Základný rozdiel v geometrii
Najdôležitejší rozdiel medzi a špirálové ozubené koleso Pohon a závitovkový prevod je geometria hriadeľa, ktorej slúžia. Konfigurácia špirálového ozubeného kolesa je navrhnutá pre paralelné hriadele – vstupný a výstupný hriadeľ sú vedľa seba a dvojica ozubených kolies môže byť dimenzovaná pre ľubovoľný prevodový pomer od 1:1 do približne 8:1 v jednom stupni. Závitovkový prevodový pár prenáša výkon medzi hriadeľmi v uhle 90° – závitovka (skrutkovitý závit) zaberá so závitovkovým kolesom v pravom uhle a jeden stupeň môže dosiahnuť prevodové pomery od 5:1 do 100:1.
Tento geometrický rozdiel znamená, že tieto dva typy sú zriedkavo priamou alternatívou – vyberajú sa pre rôzne usporiadania pohonov. Viacstupňové špirálové ozubené koleso Pohony môžu dosiahnuť uhly hriadeľa 90° pomocou skosených alebo skrížených špirálových medzistupňov a závitovkové prevody je možné kombinovať s špirálové ozubené koleso stupne v zložených prevodovkách. Nižšie uvedené porovnanie sa zameriava na prípady, keď sú obe skutočne zameniteľné alternatívy.
Efektívnosť – najvýznamnejší rozdiel
Základný rozdiel v kontakte: pár špirálových ozubených kolies má prevažne valivý kontakt (vysoká účinnosť, 98 – 991 TP3T); pár závitovkových ozubených kolies má prevažne klzný kontakt (nižšia účinnosť, 60 – 901 TP3T v závislosti od uhla nábehu). Tento jediný rozdiel v kontaktnom mechanizme ovplyvňuje väčšinu výkonu, tvorby tepla a nákladov.
Efektívnosť je najdôležitejší rozdiel medzi špirálové ozubené koleso a závitovkových prevodov. Usporiadanie závitovkového prevodu s priečnou osou 90° vytvára prevažne klzný kontakt zubov – závit závitovky sa kĺže po zube závitovkového kolesa takmer po celej kontaktnej ploche s veľmi malou valivou zložkou. Tento klzný kontakt je vo svojej podstate menej účinný ako prevažne valivý kontakt závitovkového kolesa špirálové ozubené koleso pár:
| Typ pohonu | Jednostupňová účinnosť | Teplo pri príkone 10 kW | Teplo pri príkone 100 kW |
|---|---|---|---|
| Špirálové ozubené koleso (mletý, PAO olej) | 98,8–99,4% | 60 – 120 W | 600 W – 1,2 kW |
| Špirálové ozubené koleso (varené, minerálny olej) | 97,5–98,5% | 150 – 250 W | 1,5–2,5 kW |
| Závitovkový prevod (uhol nábehu 20–25°) | 82–90% | 1,0–1,8 kW | 10–18 kW |
| Závitovkový prevod (uhol nábehu 10–15°) | 75–85% | 1,5–2,5 kW | 15–25 kW |
| Závitovkový prevod (uhol nábehu 5°, vysoký prevodový pomer) | 60–72% | 2,8–4,0 kW | 28 – 40 kW |
Porovnanie prevodových pomerov
Prevodový pomer je oblasť, v ktorej má závitovkový prevod najjasnejšiu výhodu oproti jednostupňovému prevodu. špirálové ozubené koleso:
| Požadovaný pomer | Riešenie špirálového ozubeného kolesa | Riešenie závitovkového prevodu | Odporúčanie |
|---|---|---|---|
| 1:1 až 4:1 | Jednostupňový, kompaktný | Nepraktické (príliš veľký uhol nábehu, marginálna účinnosť) | Špirálové ozubené koleso preferované – jednoduchšie, efektívnejšie |
| 4:1 až 8:1 | Jednostupňový, môže vyžadovať veľký pastorok | Jednostupňový možný, ale neefektívny pri nízkom prevodovom pomere | Špirálové ozubené koleso preferované – lepšia účinnosť |
| 8:1 až 20:1 | Dvojstupňová špirálová, zložitejšia | Jednostupňový (uhol nábehu 10–20°, η = 80–88%) | Závislé od kontextu: špirálové, ak je η kritické; závitovkové, ak je kompaktnosť a priorita nákladov |
| 20:1 až 60:1 | Dvojstupňový alebo trojstupňový špirálový, zložitejší | Jednostupňový (uhol nábehu 3–12°, η = 70–82%) | Pre priestorovo obmedzené 90° pohony pri strednom výkone (<30 kW) sa uprednostňuje závitovkový prevod; pre pohony nad 30 kW sa uprednostňuje špirálový prevod. |
| 60:1 až 100:1+ | Trojstupňová špirálová alebo závitovkovo-špirálová zmes | Jednostupňový (uhol nábehu 1–5°, η = 50–70%) | Závitovka iba v prípade samosvorného alebo 90° hriadeľa; závitovková spojka so špirálou, ak je potrebné η > 75% |
Samosvorný mechanizmus – jedinečná vlastnosť závitovkového prevodu
Závitovkové koleso s dostatočne malým uhlom nábehu λ je samosvorné: poháňaná záťaž nemôže spätne poháňať závitovku z výstupnej strany. Podmienka samosvornosti je splnená, keď je uhol nábehu λ menší ako uhol trenia φ = arctan(f), kde f je koeficient trenia v mieste kontaktu závitovkového kolesa:
Podmienka samosvorenia: λ < φ = arctg(f)
Pre f = 0,08 (mazané bronzové koleso): φ = arctan(0,08) = 4,6°
→ Závitovkové prevody s uhlom nábehu λ < 4,6° sú po namazaní samosvorné
Pre f = 0,15 (suchý alebo zábehový spoj oceľ-oceľ): φ ≈ 8,5°
→ Samosvorný chod nasucho pri λ < 8,5°
Špirálový ozubený pár nie je nikdy samosvorný – účinnosť záberu je príliš vysoká (98–99%) a uhol trenia (arctan 0,04–0,08 ≈ 2–5°) je vždy menší ako uhol nábehu akéhokoľvek praktického špirálové ozubené kolesoAk aplikácia vyžaduje držanie bremena bez nepretržitého napájania motora (výťahy zaťažené gravitáciou, pohony ventilov, polohovacie mechanizmy), spoľahlivé samosvorné uzamknutie zabezpečí iba závitovkový prevodový pohon.
Porovnanie hluku
Oba typy prevodov môžu fungovať ticho – ale prostredníctvom rôznych mechanizmov:
Mechanizmus redukcie hluku špirálového ozubeného kolesa
Tichý chod presného ozubeného pohonu je výsledkom vysokého kontaktného pomeru (ε_γ ≥ 2 rozkladá zaťaženie na viacero párov zubov), presne brúseného profilu (trieda DIN 4–5 znižuje chybu prenosu) a optimalizovaného odľahčenia hrotu. Dobre špecifikovaný špirálové ozubené koleso pri triede DIN 4–5 dosahuje 65–72 dB(A) pri typických priemyselných rýchlostiach – porovnateľné so závitovkovým prevodom s podobným prevodovým pomerom pri rovnakom vstupnom výkone.
Mechanizmus redukcie hluku závitovkového prevodu
Závitovkové prevody sú pri rovnakom prenášanom zaťažení inherentne tichšie, pretože klzný kontakt na rozhraní závitovkového kolesa tlmí nárazové vibrácie – ten istý mechanizmus, ktorý spôsobuje, že závitovkové prevody sú neefektívne, ich robí aj relatívne tichými. Štandardný závitovkový prevod (bez potreby presného brúsenia) dosahuje pri miernych otáčkach hlučnosť 65 – 70 dB(A). Pri vysokých otáčkach hriadeľa závitovky (> 3 000 ot./min.) sa však hluk závitovky výrazne zvyšuje v dôsledku vírenia oleja a krivenia závitu závitovky.
Porovnanie nosnosti a veľkosti
Pre rovnakú stredovú vzdialenosť a prevodový pomer, a špirálové ozubené koleso pár prenáša podstatne viac výkonu ako závitovkový prevod, pretože špirálové ozubené kolesoPriamy kontakt rozdeľuje Hertzovo napätie na dlhšiu kontaktnú zónu, zatiaľ čo bodový alebo krátkočiary kontakt závitovkového prevodu (konformná geometria) sústreďuje napätie na koleso z mäkkého bronzu. Praktické porovnanie pri stredovej vzdialenosti a = 160 mm, prevodovom pomere 20:1, minerálnom oleji:
Štandardná závitovková prevodovka (a = 160 mm, i = 20:1, minerálny olej, prevádzková doba S3 60%):
Menovitý tepelný výkon: 12–22 kW (obmedzený odvodom tepla)
Mechanický výkon: 15–28 kW
Dvojstupňová špirálová prevodovka (a = 160 mm vstup/výstup, i = 20:1, minerálny olej):
Menovitý tepelný výkon: 70 – 120 kW (oveľa nižšia produkcia tepla)
Mechanický výkon: 90 – 150 kW
→ Špirálový ozubený pohon prenáša 5–7× väčší výkon pri rovnakej stredovej vzdialenosti
Kompletná rozhodovacia matica – špirálové ozubené koleso vs. závitovkové ozubené koleso
Výber typu pohonu: geometria ozubeného kolesa okamžite indikuje usporiadanie hriadeľa a triedu účinnosti. A špirálové ozubené koleso Dvojica (vľavo) a závitovkové koleso (vpravo) sú zriedkavo priamymi náhradami – slúžia rôznym geometriám hriadeľov a požiadavkám na hustotu výkonu. Nižšie uvedená tabuľka rozhodnutí identifikuje, kedy je ktorý z nich správnou technickou voľbou.
| Kritérium výberu | Zvoľte špirálové ozubené koleso, keď: | Vyberte závitovkový prevod, keď: |
|---|---|---|
| Uhol hriadeľa | Rovnobežné hriadele sú prijateľné alebo uprednostňované | Konštrukcia stroja vyžaduje uhol hriadeľa 90° |
| Efektívnosť | Maximálna požadovaná účinnosť (>97%); vysoký pracovný cyklus; vysoký výkon (>30 kW) | Účinnosť > 751 TP3T je prijateľná; pracovný cyklus pod 501 TP3T; výkon < 20 kW |
| Prevodový pomer | Pomer pod 10:1 (jednostupňový); alebo viacstupňový je prijateľný | V jednom stupni je potrebný pomer 20:1 až 80:1; kompaktný obal |
| Samosvorné | Spätný pohon od záťaže je prijateľný alebo žiaduci | Poloha musí byť držaná bez pôsobenia motorovej sily (gravitačné zaťaženie, ventil, zdvih) |
| Nosnosť | Vysoký prenášaný krútiaci moment v pomere k veľkosti prevodovky; menovitý výkon >50% | Ľahké až stredné zaťaženie; krútiaci moment v rámci tepelného limitu |
| Náklady pri nízkom výkone | Požadovaná presnosť (trieda DIN 5+); veľkoobjemový automobilový priemysel/servopohon | Štandardná komerčná prevádzka; výber z katalógu; pod 5 kW |
| Hluk pri nízkom výkone | Presné brúsenie špirálové ozubené koleso potrebné na splnenie rozpočtu na hluk | Štandardný závitovkový prevod postačujúci pre požiadavku na hluk; rýchlosť závitovky <15 m/s |
Korea Ever-Power – Špirálové ozubené kolesá pre pohony, ktoré v súčasnosti používajú závitovkové prevody
Spoločnosť Korea Ever-Power pravidelne dostáva otázky od inžinierov, ktorých existujúce závitovkové prevody presahujú svoje tepelné parametre alebo predčasne zlyhávajú v dôsledku opotrebovania bronzu závitovkového kolesa. Hľadajú náhradu, ktorá poskytuje rovnaký prevodový pomer a uhol hriadeľa pri vyššej účinnosti a dlhšej životnosti. Riešením je zvyčajne... závitovkový prevod nahradený viacstupňovým špirálové ozubené koleso usporiadanie (umožnenie paralelného usporiadania hriadeľa) alebo skoseniešpirálové ozubené koleso zložené (pre požiadavky na 90° hriadeľ). Inžiniersky tím spoločnosti Korea Ever-Power preskúma existujúce usporiadanie pohonu, potvrdí dostupný rozsah a navrhne náhradu. špirálové ozubené koleso stupňová alebo zložená prevodovka. Ako priama výrobca špirálových ozubených kolies, Korea Ever-Power vyrába na mieru špirálové ozubené kolesá pre náhradný pohon s kompletným výpočtom pevnosti podľa normy ISO 6336, tepelným hodnotením a dokumentáciou o kontrole. Prezrite si sortiment špirálových ozubených kolies pre všetky kombinácie pomerov, modulov a materiálov.
Často kladené otázky
Môže špirálový prevodový pohon nahradiť závitovkový prevod pri rovnakej stredovej vzdialenosti a veľkosti puzdra?
Jednostupňový špirálové ozubené koleso nie je možné nahradiť závitovkové koleso s rovnakou stredovou vzdialenosťou pri prevodovom pomere nad 8:1 – pomer počtu zubov by si vyžadoval buď pastorok s menej ako 17 zubami (riziko podrezania), alebo koleso s väčším počtom zubov, ako umožňuje priemer puzdra. Pri prevodovom pomere 20:1 až 60:1 je výmena zvyčajne dvojstupňová. špirálové ozubené koleso usporiadanie, ktoré vyžaduje iné usporiadanie krytu a väčší objem ako pôvodný závitovkový prevod. Ak sa musí existujúci kryt zachovať, špirálové ozubené koleso Výmena často nie je uskutočniteľná bez úpravy krytu – v tomto prípade môže byť praktickým riešením vylepšený závitovkový prevod s geometriou vyššej účinnosti (väčší uhol nábehu) alebo závitovkovo-špirálová prevodovka.
Je závitovkové koleso vždy hlasnejšie ako špirálové koleso pri rovnakom výstupnom výkone?
Nie – pri rovnakom výstupnom výkone a rovnakom prevodovom pomere je štandardný (nebrúsený) závitovkový prevod zvyčajne tichší ako štandardný (s odvaľovacím obrábaním) špirálové ozubené koleso pretože klzný kontakt závitovky tlmí budenie nárazom v oblasti záberu zubov. Porovnanie je opačné pri stupňoch presnosti: brúsený materiál triedy DIN 4–5 špirálové ozubené koleso s optimalizovaným odľahčením hrotu je tichší ako závitovkový prevod pri rovnakom výkone a prevodovom pomere, pretože jeho prevodová chyba (zdroj hluku) bola znížená brúsením a odľahčením hrotu pod úroveň vlastného kontaktného hluku závitovky. Pre všeobecné priemyselné rozpočty hluku (pod 75 dB(A)) spĺňa požiadavku štandardný závitovkový prevod; pre tlačiarenské, servo alebo presné pohony (pod 65 dB(A)) sa uprednostňujú presne brúsené ozubené kolesá.
Ako sa porovnáva účinnosť pohonu so špirálovým ozubeným kolesom a závitovkového ozubeného kolesa pri redukcii otáčok 30:1 pri výkone 15 kW?
Pre prevodový pomer 30:1 pri 15 kW: závitovkový prevod jednostupňový s typickým uhlom nábehu 8–10°: účinnosť približne 78–831 TP3T, vyrobené teplo = 15 × 0,20 = 3,0 kW. Dvojstupňový špirálové ozubené koleso pohon pri pomere 30:1 (napr. stupeň 1 = 6:1, stupeň 2 = 5:1): účinnosť približne 96 – 971 TP3T (dva stupne: 98,51 TP3T × 98,51 TP3T), vyrobené teplo = 15 × 0,03 = 0,45 kW. špirálové ozubené koleso Pohon generuje sedminu tepla, čím sa eliminuje potreba chladenia olejom. Úspora energie počas 5-ročnej životnosti (24 hodín/deň, 250 dní/rok): 2,55 kW × 3 000 hodín = 7 650 kWh ročne – pri cene 0,15 €/kWh: úspora prevádzkových nákladov 1 147 €/rok na pohon. Tento výpočet návratnosti investícií často odôvodňuje vyššie počiatočné náklady na dvojstupňový špirálový pohon v porovnaní so závitovkovým prevodom pre aplikácie s nepretržitou prevádzkou nad 10 kW.
Aký je rozdiel v životnosti medzi špirálovým ozubeným kolesom a závitovkovým ozubeným kolesom v aplikácii s nepretržitou prevádzkou?
V aplikáciách s nepretržitou prevádzkou nad 30% tepelného výkonu závitovkového prevodu sa bronz závitovkového kolesa opotrebováva výrazne rýchlejšie ako samotný závitovkový prevod alebo jeho ekvivalent. špirálové ozubené koleso pár – pretože vysoká rýchlosť posuvu (3 – 15 m/s v mieste kontaktu závitovkového kolesa) spôsobuje adhézne a abrazívne opotrebenie mäkšieho bronzového materiálu. Intervaly výmeny závitovkového kolesa 3 000 – 10 000 hodín sú bežné pre silne zaťažené závitovkové prevody. Ekvivalentné špirálové ozubené koleso z cementovaného materiálu 20CrMnTi, správne mazané, dosahuje 30 000 – 50 000+ hodín pred potrebnou výmenou. Pre jednozmennú prevádzku (2 000 hodín/rok): výmena závitovkového kolesa každé 2 – 5 rokov oproti výmene presného ozubeného kolesa každých 15 – 25+ rokov. Celkové náklady na vlastníctvo počas 15 rokov zvyčajne uprednostňujú špirálový pohon pre nepretržitú prevádzku nad 10 – 15 kW s paralelnou geometriou hriadeľa.
Prechod zo závitovkového prevodu na špirálový prevod – Korea Ever-Power vám môže pomôcť
Uveďte existujúci prevodový pomer závitovkového prevodu, výkon, rýchlosť, vzdialenosť osí skrine a usporiadanie hriadeľa. Spoločnosť Korea Ever-Power vyhodnotí, či je výmena špirálového ozubeného kolesa uskutočniteľná, vypočíta zvýšenie účinnosti a úsporu energie a navrhne náhradný pár ozubených kolies tak, aby vyhovoval dostupným podmienkam.
Výpočet účinnosti · Odhad úspory energie · Pevnosť podľa ISO 6336 · Tepelné hodnotenie · Možnosti montáže alebo prestavby
Redaktor: Cxm
