Spiralväxellåda

Generellt sett består en spiralväxellåda av två kugghjul. De två kugghjulen har skurna tänder och är insatta i varandra. Dessa två kugghjul arbetar tillsammans för att överföra vridmoment och hastighet. Denna typ av växellåda används i en mängd olika tillämpningar.

Arbetsprincip

Förutom att vara billigare att tillverka har spiralkugghjul flera fördelar jämfört med rakskurna cylindriska kugghjul. För det första erbjuder de en jämnare gång, mindre vibrationer och lägre ljudnivåer. De överför också större laster än cylindriska kugghjul. Dessa kugghjul används inom en mängd olika industrier, såsom livsmedelsbearbetning, plastindustri och oljeindustri.
En annan viktig egenskap hos spiralformade kugghjul är det smidiga och gradvisa ingreppet av kuggarna. Detta hjälper dem att fungera smidigare, särskilt vid arbete under tung belastning. Denna process minskar stötar och glapp, och minskar även slitage.
Utöver detta är spiralvinkeln en variabel som kan justeras för att passa tillämpningen. Vinkeln är vanligtvis antingen vänster eller höger och kan variera beroende på vyn.
Spiralkugghjul används vanligtvis i slutna kugghjulsdrifter, såsom transportband, blåsmaskiner och elevatorer. De erbjuder en jämnare drift, vilket gör dem idealiska för applikationer som kräver tyst drift. Spiralkugghjul är dock mindre effektiva på att överföra kraft än cylindriska kugghjul.
Den relativa kontaktspänningen (RCS) som beräknas för ett spiralformat kugghjul liknar den för ett cylindriskt kugghjul. Volymen Vi, som är en spiralberoende storhet, är dock annorlunda. Denna volym definieras som den totala volymen av den spiralformade fickan, beräknad genom att integrera längs ytans bredd. Volymen av en generisk ficka är större än volymen av en spiralformad ficka utan spiral.
Dessutom minskar kontaktförhållandet. Detta beror på att två tänder inte är parallella med varandra. En tjock oljefilm förhindrar att tänderna kommer i kontakt. Denna film kyler också kugghjulets kuggytor.
Servicefaktorn är ett tal som tar hänsyn till de förhållanden under vilka en växel används. Det är vanligtvis ett förhållande mellan det maximala vridmomentet och det producerade vridmomentet.

Effektivitet

Under en nyligen genomförd mätkampanj för växellådor testades 13 kommersiella växellådor utförligt. Verkningsgraden mättes vid nominellt vridmoment och effekt. De resulterande verkningsgradskartorna som presenteras i denna artikel visar att verkningsgraden för varje växellåda är ganska likartad.
Verkningsgraden hos en växellåda beror på kugghjulens kuggar och utväxlingen mellan dem. Ju lägre utväxling, desto högre verkningsgrad.
Verkningsgraden påverkas också av lastmomentet. Ju högre lastmomentet är, desto lägre verkningsgrad. Detta gäller särskilt för växellådor med höga utväxlingsförhållanden.
Effektförlusten påverkas också av kontakt- och överlappningsförhållandena. För växellådor med höga utväxlingsförhållanden är skillnaden mellan katalogens verkningsgrad och modellbaserad verkningsgrad större än för växellådor med låg utväxling. Lyckligtvis minskar smörjningen detta gap.
Den spiralformade växellådan är den mest effektiva växellådan i branschen. Den överför rörelse mellan parallella konfigurationer och har mindre ljudnivå än cylindriska kugghjul. Dessa kugghjul griper in mjukt och smidigt, så de är mindre benägna att slitas. De möjliggör också större kraftkapacitet.
Även om spiralformade kugghjul är effektiva är de dyrare än traditionella kugghjul. Kostnadsbesparingarna kan dock bli betydande över tid. Det är viktigt att överväga fördelarna med en spiralformad växellåda innan du väljer en växellåda för din tillämpning.
När man jämför effektiviteten hos en spiralväxel med en snäckväxel är snäckväxeln mer effektiv. Skillnaden i effektivitet är dock inte lika stor som hos många andra växellådor.
Verkningsgraden hos en spiralväxel påverkas också av kugghjulens varvtal. Växellådan måste ha tillräcklig smörjning för lagren. Det är också viktigt att beakta utrymmeskraven i drivlinan.

Applikationer

Tillämpningar av spiralformade växellådor är utbredda och de används i många industrier. Några av tillämpningarna inkluderar tryckindustrin, gummiindustrin, plastindustrin, cementindustrin, schaktningsindustrin och kemisk industri.
Skärväxellådor används också för transportband och elevatorer. De är mycket hållbara och kan bära större laster. De är också tystare än raka snitt. De används också i många fordonsväxellådor.
Skärväxellådor överför kraft mellan två parallella axlar. De är ett bra alternativ till cylindriska kugghjul. De är kompakta och minskar vibrationer och buller. De är också mycket hållbara och kan arbeta i icke-parallella axlar.
Den vanligaste tillämpningen är inom bilindustrin. Spiralväxlar används även inom andra industrier. De är mycket användbara i hissar, transportband och andra tunga industriella miljöer. De ger också en hög grad av hastighetsreducering och används ofta i automationsstyrsystem. De används också inom gruvindustrin och cementindustrin.
Skärväxellådor kan tillverkas med olika modifieringar. Detta är viktigt eftersom vissa industrier kan kräva andra växellådor.
Spiralkugghjul har ett högre antal kuggar. Detta leder till mindre slitage. De är också mindre bullriga än cylindriska kugghjul. Deras förmåga att generera en stor tryckkraft är det som gör dem idealiska för höghastighetsapplikationer. De kan också fördela lasten mellan flera axlar. De används också i applikationer med höga stötar och vibrationer.
Skärväxellådor arbetar med högre verkningsgrad än cylindriska kugghjul. Tillverkningskostnaderna för spiralkugghjul är dock högre än för cylindriska kugghjul.
Skärväxellådor har också fördelen att de kan överföra kraft mellan rätvinkliga axlar. De kan fungera tillsammans med korsaxlade kugghjul, vilket eliminerar stötbelastning.

Variationer

Flera varianter av spiralformade växellådor finns tillgängliga på marknaden för olika industrier. De används ofta i bilväxellådor och andra industrier. De är tystare än kugghjul. De är också hållbara och mycket effektiva. De kan dock orsaka högre friktion och slitage.
Spiralkugghjul är gjorda av tänder som vrids runt en cylindrisk kugghus i en vinkel. Vinkeln med vilken kuggtänderna skärs kallas spiralvinkeln. Spiralvinkeln kan justeras för att passa kugghjulet och dess omgivning.
Spiralvinkeln avgör också hur mycket axiell kraft kugghjulet producerar. En större spiralvinkel genererar mer axiell kraft. Denna ökning av axiell kraft måste absorberas av lagren. Tryckvinkeln har också en direkt inverkan på kuggens normalkraft och krökningsradier.
Spiralkugghjul kan monteras parallellt eller i korskoppling. Spiralkugghjul kopplade parallellt kräver samma stigning och tryckvinkel för att fungera korrekt. Spiralkugghjul kopplade i korskoppling kan arbeta tystare och smidigare än cylindriska kugghjul. De kan dock också användas för att överföra högre vridmoment.
Spiralkugghjul finns även i enkla och dubbla spiralformade utföranden. Enkla spiralkugghjul tillverkas med samma verktyg och utrustning som cylindriska kugghjul. Till skillnad från cylindriska kugghjul har enkla spiralkugghjul mer ytkontakt. De är också bättre för precisionsdrift.
Dubbelspiralkugghjul kallas även fiskbenskugghjul. De tillverkas genom att skära ett spår mellan två tänder. De kan eliminera axiella krafter och används också för att ge hög lastbärande kapacitet.
Spiralkugghjul används ofta för applikationer med låg effekt. De erbjuder också ett alternativ för att ansluta parallella och icke-parallella axlar. De används även i höghastighetsapplikationer.

Verktygsspetsradie

Bland de många parametrar som används i en spiralformad växellåda är tandspetsradien förmodligen den viktigaste, om än bara för att den är en av de minst intuitiva. Det bästa sättet att uppskatta diametern på en spiralformad kugg är att använda en tandreferensprofil som grund för beräkningen. En liknande procedur används för att beräkna spiralvinkeln. En verktygsspets som är för liten kommer att resultera i en tand som underskär, vilket är ett problem om du har ett kugghjul som har ett stort antal tänder och du vill minska risken för tandbrott.
För kugghjulsentusiaster finns det många verktyg och processer för spiralformade växellådor, varav spetsdiametern bara är en av dem. Som tur är för kugghjulsdesignnördar finns det mycket mer bakom den spiralformade växellådan än vad som syns vid första anblicken. Till exempel är en spiralformad kuggtand en tredimensionell yta, så dess form och funktion kan beräknas matematiskt eller numeriskt.
Förutom en tandspets som flyger förbi byxsätet är den spiralformade växellådan också ett resultat av en tillverkningsprocess. Den främsta boven i dramat är profilförskjutningen, vilket är avståndet mellan kugghjulets stigningsdiameter och skärverktygets utgångslinje. Även om en kugghjulskonstruktör skulle kunna välja att ignorera denna fråga, är det ofta en designhänsyn för att maximera kontaktförhållandena. Det innebär att kuggarna måste kunna motstå vridmomentet från sina respektive kugghjul.
Ett spiralhjul är ett geometriskt paket, och det bästa sättet att paketera kugghjulen är att minimera kuggböjningsstyrkan samtidigt som kuggböjningsstyvheten maximeras. För att göra detta måste du begränsa tjockleken på din tandspets. Detta åstadkoms vanligtvis med en tandprofil som är formad för att matcha tandkonturen på det kugghjul det är avsett att ersätta.

redaktör av CX 2023-10-25