Шта су укрштени спирални зупчаници? — Геометрија погона са косим вратилом
Прекрштено спирални зупчаник пар се састоји од две стандардне еволвенте спиралних зупчаника — сваки би се могао користити у нормалној примени са паралелним вратилима — монтирани на вратила која су искривљена (непаралелна и не секу се). Угао вратила Σ између два вратила је параметар који дефинише унакрсну конфигурацију:
Σ = β₁ + β₂ (када оба зупчаника имају исту страну спирале — оба десна или оба лева)
Σ = β₁ − β₂ (када зупчаници имају супротне руке спирале)
За угао вратила од 90°: β₁ + β₂ = 90°. Стандардна подела са једнаким углом користи β₁ = β₂ = 45°, што оба зупчаника чини заменљивим. Било која друга комбинација β₁ и β₂ која даје збир од 90° такође је важећа — на пример β₁ = 30°, β₂ = 60°, што даје различите пречнике корака за два спојена зупчаника. спиралних зупчаника.
Кључна разлика — тачкасти контакт наспрам линијског контакта
У стандардном паралелном вратилу спирални зупчаник У пару, контакт зуба је линија која се дијагонално протеже преко површине зуба током спајања - дијагонална контактна линија која даје спиралних зупчаника њихове предности у буци и носивости. У укрштеном спирални зупчаник пар, контакт дегенерише у тачкаБокови еволвентних зубаца који се спајају су закривљени у некомпатибилним правцима на контакту — један је конвексан у односу на правац контакта, други такође конвексан — тако да се додирују у једној геометријској тачки, а не дуж линије.
Клизни контакт — зашто је подмазивање другачије
Стандардно паралелно вратило спирални зупчаник Контакт зуба је претежно котрљајући са малом клизном компонентом. Укрштено спирални зупчаник Контакт зуба је претежно клизни — контактна тачка прелази преко бочне стране зуба у правцу нагнутом према профилу зуба, стварајући спиралну клизну путању уместо нормалне радијалне клизне путање зупчаника са паралелним вратилом. Ово клизно кретање:
- Генерише више топлоте по јединици пренете силе него паралелно вратило спиралних зупчаника — зато што је клизајућа удаљеност по контакту много већа. Ово ограничава максималну дозвољену брзину клизања за укрштене спирални зупчаник парови до приближно 2–5 м/с без посебних мазива под високим притиском, у односу на 50+ м/с за брушена паралелна вратила спиралних зупчаника.
- Захтева мазиво за екстремни притисак (ЕП) чак и при малим оптерећењима. Режим граничног подмазивања доминира зоном контакта јер клизно кретање спречава потпуно формирање EHL филма при било којој брзини. Уље ISO VG 220 или VG 320 са S/P EP адитивима је минимална спецификација; минерално уље без EP адитива ће изазвати брзо хабање укрштених делова. спирални зупчаник бочне стране зуба у року од неколико сати.
- Преферира бронзу или алуминијумску бронзу за мекши зупчаник (еквивалент пужног точка у пужном зупчанику). Мекши материјал смањује коефицијент трења на клизном контакту и пружа бољу прилагодљивост — омогућавајући да контактна елипса благо расте током разрађивања, смањујући почетни контактни напон.
Однос угла вратила — Избор углова спирале за жељени угао вратила
Прекрштено спирални зупчаник пар — два вратила нису ни паралелна нити се секу. Угао вратила Σ = β₁ + β₂ (иста рука) или β₁ − β₂ (супротна рука), што омогућава пренос кретања између било ког угла вратила од скоро паралелног до 90°
| Потребан угао вратила Σ | Стандардно поделу угла спирале | Брзина 1 β₁ | Брзина 2 β₂ | Напомена |
|---|---|---|---|---|
| 90° | Једнака подела | 45° | 45° | Оба зупчаника идентична — најкомпактнији; једнаки контактни напони |
| 90° | Неједнак — мали возач | 20° | 70° | Возач је скоро стандардан спирални зупчаник; покретач је стрмом спиралом; нижа брзина драјвера за исти излаз |
| 60° | Умерено | 25° | 35° | Мање екстремно клизање од 90°; већа носивост од пара од 90° на истом модулу |
| 45° | Умерено | 20° | 25° | Најближе перформансама паралелног вратила; већи капацитет оптерећења; мање компактан од пара од 90° |
Носивост — квантификовано поређење са спиралним зупчаницима са паралелним вратилом
Носивост укрштеног спирални зупчаник Пар се не може лако изразити у истом оквиру као паралелно вратило спиралних зупчаника (ISO 6336) јер је механика контакта фундаментално другачија. Емпиријски подаци о пројектовању за укрштене челичне и бронзане спојеве спирални зупчаник парови под углом вратила од 90° дају максималну тангенцијалну силу по јединици ширине површине од приближно:
F_t_max / b ≈ 0,6 × Mn × d₁^0,5 [N/mm, где је d₁ у mm]
За типичан укрштени спирални зупчаник са M5, d₁ = 60 mm: F_t_max / b ≈ 0,6 × 5 × 7,75 ≈ 23 N/mm. За b = 30 mm: F_t_max ≈ 690 N. Еквивалентно паралелно вратило спирални зупчаник (исти модул, иста ширина површине, 20CrMnTi наугљеничено) ручке F_t ≈ 5.000–8.000 N — 7–12× више. Овај однос квантификује зашто су укрштене спиралних зупчаника ограничени су на инструменте лаке снаге и примене у преносу кретања.
Примене где су укрштени спирални зупчаници прави избор
Погони сајли брзиномера, улази за енкодер угла, индикатори положаја вентила и механизми брегасте осовине где је потребна компактна промена смера вратила од 90° при веома малом обртном моменту (испод 0,5–2 N·m). Глатко зацепљење и могућност самоблокирања укрштеног пара зупчаника при одређеним угловима вратила и условима трења чине га погодним за примене у малим механизмима.
Механизми за подесиви угао (нагиб) лопатица на центрифугалним вентилаторима и HVAC опреми користе укрштене... спирални зупчаник парови за повезивање аксијалног вратила за подешавање са радијално оријентисаним осовинским клиновима за окретање лопатице. Промена вратила од 90° у компактној, самосталној капсули је предност дизајна — оптерећење је веома мало (само инерција лопатице).
Главни погон од вратила до шипке игле у индустријским машинама за шивење традиционално користи укрштени спирални зупчаник пар или еквивалентан погон са косом осом за промену смера од 90°. Компактна величина и мало оптерећење (испод 20 W на игличном држачу) су у оквиру капацитета овог типа зупчаника.
Механизми за подешавање седишта и ретровизора са моторним погоном мале снаге користе укрштене парове зупчаника (понекад се у аутомобилском контексту називају вијчани зупчаници) због промене смера од 90°, компактног паковања и инхерентне ниске буке у конфигурацији челика на полимеру од мешовитог материјала.
Укрштени спирални зупчаници наспрам пужних зупчаника — када користити који
Оба су прешла спиралних зупчаника и пужни зупчаници преносе кретање између непаралелних вратила, али се значајно разликују по носивости, опсегу преносног односа и ефикасности:
| Параметар | Укрштени спирални зупчаник | Пужни зупчаник |
|---|---|---|
| Распон преносног односа (једностепени) | 1:1 до приближно 5:1 практично | 5:1 до 100:1+ лако се постиже |
| Тип контакта | Тачка контакта | Контактна линија (конформна површина) |
| Носивост | Веома ниско — само погони инструмената | Умерено до високо — процесно и индустријско |
| Ефикасност | 70–85% (велики губици клизања) | 50–90% у зависности од угла нагиба |
| Флексибилност угла вратила | Било који угао 0°–90° — велика флексибилност | Обично само 90° — фиксно |
| Производња | Стандардно стандардно глодање — једноставно | Специјална пужна плоча за кување — сложенија |
| Изаберите када | Произвољни угао вратила; веома мало оптерећење; потребан је стандардни алат | Висок преносни однос; умерено оптерећење; угао вратила од 90°; потребно је самоблокирање |
Кореја Евер-Пауер — Снабдевање укрштеним спиралним зупчаницима
Корејски произвођачи Ever-Power-а су прекрштени спирално сечени зупчаници стандардно према спецификацији купца спирални зупчаник компоненте до било ког наведеног угла спирале — купац одређује потребан угао вратила Σ и угао спирале подељен између зупчаника 1 и зупчаника 2, а Korea Ever-Power производи упарени пар са потврђеним угловима спирале и верификацијом анализатора зупчаника. Као директно произвођач спиралних зупчаникаСтандардни алати компаније Korea Ever-Power покривају M1–M20, β = 5°–45°, од челика, бронзе и алуминијумске бронзе — цео асортиман потребан за примене на инструментима и механизмима. Прегледајте асортиман производа са спиралним зупчаницима за стандардне величине.
Често постављана питања
Да — било које две стандардне еволвенте спиралних зупчаника истог нормалног модула и нормалног угла притиска могу се поставити на косе осовине да би се формирао укрштени спирални зупчаник пар, без обзира на то да ли су првобитно пројектовани за ову сврху. Угао вратила одређен је збиром или разликом њихових углова спирале. Ова „случајна“ укрштена спирална конфигурација повремено се јавља када је мењач састављен са неправилном оријентацијом вратила — зупчаници се и даље спајају (дајући тачкасти контакт), али са драматично смањеним капацитетом оптерећења и много већим губицима клизања него што је предвиђено.
Прекрштено спиралних зупчаника може бити самоблокирајући (погоњени зупчаник не може да покреће покретач уназад) када је угао нагиба вратила мали, а трење велико. За конфигурацију угла вратила од 90° са β₁ = β₂ = 45°, оба зупчаника имају једнаке углове спирале и погонски се не самоблокира ни у једном смеру — покрет уназад се лако дешава. За веома неједнаке поделе углова спирале (нпр. β₁ = 5°, β₂ = 85°), зупчаник са плитком спиралом има мали угао нагиба и конфигурација се приближава самоблокирању када коефицијент трења на контакту прелази тангенту угла нагиба. У пракси, укрштено самоблокирање у укрштеним конфигурацијама је непоуздано за безбедносне примене јер зависи од трења, које варира у зависности од температуре, подмазивања и стања хабања.
Преносни однос укрштеног спирални зупчаник Пар је једноставно однос броја зубаца i = z₂/z₁, тачно као код стандардног пара паралелних вратила. Не постоји геометријско ограничење односа — пар са z₁ = 10 и z₂ = 100 даје i = 10:1 под углом вратила од 90°. Међутим, како се однос повећава, два зупчаника постају веома различита по величини (d₁ мало, d₂ велико), а мали погонски зупчаник под великим углом спирале (близу 45°) развија веома мали пречник корака — што ограничава његов капацитет обртног момента. У пракси, односи изнад приближно 5:1 се боље постижу пужним погоном, који има континуирани спирални навој на пужу (еквивалентно спиралном зупчанику са z = 1) и много већи капацитет обртног момента при истом спољашњем пречнику.
Конусни зупчаници преносе обртни момент између укрштених вратила — две средишње линије вратила се сусрећу у тачки, а контакт конусног зупчаника је између конусних површина. Укрштено спиралних зупчаника преносе обртни момент између непресецајућих (косих) вратила — средишње линије су померене у простору и не сусрећу се. За угао вратила од 90° где се средишње линије вратила секу (у истој равни), конусни зупчаници су прави избор — њихов линијски контакт даје много већу носивост. Укрштени спиралних зупчаника су пожељне само када централне линије вратила морају бити померене (не сећи се), што је уобичајени захтев у компактном дизајну механизама где су положаји вратила ограничени распоредом машине.
Распитајте се о укрштеним спиралним зупчаницима
Наведите потребан угао вратила, пренети обртни момент, модул и померање средишње линије вратила. Korea Ever-Power израчунава поделу угла спирале, потврђује носивост за конфигурацију укрштене спирале и производи упарене парове зупчаника са верификацијом анализатора зупчаника.
Било који угао вратила 0–90° · M1–M20 · Челик, бронза, алуминијумска бронза · Верификација упарених пара · Минимална количина наручивања 1 пар
Уредник: Cxm
