Zdroje strát výkonu v pohone so špirálovým ozubeným kolesom
Celková strata výkonu v špirálové ozubené koleso Pohon má štyri nezávislé komponenty. Pochopenie toho, ktorý z nich dominuje v konkrétnej aplikácii, určuje najefektívnejší prístup k zlepšeniu účinnosti alebo špecifikácii chladiaceho systému:
Trenie na kontakte zubov pod EHL vrstvou. Koeficient trenia µ ≈ 0,04–0,06 pre brúsený povrch špirálové ozubené kolesá s ISO VG 100–220 pri prevádzkovej teplote. Úmerné prenášanému krútiacemu momentu – rastie a klesá so zaťažením. Toto je dominantná strata v pohonoch s nízkou až strednou rýchlosťou pod rýchlosťou na čiare sklonu 10 m/s.
Viskózne vírenie oleja v zóne záberu zubov, nezávislé od zaťaženia. Úmerné viskozite oleja a druhej mocnine rýchlosti na čiare rozstupu zubov (P_VZO ∝ v²). Dominuje vo vysokorýchlostných, ľahko zaťažených pohonoch nad 20 m/s. Dôvod, prečo je potrebná presnosť pri vysokých rýchlostiach. špirálové ozubené kolesá použite ISO VG 68–100 namiesto VG 320.
Valivé a klzné trenie v ložiskách hriadeľa. Typicky 0,1 – 0,31 TP3T prenášaného výkonu na ložisko pre štandardné ložiská s kosouhlým stykom alebo kuželíkové ložiská mazané plastickým mazivom. Pre dvojstupňovú prevodovku so 4 ložiskami hriadeľa: celková strata v ložisku približne 0,6 – 1,21 TP3T.
Odpor od zubov ozubeného kolesa prechádzajúcich olejovým kúpeľom. Váhy s hladinou oleja, viskozitou oleja a obvodovou rýchlosťou v tretej tretine (P_VX ∝ v³). Minimalizuje sa udržiavaním hladiny oleja na minimálnej úrovni postačujúcej na mazanie – nenapĺňaním telesa na najvyššiu povolenú úroveň. Pre špirálové ozubené kolesá pri rýchlosti 15 m/s+ môže vírenie presiahnuť stratu v sieti.
Výpočet celkovej výroby tepla – pracovný prístup
Celkové teplo vytvorené v špirálové ozubené koleso prevodovka:
Q_total = P_vstup × (1 − η_total) [kW]
Kde η_total je celková účinnosť pohonu. Pre jednostupňový uzemňovač špirálové ozubené koleso prevodovka so štandardnými ložiskami s kosouhlým stykom:
| Rýchlosť na čiare tónu | Účinnosť ozubeného kolesa | Účinnosť ložiska | Strata tesnenia | Celkové jednostupňové η |
|---|---|---|---|---|
| <3 m/s | 98,5–99% | 99,2–99,5% | 99.5% | 97,5–98% |
| 3–10 m/s | 99–99,3% | 99,3–99,6% | 99.5% | 98–98,5% |
| 10–25 m/s | 99,2–99,5% | 99,4–99,7% | 99.7% | 98,5–99% |
| >25 m/s | 99–99,5% (dominuje vírenie) | 99,5–99,8% | 99.8% | 98,5–99,2% |
Pracovaný príklad: príkon 200 kW, jednostupňový špirálové ozubené koleso prevodovka, v = 8 m/s rýchlosť na osi rozstupu, η = 98,5%:
Q = 200 × (1 − 0,985) = 200 × 0,015 = 3,0 kW vyrobeného tepla
Pre trojstupňovú prevodovku pri η = 0,985³ = 0,956: Q = 200 × 0,044 = 8,8 kW – takmer trojnásobok hodnoty pre jednostupňovú prevodovku. Preto viacstupňové prevodovky častejšie vyžadujú chladenie olejom ako ekvivalentné jednostupňové konštrukcie.
Tepelná kapacita krytu – koľko tepla dokáže rozptýliť
Plocha obytného priestoru priemyselného objektu špirálové ozubené koleso Prevodovka určuje maximálny odvod tepla prirodzenou konvekciou. Keď teplo generované záberom ozubených kolies a stratami v ložiskách prekročí to, čo môže povrch telesa rozptýliť pri prijateľnej teplote oleja, je potrebné externé chladenie olejom.
Maximálne teplo, ktoré môže skriňa prevodovky odviesť prirodzenou konvekciou do pokojného okolia, je:
Q_max_prirodzené = k × A_kryt × (T_olej_max − T_okolie) [W]
Kde: k ≈ 12–18 W/m²·K pre prirodzenú konvekciu (liatinové alebo oceľové teleso, lakované), A_teleso = vonkajšia plocha povrchu v m², T_oil_max = maximálna povolená teplota oleja (typicky 80 °C pre minerálny olej, 95 °C pre syntetický PAO), T_ambient = teplota okolitého vzduchu. Pre typickú priemyselnú prevodovku s vonkajšou plochou povrchu 0,5 m², T_oil_max = 80 °C, T_ambient = 25 °C:
Q_max_prirodzený = 15 × 0,5 × (80 − 25) = 412 W ≈ 0,41 kW
Toto malé číslo odhaľuje kľúčový poznatok: väčšina špirálových ozubených kolies Prevodovky s výkonom nad 20 – 30 kW s nepretržitou prevádzkou vyžadujú nejakú formu aktívneho chladenia nad rámec prirodzenej konvekcie v telese. Štandardným prvým krokom je pridanie externého rebrovaného poľa alebo chladiaceho ventilátora pred použitím výmenníka tepla olej-voda.
Tri možnosti chladenia – kedy je ktorá z nich vhodná
Ventilátor namontovaný na vstupnom hriadeli usmerňuje vzduch cez rebrá krytu. Zvyšuje k z 12 – 18 W/m²·K (prirodzené prúdenie vzduchu) na 25 – 40 W/m²·K (nútený prúd vzduchu). Vo vyššie uvedenom príklade nútený prúd vzduchu zvyšuje Q_max z 0,41 kW na 0,7 – 1,0 kW – čo postačuje pre prevodovky s trvalým výkonom približne 50 – 80 kW. Najjednoduchšia a najlacnejšia možnosť chladenia. Nie je vhodné pre pohony s premenlivou rýchlosťou, kde sa rýchlosť ventilátora (a prietok vzduchu) mení so vstupnou rýchlosťou prevodovky.
Olejové čerpadlo cirkuluje prevodový olej z olejovej vane cez rebrovaný vzduchom chladený výmenník tepla predtým, ako sa vráti do prevodovky. V podstate neobmedzená kapacita odvodu tepla (obmedzená iba veľkosťou výmenníka) pri akejkoľvek rýchlosti pohonu. Pridáva olejové čerpadlo, výmenník, potrubie a filter – zvyšuje náklady na systém, ale poskytuje definitívnu reguláciu teploty pre veľké alebo premenlivé rýchlosti. špirálové ozubené koleso pohony s výkonom nad 100 kW.
Najkompaktnejšia a najefektívnejšia možnosť, keď je k dispozícii procesná chladiaca voda. Koeficient prestupu tepla pre vodu je 10 – 20 × vzduch, takže výmenník je oveľa menší ako ekvivalentná vzduchová jednotka. Štandard pre námorné, pobrežné a veľké priemyselné zariadenia. špirálové ozubené koleso pohony v čerpacích staniciach a kompresorových inštaláciách, kde je už k dispozícii rozvod chladiacej vody. Ochrana pred koróziou a zamrznutím na strane vody si vyžaduje dodatočné systémové zváženie.
Monitorovanie teploty oleja – predchádzanie tepelnému preťaženiu
Najjednoduchšia spoľahlivá ochrana pre špirálové ozubené koleso Pohon proti tepelnému preťaženiu je tvorený termočlánkom alebo snímačom PT100 v olejovej vani, pripojeným k relé teplotného alarmu nastavenému na T_alarm = T_max − 10 °C. Pre minerálny olej: T_alarm = 70 °C; pre syntetický PAO: T_alarm = 85 °C. Spoločnosť Korea Ever-Power odporúča monitorovanie teploty ako štandard pre všetky špirálové ozubené koleso aplikácie nad 75 kW nepretržite a napája port snímača (nástavec M18 × 1,5) na telesách prevodoviek pre presné priemyselné objednávky. Druhé vypínacie relé pri T_max (80 °C minerálny / 95 °C PAO) zabezpečuje automatické vypnutie pred začiatkom degradácie oleja.
Korea Ever-Power — Výpočet tepelného výkonu pre každú priemyselnú objednávku
Spoločnosť Korea Ever-Power vykonáva výpočet tepelného výkonu – teplo generované stratou účinnosti, kapacitu rozptylu krytu z geometrie krytu a rozhodnutie o požiadavkách na chladenie – pre každý... ozubené koleso so špirálovým rezom priemyselná objednávka nad 50 kW. Výsledok výpočtu určuje, či je kryt tepelne postačujúci pre danú aplikáciu alebo či sa poskytuje odporúčanie na chladenie. Ako priamy výrobca špirálových ozubených koliesSpoločnosť Korea Ever-Power uvádza v štandardnej technickej dokumentácii geometriu krytu, plochu povrchu a tepelnú kapacitu, aby poskytla systémovému inžinierovi zákazníka informácie potrebné na návrh kompletného systému tepelného manažmentu. Prezrite si sortiment špirálových ozubených kolies pre ďalšie špecifikácie.
Často kladené otázky
Teplota oleja priamo určuje viskozitu prevodového oleja v mieste záberu zubov – a teda aj hrúbku filmu EHL. Zvýšenie teploty oleja o 10 °C znižuje kinematickú viskozitu približne o 10–151 TP3T pre minerálny olej ISO VG 220, čím sa proporcionálne znižuje pomer filmu EHL λ. Teplota telesa je oneskorený indikátor: stúpa po tom, čo sa olej už prehrial. Teplota olejovej vane je správny parameter na monitorovanie a reguláciu. Teplota povrchu telesa, meraná externe infračerveným teplomerom, umožňuje bezkontaktnú kontrolu: pre špirálové ozubené koleso Prevodovka s liatinovým telesom, vonkajšia teplota telesa ≈ teplota oleja − 5 až −15 °C (v závislosti od teplotného gradientu na stene telesa).
Sprievodca výberom ISO VG (pozri článok o mazaní) uvádza správny stupeň viskozity pri očakávanej prevádzkovej teplote olejovej vane. V prostrediach s vysokou okolitou teplotou (tropické podnebie, uzavreté prevádzkové miestnosti pri 40 – 50 °C) bude teplota olejovej vane v ustálenom stave vyššia ako v miernom podnebí, čo môže znížiť prevádzkovú viskozitu pod minimum požadované pre plnú vrstvu EHL – čo si vyžaduje upgrade o jeden stupeň ISO VG. Pre špirálové ozubené koleso Pohon s menovitou hodnotou ISO VG 220 v miernych podmienkach (okolitá teplota 20 °C), ten istý pohon s teplotou okolia 45 °C môže vyžadovať ISO VG 320 na udržanie ekvivalentnej hrúbky filmu EHL. Spoločnosť Korea Ever-Power špecifikuje viskozitu oleja na základe uvedenej teploty okolia – poskytuje správny stupeň pre miesto inštalácie, a nie predvolenú špecifikáciu.
Áno, mierne. Súčiniteľ trenia siete µ pre pozemok podľa DIN triedy 5 špirálové ozubené koleso (Ra ≤ 0,4 µm) je približne 0,04 – 0,05 oproti µ = 0,07 – 0,09 pre ozubené koleso s odvalcovaním podľa DIN triedy 8 (Ra ≈ 2,0 µm). Tento rozdiel vedie k približne o 40 – 501 TP3T menšej strate záberu v závislosti od zaťaženia v brúsenom ozubenom kolese v porovnaní s ozubeným kolesom s odvalcovaním pri rovnakom prenášanom zaťažení – čo zvyčajne zodpovedá 0,5 – 1,51 bodu zlepšenia účinnosti. Pre pohon s výkonom 500 kW to znamená o 2,5 – 7,5 kW menej tepla z brúsenia, čo môže v niektorých hraničných prípadoch eliminovať potrebu chladenia olejom.
Nad približne 90 °C pre minerálny olej (110 °C pre PAO) sa rýchlosť oxidácie základového oleja približne zdvojnásobí na každých ďalších 10 °C zvýšenia teploty. Zlepšovače indexu viskozity oleja a prísady proti opotrebeniu sa rýchlo vyčerpávajú; olej hustne od oxidačných produktov a laku; film EHL sa stenčuje a rozpadá. špirálové ozubené koleso Poruchy, ktoré sú dôsledkom degradácie oleja – mikro jamky, odieranie, zrýchlené jamky – sa javia ako poruchy prevodovky, ale v podstate ide o poruchy tepelného systému. Správna odpoveď: vždy spárujte špecifikáciu prevodovky s výpočtom tepelnej účinnosti a zabezpečte dostatočné chladenie pred prvou hodinou prevádzky – nie po poruche prvej prevodovky.
Vyžiadajte si tepelné hodnotenie pre vašu aplikáciu so špirálovým ozubeným kolesom
Uveďte svoj výkon, rýchlosť, pracovný cyklus, okolitú teplotu a rozmery krytu. Spoločnosť Korea Ever-Power vypočítava generovanie tepla, tepelnú kapacitu krytu a v prípade potreby odporúča chladiace riešenie – štandardne pri každej objednávke presného priemyselného špirálového ozubeného kolesa nad 50 kW.
Strata v sieti · Strata v ložisku · Strata v telese · Odporúčanie na chladenie · Pokyny na monitorovanie teploty oleja
Redaktor: Cxm
