Čo je to špirálový ozubený hrebeň? – Špirálové ozubené koleso s nekonečným polomerom
Špirálová tyč je geometricky identická s špirálové ozubené koleso ktorého polomer rozstupu sa mohol zväčšiť do nekonečna – zakrivená rozstupová kružnica sa stane priamou rozstupovou čiarou, zakrivený profil zuba sa stane rovným šikmým zubom a teleso ozubeného kolesa sa stane plochou doskou alebo tyčou. Špirálové pastorok, ktorý zaberá s ozubeným hrebeňom, je štandardný špirálové ozubené koleso s konečným polomerom rozstupu. Systém špirálového hrebeňa a pastorka spolu premieňa špirálové ozubené koleso rotácia pastorka do lineárneho posunu hrebeňa (alebo vozíka pastorka, ak je hrebeň pevný) s rovnakými výhodami záberu zubov ako špirálové ozubené koleso pár: progresívny diagonálny kontakt, vyšší kontaktný pomer, nižšia chyba prenosu a nižší hluk v porovnaní s priamym hrebeňovým ozubeným kolesom.
Lineárny pohyb za špirálové ozubené koleso Otáčky pastorka sú určené obvodom rozstupu pastorka: s = π × d₁ = π × Mn × z₁ / cos β. Toto je základná rovnica pre dimenzovanie hrebeňového pohonu so špirálou – špecifikuje lineárnu rýchlosť (mm/min = s × ot./min) a lineárnu silovú kapacitu z špirálové ozubené koleso krútiaci moment pastorka.
Špirálová ozubená tyč vs. priama ozubená tyč – prečo sa špirála oplatí za tú zložitosť
| Parameter | Rovný hrebeň (β = 0°) | Špirálová ozubená tyč (β = 15–25°) |
|---|---|---|
| Hluk (pri rovnakej rýchlosti tónovej čiary) | Vyššia – vstup zuba do celej šírky je prudký | o 5–10 dB(A) nižšie – diagonálny vstup znižuje budenie nárazom |
| Nosnosť (rovnaká modulová a pohľadová šírka) | Základná hodnota | 10–25% vyšší – vyšší kontaktný pomer rozkladá zaťaženie na väčšiu dĺžku zuba |
| Kontaktný pomer | ε_α ≈ iba 1,4–1,6 | ε_γ = 2,0–3,5 (ε_α + ε_β) pre špirálové ozubené koleso sieťovina |
| Axiálna sila na ložisko pastorka | Nula | F_a = F_t × tan β (vyžaduje sa uhlové kontaktné ložisko na pastorku) |
| Plynulosť polohovania | Zvlnenie rýchlosti pri frekvencii záberu zubov | Nižšie zvlnenie rýchlosti vďaka vyššiemu kontaktnému pomeru |
| Výroba | Jednoduchšie – odvaľovanie alebo frézovanie s priamymi zubami | Zložitejšie – špirálové odvalovanie s kompenzáciou uhla špirály; kritické je prispôsobenie skrutkovice medzi hrebeňom a pastorkom |
Výber uhla špirály pre ozubené kolesá a pastorkové pohony
Výber uhla špirály pre pohon so špirálovým hrebeňom sa riadi rovnakými princípmi ako pre akýkoľvek iný špirálové ozubené koleso pár, s jednou dodatočnou úvahou: šírka čela ozubeného kolesa nie je obmedzená vonkajším priemerom ozubeného kolesa, takže pomer prekrytia ε_β = b × sin β / (π × Mn) je možné dosiahnuť ľubovoľnou kombináciou b a β. Pre lineárne osi CNC obrábacích strojov je štandardný rozsah β = 15–25°:
- β = 15°: Mierne zníženie hluku; mierna axiálna sila na pastorkové ložisko (tan 15° = 0,27 × F_t); vhodné pre štandardné pohony osí, kde hluk nie je primárnym hnacím motorom. Najbežnejšie pre všeobecné priemyselné portálové žeriavy, kde špirálové ozubené koleso pastorkové a hrebeňové pohony pre manipuláciu s materiálom.
- β = 19–20°: Štandardná špecifikácia pre osi CNC obrábacích strojov (portálové frézky, osi frézok, obrábacie centrá). Vyvažuje zníženie hluku s zvládnuteľnou axiálnou silou pri typických úrovniach posuvnej sily (100 – 5 000 N). Široko dostupné ako katalógové položky od dodávateľov regálov.
- β = 25°: Maximálne praktické pre štandardné pohony so špirálovými hrebeňmi. Používa sa pre hrebeň riadenia elektromobilov (kde je hluk kritický a axiálna sila je riadená konštrukciou krytu prevodovky riadenia), vysokorýchlostné CNC osi nad 60 m/min, kde by bol hluk pri sieťovej frekvencii počuteľný pri β = 20°.
Riadenie vôle v pohonoch so špirálovými ozubenými tyčami – kritická výzva polohovania
Brúsený špirálový pastorok pre CNC os s ozubeným hrebeňom a pastorkom – hrúbka zuba pastorka je špecifikovaná podľa DIN 3967 triedy g alebo h, aby sa dosiahla tesná vôľa potrebná pre presnosť polohovania; akákoľvek vôľa v zábere sa prejaví ako stratený pohyb, keď sa os zmení smer
Vôľa v pohone so špirálovým hrebeňom sa prejavuje priamo ako chyba polohovania, keď sa vozík zmení smer: motor sa otáča o uhlový ekvivalent vôle predtým, ako sa vozík začne pohybovať. Pre pastorok s priemerom 75 mm a vôľou 0,1 mm je uhlový ekvivalent približne 0,1 / (π × 75 / 360) = 0,153° natočenia pastorka – čo zodpovedá 0,1 mm strateného lineárneho pohybu. V aplikáciách CNC polohovania je to neprijateľné a musí sa to regulovať pod 0,01 – 0,03 mm pre štandardné osi a pod 0,005 mm pre presné obrábacie centrá.
Metóda 1 – Tolerancia hrúbky zubov (DIN 3967 trieda g/h)
Špecifikujte pastorok a hrebeň podľa normy DIN 3967 triedy g alebo h (ako je popísané v článku o vôli). Tým sa zníži nominálna vôľa, ale neodstráni sa – úzka tolerancia má stále rozsah vôle od 0 do približne 0,03–0,08 mm pre hrebeňové pohony M3–M5. Vhodné pre štandardné CNC osi so softvérovou kompenzáciou vôle; nevhodné pre presné kontúrovacie osi.
Metóda 2 – Pohon s dvojitým pastorkom a protispätným rázom
Dva identické pastorky sú namontované na tom istom hrebeni a sú poháňané prevodovkou s delením krútiaceho momentu s miernym uhlovým predpätím medzi nimi. Dva pastorky zaberajú súčasne s protiľahlými bokmi zubov hrebeňa – jeden tlačí hrebeň dopredu, druhý dozadu – čím sa eliminuje vôľa konštantným predpätím oboch bokov zubov. Toto je štandardné riešenie pre vysoko presné pohony hrebeňov so špirálovým pohonom CNC obrábacích strojov nad 5 m/min, ktoré vyžadujú presnosť polohovania pod ±0,010 mm. Predpínací moment sa musí vypočítať starostlivo: príliš nízky predpínací moment nie je úplne eliminovaný; príliš vysoký predpínací moment zvyšuje mieru opotrebovania zubov hrebeňa v dôsledku neustáleho zaťažovania voľnobežného pastorka.
Výber modulu z lineárnej sily – dimenzovanie pohonu so špirálovou ozubenou tyčou
Regálový modul Mn pre špirálové ozubené koleso pastorok sa vyberá z požadovanej maximálnej lineárnej sily F_lineárne a prípustného ohybového napätia pastorka v oblasti koreňa zuba:
F_lineárne = T_pastorok / r_pastorok = T_pastorok × 2 × cos β / (Mn × z₁)
Preskupenie pre špirálové ozubené koleso modul z požadovanej sily a dostupného krútiaceho momentu pastorka:
Mn = T_pastorok × 2 × cos β / (F_lineárne × z₁)
Pre osi CNC obrábacích strojov s typickými reznými silami 2000 – 8000 N a krútiacimi momentmi motora 5 – 50 N·m pokrýva modul M3 – M6 väčšinu aplikácií. Pre ťažké portálové žeriavy s nosnosťou 5 – 50 ton je typický modul M8 – M16. Spoločnosť Korea Ever-Power vyrába špirálové regálové profily od M2 do M20 v štandardných dĺžkach 500 – 2000 mm so spojovacími prvkami (otvory pre kolíky, koncové zahlbenia) na spájanie do dlhých súvislých regálových radov.
Špecifikácia osi CNC obrábacieho stroja – Čo špecifikovať pre pohon so špirálovým hrebeňom
| Parameter | Štandardná CNC fréza / portál | Presné obrábacie centrum |
|---|---|---|
| Modul Mn | M3–M5 | M2–M4 |
| Uhol špirály β | 20° | 20–25° |
| Trieda presnosti DIN | DIN 7–8 (presné odvaľovacie frézovanie) | DIN 5–6 (brúsené) |
| Trieda hrúbky zuba | DIN 3967 fg (úzky) | DIN 3967 gh (tesné) |
| Materiál stojana | 45# QT HB 220–280 alebo C45E | 20CrMnTi cementovaný HRC 58–62, brúsený |
| Riešenie spätného rázu | Jednopastorkový s kompenzáciou softvéru | Dvojitý pastorok s ochranou proti vôli a špecifikáciou predpínacieho momentu |
| Dĺžka stojana na segment | 500–1000 mm s vyrovnaním kolíkov | 500 mm pre presné zarovnanie spojov |
Korea Ever-Power — Dodávka špirálových ozubených kolies a pastorkov
Spoločnosť Korea Ever-Power vyrába zodpovedajúce špirálové ozubené kolesá a špirálové ozubené koleso Sady pastorkov ako štandardné produkty. Hrebene sa vyrábajú v prevedeniach M2–M20, s uhlom skrutkovice β = 15–25°, s dĺžkou 500–2000 mm na segment (spájané do súvislých úsekov pomocou kolíkových spojov). Špirálové ozubené koleso pastorky sa vyrábajú v celom rozsahu štandardných špirálové ozubené koleso veľkosti, s špirálové ozubené koleso hrúbka zuba špecifikovaná podľa DIN 3967 triedy g alebo h pre polohovacie aplikácie. Časti ozubeného hrebeňa a zodpovedajúce pastorky sa merajú spoločne ako spárovaná sada s vôľou potvrdenou na zostave pred odoslaním. Ako priamy výrobca špirálových ozubených koliesSpoločnosť Korea Ever-Power poskytuje technickú dokumentáciu – uhol skrutkovice, triedu vôle, triedu presnosti DIN a lineárnu silovú únosnosť – pre každú sadu ozubených kolies s pastorkom.
Často kladené otázky
Áno, ak sa zhoduje montážny rozstup a pastorok sa súčasne vymení za zodpovedajúci špirálové ozubené koleso pastorok. Rovný hrebeň a rovný pastorok sa nedajú kombinovať so špirálovým hrebeňom a špirálovým pastorkom – špirálové ruky musia medzi hrebeňom a pastorkom zapadať a priamy zub sa správne nezaoberá so špirálovým zubom. Osová vzdialenosť špirálového hrebeňa a pastorka v rovnakom module sa bude líšiť od rovnej verzie (kvôli členu cos β vo vzorci pre priemer rozstupu), takže montážna poloha motora/prevodovky môže vyžadovať úpravu. Spoločnosť Korea Ever-Power potvrdzuje rozmerovú kompatibilitu pre špirálové ozubené koleso žiadosti o dodatočnú montáž ako súčasť preskúmania cenovej ponuky.
Každý segment ozubeného hrebeňa je vyrobený s presne opracovaným rozmiestnením otvorov pre kolíky na každom konci. Keď sú dva segmenty spojené, zarovnávacie kolíky v koľajnici zabezpečia, aby sa rozstup zubov v mieste spájania rovnal rozstupu zubov v každom segmente – s presnosťou približne ±1 rozstupu. Pri presných CNC osiach sa spojovacie konce susedných segmentov po montáži na lôžko stroja jemne brúsia ako spárovaný pár, čím sa zabezpečí, že prechod rozstupu v mieste spoja nespôsobí detekovateľné narušenie rýchlosti, keď ho pastorok prekríži vysokou rýchlosťou.
Maximálna praktická rýchlosť pre špirálový hrebeň a špirálové ozubené koleso Pohon pastorkom je približne 3–5 m/s (180–300 m/min) pre štandardné súpravy ozubených kolies s pastorkom a správnym mazaním. Nad touto rýchlosťou sa energia nárazu zubov pri frekvencii záberu stáva dostatočne významnou na to, aby spôsobila zrýchlené opotrebenie aj pri prísnej kontrole vôle. Hydraulické a lineárne motorové pohony prekonávajú ozubené kolieska s pastorkom nad 5 m/s pre presné aplikácie. Pre pohony pojazdu veľkých portálových žeriavov s nižšími požiadavkami na presnosť sú štandardné rýchlosti špirálového ozubeného kolieska s pastorkom 1–2 m/s.
Otvorené pohony so špirálovými ozubenými kolesami s odkrytým špirálové ozubené koleso pastorok (nie je uzavretý v prevodovke) sa maže mazivom alebo olejovou hmlou nanášanou na zuby hrebeňa v pravidelných intervaloch. Pre osi CNC obrábacích strojov s špirálové ozubené koleso Pastorky, automatické dávkovače mazacieho oleja nanášajú prevodový olej ISO VG 460 alebo VG 680 (olej alebo mazivo s nízkym rozstrekom) na zuby hrebeňa v programovateľných intervaloch – zvyčajne každých 30 – 60 minút pohybu osi. Pre pohony hrebeňov vonkajších portálových žeriavov sa denne alebo automaticky mazivom nanáša mazivo pre otvorené prevody NLGI triedy 1 alebo 2 s adhéznymi prísadami (aby sa zabránilo odstredivému odstreďovaniu na rozstupovej kružnici pastorka). Mazivo musí dosiahnuť aktívnu zónu boku zuba – ak sa nanáša iba na hornú plochu hrebeňa, nemusí dosiahnuť rozstupovú čiaru, kde dochádza ku kontaktu.
Zadajte svoj pohon s ozubeným hrebeňom a pastorkom
Uveďte požadovanú lineárnu silu, rýchlosť posuvu, zdvih, presnosť polohovania a typ aplikácie. Spoločnosť Korea Ever-Power vyberie správny modul, uhol skrutkovice, triedu presnosti a riešenie vôle – a pred výrobou potvrdí kapacitu lineárnej sily, plynulosť rýchlosti a presnosť polohovania.
M2–M20 · β = 15–25° · DIN 5–8 · Zladené sady ozubených kolies a pastorkov · Pastorky s ochranou proti vôli · CNC a žeriavové aplikácie
Redaktor: Cxm
