC obrábacích strojov: Osi X, Y a Z CNC obrábacieho stroja používajú pohony s ozubeným hrebeňom a pastorkom alebo s guľôčkovou skrutkou s špirálové ozubené kolesá v servo prevodovke. Akákoľvek vôľa v ozubenom súkole sa prejaví ako stratený pohyb, keď os zmení smer – motor sa pohybuje cez medzeru vôle predtým, ako sa stôl začne pohybovať, čím sa vytvorí chyba polohovania rovnajúca sa vôli delenej prevodovým pomerom nástroja. Vôľa triedy g alebo h (typicky j_n = 0,01–0,04 mm pre Mn = 2–4 prevody servo prevodovky) obmedzuje tento stratený pohyb pod cieľovú opakovateľnosť polohovania osi (typicky ±1–5 µm).
- Pohony tlačiarenských a baliacich strojov: Viacfarebné tlačiarenské stroje vyžadujú presný sútlač (zarovnanie farieb) pri rýchlostiach nad 10 000 hárkov/hodinu. Akákoľvek vôľa v ozubených prevodoch poháňajúcich tlačiarenské valce spôsobuje cyklickú chybu sútlače pri rýchlosti spätného chodu oscilačných pohonov. Vôľa triedy g je štandardom pre pohony tlačiarenských valcov.
Ako sa v praxi meria spätná reakcia
Na overenie sa používajú tri praktické metódy špirálové ozubené koleso spätná väzba vo výrobe a pri vstupnej kontrole:
| Metóda | Ako to funguje | Najlepšie pre | Obmedzenie |
|---|---|---|---|
| Analyzátor ozubených kolies (hrúbka zuba) | Meria skutočnú odchýlku hrúbky zuba (A_s, A_i) na analyzátore ozubených kolies; vypočítava očakávanú vôľu z meraní oboch ozubených kolies | Kontrola výroby; vstupná kontrola voľných ozubených kolies pred montážou | Nezohľadňuje skutočnú zmenu stredovej vzdialenosti v puzdre |
| Meradlo olova (škáromer) v sieti | Vložte mierku medzi boky nehnacích zubov s hnacími bokmi v úplnom kontakte; maximálna hrúbka mierky, ktorá prechádza = vôľa | Meranie v teréne na zmontovanej prevodovke; rýchle a lacné | Náročné pre špirálové ozubené kolesá s veľkou šírkou čela (kaliber sa musí dotýkať pozdĺž celej diagonálnej kontaktnej čiary) |
| Úchylkomer na ozubenom venci | Oprava jedného ozubeného kolesa; kolísanie ozubeného kolesa tam a späť; celkový údaj na indikátore = vôľa na priemere rozstupovej kružnice | Zmontovaná prevodovka; meria skutočnú prevádzkovú vôľu vrátane osovej vzdialenosti skrine | Vyžaduje si súčasný prístup k obom ozubeným venciam; praktické iba pri otvorených alebo prístupných záberoch ozubených kolies |
Ako sa vôľa zvyšuje počas životnosti
Ako špirálové ozubené koleso Počas životnosti prevodovky sa oba boky zubov opotrebovávajú, pričom oba boky zubov postupne strácajú materiál – skutočná hrúbka zuba sa zmenšuje a vôľa sa zväčšuje. V dobre mazanej priemyselnej prevodovke s mäkkým bokom zuba (QT HB 280) bežné opotrebenie zvyšuje vôľu približne o 0,005 – 0,020 mm za rok nepretržitej prevádzky pri miernom zaťažení. Keď vôľa prekročí približne 3-násobok pôvodnej konštrukčnej hodnoty, hluk ozubeného kolesa sa zvyčajne citeľne zvyšuje v dôsledku zvýšenej nárazovej sily na strane vôle pri obrátení zaťaženia a ohybové napätie koreňa zuba sa zvyšuje v dôsledku dynamického preťaženia z nárazu. Meranie vôle je preto užitočným parametrom monitorovania stavu – zvyšujúca sa rýchlosť vôle naznačuje zrýchľujúce sa opotrebovanie a signalizuje blížiacu sa potrebu údržby.
Špecifikácia vôle na výkrese špirálového ozubeného kolesa
Vôľa je špecifikovaná na špirálové ozubené koleso výkres cez označenie triedy odchýlky hrúbky zuba podľa DIN 3967. Správne označenie výkresu sa v tabuľke údajov o ozubenom kolese zobrazuje ako:
Trieda odchýlky hrúbky zuba: DIN 3967 − [trieda vôle][tolerančná trieda]
Príklad: DIN 3967 − ef (trieda vôle e, tolerancia hrúbky zuba f)
Dva znaky určujú: prvý je trieda vôle (a až d = veľká; e, f = normálna; g, h = tesná) a druhý je tolerancia hrúbky zuba (aká široká je šírka pásma od maximálnej po minimálnu hrúbku zuba). Všeobecné špecifikácie pre špirálové ozubené kolesáDIN 3967 − ef (normálne priemyselné), DIN 3967 − fg (presné priemyselné), DIN 3967 − gh (servo/polohovanie).
Korea Ever-Power – spätná väzba špecifikovaná a overená pri každej objednávke
Ihrisko Ever-Power v Kórei špirálové ozubené koleso — odchýlka hrúbky zuba podľa DIN 3967 sa meria na analyzátore ozubených kolies a uvádza sa v inšpekčnom certifikáte. Potvrdenie triedy vôle je štandardnou dokumentáciou každej presnej objednávky.
Spoločnosť Korea Ever-Power špecifikuje správnu triedu vôle podľa DIN 3967 pre každý ozubené koleso so špirálovým rezom objednávka – potvrdenie vhodnej triedy pre typ aplikácie (štandardný prenos výkonu vs. polohovacie servo) a overenie skutočnej odchýlky hrúbky zuba meraním analyzátorom ozubeného kolesa. Ako priamy výrobca špirálových ozubených kolies, trieda vôle je potvrdená v inšpekčnom certifikáte, ktorý je priložený ku každej objednávke.
Často kladené otázky
Nie – trieda presnosti podľa DIN (DIN 3962) a trieda vôle (DIN 3967) sú nezávislé špecifikácie. Ozubené koleso môže mať presnosť triedy DIN 5 so štandardnou vôľou (trieda e/f) alebo presnosť triedy DIN 8 s malou vôľou (trieda g/h). Trieda presnosti určuje, ako presne profil zuba, stúpanie a rozstup zodpovedajú ideálnej geometrii; trieda vôle určuje, aký tenký je skutočný zub v porovnaní s menovitou hrúbkou. Obe musia byť špecifikované na výkrese – žiadna neznamená druhú.
Keď špirálové ozubené koleso Keď sa prevodovka zahreje, teleso sa roztiahne – čím sa zväčší stredová vzdialenosť. Keďže vôľa j_n ∝ (C − C_design) pre danú hrúbku zuba, zvyšovanie C zvyšuje vôľu. Samotné zuby ozubeného kolesa sa tiež rozťahujú, ale stredová vzdialenosť telesa sa úmerne zväčšuje viac ako priemery rozstupu ozubených kolies pre typické oceľové ozubené koleso v liatinovom telese – pretože teleso má pri prevádzkovej teplote väčšiu dĺžku (stredová vzdialenosť 200 mm oproti polomeru ozubeného kolesa 40 mm). To znamená, že vôľa je pri prevádzkovej teplote vždy väčšia ako pri montáži za studena, a preto sa minimálna vôľa musí navrhnúť pri prevádzkovej teplote, nie pri montáži za studena.
Skutočne nulová vôľa nie je dosiahnuteľná v štandardnom jednom špirálové ozubené koleso pár kvôli výrobným toleranciám a požiadavkám na tepelnú rozťažnosť. Čo je možné dosiahnuť: bez spätného rázu špirálové ozubené koleso páry využívajúce pružinové axiálne predpätie na vyrovnanie vôle – jedno ozubené koleso je axiálne rozdelené na dve časti a pružina tlačí jednu polovicu proti zodpovedajúcemu ozubenému kolesu, aby sa eliminovala medzera na strane vôle. Tento prístup dosahuje takmer nulovú vôľu pre polohovacie aplikácie, ale za cenu vyššej miery opotrebovania bokov zubov v dôsledku konštantnej sily predpätia a zvýšenej straty krútiaceho momentu pohonu v dôsledku trenia predpätia.
Pre väčšinu bežných priemyselných prenosov energie špirálové ozubené koleso náhradné diely – žeriavové kladkostroje, pohony dopravníkov, prevodovky čerpadiel, pohony ventilátorov – vhodná je trieda e (veľká) alebo trieda f (normálna) podľa DIN 3967. Trieda e sa uprednostňuje, keď je pôvodná skriňa prevodovky opotrebovaná a skutočná stredová vzdialenosť je o niečo väčšia ako nominálna (čo spôsobuje menšiu vôľovú medzu, ako by poskytovala nová skriňa). Trieda f je štandardom pre nové skrine a náhradné prevody v dobrých skriniach. Triedu g alebo h špecifikujte iba v prípade, že je použitie potvrdené ako servopohon alebo polohovací pohon – menšia vôľa, ako je potrebné, spôsobuje ťažkosti s montážou a zrýchlené opotrebovanie bez akéhokoľvek prevádzkového úžitku.
Určte správnu triedu vôle pre vaše špirálové ozubené koleso
Uveďte typ aplikácie, rozsah prevádzkových teplôt a či sa pohon pri zaťažení otáča späť. Spoločnosť Korea Ever-Power potvrdzuje správnu triedu vôle podľa DIN 3967, špecifikuje ju na výrobnom výkrese a overuje skutočnú odchýlku hrúbky zuba meraním analyzátorom ozubeného kolesa pri každej objednávke.
DIN 3967 triedy a až h · Meranie hrúbky zubov analyzátorom ozubených kolies · Certifikát o vôli · Minimálne objednávacie množstvo 1 kus
Redaktor: Cxm
