แหล่งที่มาของการสูญเสียพลังงานในระบบขับเคลื่อนเฟืองเกลียว
การสูญเสียพลังงานทั้งหมดใน เฟืองเกลียว ระบบขับเคลื่อนประกอบด้วยส่วนประกอบอิสระสี่ส่วน การทำความเข้าใจว่าส่วนประกอบใดมีบทบาทสำคัญในแอปพลิเคชันเฉพาะ จะเป็นตัวกำหนดแนวทางที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการปรับปรุงประสิทธิภาพหรือกำหนดคุณสมบัติของระบบระบายความร้อน:
แรงเสียดทานที่จุดสัมผัสของฟันภายใต้ฟิล์ม EHL ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน µ ≈ 0.04–0.06 สำหรับพื้นผิวขัดเงา เฟืองเกลียว โดยมีค่า ISO VG 100–220 ที่อุณหภูมิใช้งาน แปรผันตรงกับแรงบิดที่ส่งผ่าน — เพิ่มขึ้นและลดลงตามภาระ นี่คือการสูญเสียหลักในระบบขับเคลื่อนความเร็วต่ำถึงปานกลางที่มีความเร็วรอบต่ำกว่า 10 เมตร/วินาที
การกวนของน้ำมันที่มีความหนืดสูงในบริเวณฟันเฟือง โดยไม่ขึ้นอยู่กับภาระ แปรผันตรงกับความหนืดของน้ำมันและความเร็วของเส้นพิตช์กำลังสอง (P_VZO ∝ v²) มีบทบาทสำคัญในระบบขับเคลื่อนความเร็วสูงที่มีภาระเบาที่ความเร็วมากกว่า 20 เมตร/วินาที นี่คือเหตุผลที่ทำให้ระบบขับเคลื่อนความแม่นยำสูงที่ความเร็วสูงมีความสำคัญ เฟืองเกลียว ควรใช้ ISO VG 68–100 แทน VG 320
แรงเสียดทานแบบกลิ้งและแบบเลื่อนในแบริ่งเพลา โดยทั่วไปแล้ว กำลังส่งผ่านต่อแบริ่งจะอยู่ที่ 0.1–0.31 ตัน สำหรับแบริ่งแบบสัมผัสเชิงมุมหรือแบริ่งลูกกลิ้งเรียวที่หล่อลื่นด้วยจาระบีมาตรฐาน สำหรับเกียร์สองขั้นตอนที่มีแบริ่งเพลา 4 ตัว: การสูญเสียแบริ่งโดยรวมประมาณ 0.6–1.21 ตัน
แรงเสียดทานจากฟันเฟืองที่ไถผ่านอ่างน้ำมัน แปรผันตามระดับน้ำมัน ความหนืดของน้ำมัน และความเร็วรอบยกกำลังสาม (P_VX ∝ v³) สามารถลดแรงเสียดทานนี้ได้โดยการรักษาระดับน้ำมันให้อยู่ในระดับที่เพียงพอต่อการหล่อลื่น ไม่ใช่การเติมน้ำมันจนถึงระดับสูงสุดที่อนุญาต เฟืองเกลียว ที่ความเร็ว 15 เมตร/วินาทีขึ้นไป การกวนอาจเกินกว่าการสูญเสียของตาข่ายได้
การคำนวณปริมาณความร้อนทั้งหมด — วิธีการคำนวณโดยละเอียด
ปริมาณความร้อนทั้งหมดที่เกิดขึ้นใน เฟืองเกลียว เกียร์:
Q_total = P_input × (1 − η_total) [kW]
โดยที่ η_total คือประสิทธิภาพการขับเคลื่อนโดยรวม สำหรับกราวด์แบบขั้นตอนเดียว เฟืองเกลียว เกียร์ทดรอบพร้อมตลับลูกปืนสัมผัสเชิงมุมมาตรฐาน:
| ความเร็วของเส้นพิทช์ไลน์ | ประสิทธิภาพการทำงานของเฟือง | ประสิทธิภาพการรับน้ำหนัก | การสูญเสียตราประทับ | η รวมขั้นตอนเดียว |
|---|---|---|---|---|
| <3 ม./วินาที | 98.5–99% | 99.2–99.5% | 99.5% | 97.5–98% |
| 3–10 เมตร/วินาที | 99–99.3% | 99.3–99.6% | 99.5% | 98–98.5% |
| 10–25 เมตร/วินาที | 99.2–99.5% | 99.4–99.7% | 99.7% | 98.5–99% |
| >25 ม/วินาที | 99–99.5% (การกวนเป็นหลัก) | 99.5–99.8% | 99.8% | 98.5–99.2% |
ตัวอย่างการใช้งาน: กำลังไฟฟ้าขาเข้า 200 กิโลวัตต์ แบบขั้นตอนเดียว เฟืองเกลียว เกียร์บ็อกซ์, v = 8 m/s ความเร็วแนวแกนพิทช์, η = 98.5%:
Q = 200 × (1 − 0.985) = 200 × 0.015 = 3.0 กิโลวัตต์ ความร้อนที่เกิดขึ้น
สำหรับเกียร์ทดรอบ 3 ขั้นตอนที่ η = 0.985³ = 0.956: Q = 200 × 0.044 = 8.8 กิโลวัตต์ — เกือบสามเท่าของค่าเกียร์ทดรอบขั้นตอนเดียว นี่คือเหตุผลที่เกียร์ทดรอบหลายขั้นตอนมักต้องการการระบายความร้อนด้วยน้ำมันมากกว่าเกียร์ทดรอบขั้นตอนเดียวที่มีขนาดเท่ากัน
ความสามารถในการระบายความร้อนของที่อยู่อาศัย — ปริมาณความร้อนที่สามารถระบายออกได้
พื้นที่ผิวของที่อยู่อาศัยของอุตสาหกรรม เฟืองเกลียว ระบบเกียร์จะกำหนดปริมาณความร้อนสูงสุดที่สามารถระบายออกได้ด้วยการพาความร้อนตามธรรมชาติ เมื่อความร้อนที่เกิดจากการทำงานของเฟืองและการสูญเสียจากแบริ่งเกินกว่าที่พื้นผิวของตัวเรือนสามารถระบายออกได้ที่อุณหภูมิน้ำมันที่ยอมรับได้ การระบายความร้อนด้วยน้ำมันจากภายนอกจึงกลายเป็นสิ่งจำเป็น
ปริมาณความร้อนสูงสุดที่ตัวเรือนเกียร์สามารถระบายออกได้ด้วยการพาความร้อนตามธรรมชาติไปยังสภาพแวดล้อมที่มีอากาศนิ่งคือ:
Q_max_natural = k × A_housing × (T_oil_max − T_ambient) [W]
โดยที่: k ≈ 12–18 W/m²·K สำหรับการพาความร้อนตามธรรมชาติ (ตัวเรือนเหล็กหล่อหรือเหล็กกล้า ทาสี), A_housing = พื้นที่ผิวภายนอกในหน่วย m², T_oil_max = อุณหภูมิน้ำมันสูงสุดที่อนุญาต (โดยทั่วไป 80°C สำหรับน้ำมันแร่ 95°C สำหรับน้ำมันสังเคราะห์ PAO), T_ambient = อุณหภูมิอากาศโดยรอบ สำหรับเกียร์บ็อกซ์อุตสาหกรรมทั่วไปที่มีพื้นที่ผิวภายนอก 0.5 m² จะได้ว่า T_oil_max = 80°C, T_ambient = 25°C:
Q_max_natural = 15 × 0.5 × (80 − 25) = 412 W ≈ 0.41 kW
ตัวเลขเพียงเล็กน้อยนี้เผยให้เห็นข้อคิดที่สำคัญ: เฟืองเกลียวส่วนใหญ่ เกียร์บ็อกซ์ที่มีกำลังใช้งานต่อเนื่องมากกว่า 20–30 กิโลวัตต์ จำเป็นต้องมีการระบายความร้อนแบบแอคทีฟนอกเหนือจากการระบายความร้อนตามธรรมชาติของตัวเรือน ขั้นตอนแรกมาตรฐานคือการติดตั้งแผงครีบระบายความร้อนภายนอกหรือพัดลมระบายความร้อน ก่อนที่จะใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบน้ำมันกับน้ำ
สามทางเลือกในการระบายความร้อน — แต่ละแบบเหมาะสมกับการใช้งานในสถานการณ์ใดบ้าง
พัดลมที่ติดตั้งบนเพลาอินพุตจะเป่าลมผ่านครีบระบายความร้อนของตัวเรือน ทำให้ค่า k เพิ่มขึ้นจาก 12–18 W/m²·K (แบบธรรมชาติ) เป็น 25–40 W/m²·K (แบบเป่าลม) สำหรับตัวอย่างข้างต้น การเป่าลมจะเพิ่มค่า Q_max จาก 0.41 kW เป็น 0.7–1.0 kW ซึ่งเพียงพอสำหรับเกียร์ที่มีกำลังต่อเนื่องประมาณ 50–80 kW เป็นวิธีระบายความร้อนที่ง่ายที่สุดและต้นทุนต่ำที่สุด ไม่เหมาะสำหรับไดรฟ์ปรับความเร็วรอบที่ความเร็วของพัดลม (และการไหลของอากาศ) เปลี่ยนแปลงไปตามความเร็วอินพุตของเกียร์
ปั๊มน้ำมันจะหมุนเวียนน้ำมันเกียร์จากอ่างน้ำมันผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบครีบระบายความร้อนด้วยอากาศ ก่อนที่จะส่งกลับไปยังเกียร์บ็อกซ์ โดยมีประสิทธิภาพในการระบายความร้อนไม่จำกัด (จำกัดเฉพาะขนาดของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเท่านั้น) ที่ความเร็วในการขับเคลื่อนใดๆ ก็ตาม การเพิ่มปั๊มน้ำมัน ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ท่อ และตัวกรอง จะเพิ่มต้นทุนของระบบ แต่ให้การควบคุมอุณหภูมิที่แน่นอนสำหรับมอเตอร์ขนาดใหญ่หรือมอเตอร์ที่มีความเร็วแปรผัน เฟืองเกลียว ขับเคลื่อนด้วยกำลังไฟมากกว่า 100 กิโลวัตต์
เป็นตัวเลือกที่มีขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพที่สุดเมื่อมีน้ำหล่อเย็นสำหรับกระบวนการผลิต ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนของน้ำสูงกว่าอากาศ 10-20 เท่า ดังนั้นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจึงมีขนาดเล็กกว่าหน่วยแลกเปลี่ยนความร้อนสำหรับอากาศที่มีขนาดเท่ากันมาก เป็นมาตรฐานสำหรับอุตสาหกรรมทางทะเล นอกชายฝั่ง และโรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ เฟืองเกลียว ระบบขับเคลื่อนในสถานีสูบน้ำและโรงงานคอมเพรสเซอร์ที่มีระบบจ่ายน้ำหล่อเย็นอยู่แล้ว การป้องกันการกัดกร่อนและการแข็งตัวของน้ำด้านระบบน้ำจำเป็นต้องพิจารณาระบบเพิ่มเติม
การตรวจสอบอุณหภูมิน้ำมัน — ป้องกันความร้อนสูงเกินไป
ระบบป้องกันที่ง่ายที่สุดและเชื่อถือได้สำหรับ เฟืองเกลียว ระบบป้องกันความร้อนสูงเกินคือเทอร์โมคัปเปิลหรือเซ็นเซอร์ PT100 ในอ่างน้ำมันเครื่อง ซึ่งเชื่อมต่อกับรีเลย์แจ้งเตือนอุณหภูมิที่ตั้งค่าไว้ที่ T_alarm = T_max − 10°C สำหรับน้ำมันแร่: T_alarm = 70°C; สำหรับน้ำมันสังเคราะห์ PAO: T_alarm = 85°C บริษัท Korea Ever-Power แนะนำให้ตรวจสอบอุณหภูมิเป็นมาตรฐานสำหรับเครื่องยนต์ทุกรุ่น เฟืองเกลียว เหมาะสำหรับงานที่ต้องการกำลังไฟฟ้าต่อเนื่องมากกว่า 75 กิโลวัตต์ และมีพอร์ตเซ็นเซอร์ (M18 × 1.5 boss) บนตัวเรือนเกียร์สำหรับงานอุตสาหกรรมที่ต้องการความแม่นยำสูง รีเลย์ตัดวงจรตัวที่สองที่อุณหภูมิ T_max (80°C น้ำมันแร่ / 95°C น้ำมัน PAO) จะช่วยปิดระบบอัตโนมัติก่อนที่น้ำมันจะเสื่อมสภาพ
Korea Ever-Power — การคำนวณค่าความร้อนสำหรับทุกคำสั่งซื้อจากภาคอุตสาหกรรม
บริษัท Korea Ever-Power ดำเนินการคำนวณค่าความร้อน — ความร้อนที่เกิดจากการสูญเสียประสิทธิภาพ ความสามารถในการระบายความร้อนของตัวเรือนจากรูปทรงของตัวเรือน และการตัดสินใจเกี่ยวกับความต้องการการระบายความร้อน — สำหรับทุกผลิตภัณฑ์ เฟืองตัดเกลียว คำสั่งซื้อทางอุตสาหกรรมที่มีกำลังไฟมากกว่า 50 กิโลวัตต์ ผลการคำนวณจะระบุว่าตัวเรือนมีความเหมาะสมทางความร้อนสำหรับการใช้งานหรือไม่ หรือควรมีคำแนะนำเกี่ยวกับการระบายความร้อนเพิ่มเติม โดยตรง ผู้ผลิตเฟืองเกลียวบริษัท Korea Ever-Power ได้รวมข้อมูลเกี่ยวกับรูปทรงของตัวเรือน พื้นที่ผิว และความสามารถในการระบายความร้อนไว้ในเอกสารทางเทคนิคมาตรฐาน เพื่อให้วิศวกรระบบของลูกค้าได้รับข้อมูลที่จำเป็นในการออกแบบระบบจัดการความร้อนแบบครบวงจร ดูรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่ กลุ่มผลิตภัณฑ์เฟืองเกลียว สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม
คำถามที่พบบ่อย
อุณหภูมิของน้ำมันมีผลโดยตรงต่อความหนืดของน้ำมันเกียร์บริเวณฟันเฟือง และด้วยเหตุนี้จึงส่งผลต่อความหนาของฟิล์ม EHL ด้วย การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิน้ำมัน 10°C จะลดความหนืดจลน์ลงประมาณ 10–15% สำหรับน้ำมันแร่ ISO VG 220 ซึ่งจะลดอัตราส่วนฟิล์ม EHL λ ลงในสัดส่วนที่เท่ากัน อุณหภูมิของตัวเรือนเป็นตัวบ่งชี้ที่ล่าช้า กล่าวคือ มันจะสูงขึ้นหลังจากที่น้ำมันร้อนเกินไปแล้ว อุณหภูมิอ่างน้ำมันเป็นพารามิเตอร์ที่ถูกต้องในการตรวจสอบและควบคุม อุณหภูมิพื้นผิวของตัวเรือน ซึ่งวัดจากภายนอกด้วยเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรด ช่วยให้ตรวจสอบได้โดยไม่ต้องสัมผัส: สำหรับ เฟืองเกลียว เกียร์ที่มีตัวเรือนเหล็กหล่อ อุณหภูมิภายนอกของตัวเรือน ≈ อุณหภูมิของน้ำมัน −5 ถึง −15°C (ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของอุณหภูมิที่ผนังตัวเรือน)
คู่มือการเลือก ISO VG (ดูบทความเกี่ยวกับการหล่อลื่น) จะระบุเกรดความหนืดที่ถูกต้องที่อุณหภูมิการทำงานของอ่างน้ำมันที่คาดการณ์ไว้ ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิแวดล้อมสูง (ภูมิอากาศเขตร้อน ห้องเครื่องจักรปิดที่อุณหภูมิ 40–50°C) อุณหภูมิอ่างน้ำมันที่สภาวะคงที่จะสูงกว่าในภูมิอากาศอบอุ่น ซึ่งอาจทำให้ความหนืดในการทำงานต่ำกว่าค่าต่ำสุดที่จำเป็นสำหรับการสร้างฟิล์ม EHL อย่างสมบูรณ์ — จึงจำเป็นต้องเพิ่มเกรด ISO VG ขึ้นอีกหนึ่งระดับ เฟืองเกลียว สำหรับมอเตอร์ขับเคลื่อนที่ได้รับการจัดอันดับความหนืด ISO VG 220 ในสภาวะอุณหภูมิปานกลาง (อุณหภูมิแวดล้อม 20°C) มอเตอร์ขับเคลื่อนเดียวกันนี้ในอุณหภูมิแวดล้อม 45°C อาจต้องการ ISO VG 320 เพื่อรักษาระดับความหนาของฟิล์ม EHL ที่เทียบเท่ากัน บริษัท Korea Ever-Power ระบุความหนืดของน้ำมันโดยอิงจากอุณหภูมิแวดล้อมที่ระบุไว้ ซึ่งเป็นการเลือกเกรดน้ำมันที่ถูกต้องสำหรับสถานที่ติดตั้ง แทนที่จะเป็นการกำหนดค่าเริ่มต้น
ใช่ เล็กน้อย ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของตะแกรง µ สำหรับตะแกรง DIN Class 5 เฟืองเกลียว (Ra ≤ 0.4 µm) มีค่าประมาณ 0.04–0.05 เมื่อเทียบกับ µ = 0.07–0.09 สำหรับเฟือง DIN Class 8 ที่ขึ้นรูปด้วยเครื่องกัด (Ra ≈ 2.0 µm) ความแตกต่างนี้ทำให้การสูญเสียการเข้าเกียร์ที่ขึ้นอยู่กับภาระลดลงประมาณ 40–50% ในเฟืองที่เจียรแล้ว เมื่อเทียบกับเฟืองที่ขึ้นรูปด้วยเครื่องกัดที่ภาระส่งผ่านเท่ากัน ซึ่งโดยทั่วไปเทียบเท่ากับการปรับปรุงประสิทธิภาพ 0.5–1.5% จุด สำหรับไดรฟ์ 500 kW นั่นหมายถึงการเกิดความร้อนจากการเจียรลดลง 2.5–7.5 kW ซึ่งอาจช่วยลดความจำเป็นในการระบายความร้อนด้วยน้ำมันในบางกรณีที่ใกล้เคียงกัน
ที่อุณหภูมิสูงกว่าประมาณ 90°C สำหรับน้ำมันแร่ (110°C สำหรับ PAO) อัตราการเกิดออกซิเดชันของน้ำมันพื้นฐานจะเพิ่มขึ้นประมาณสองเท่าทุกๆ 10°C ที่อุณหภูมิสูงขึ้น สารปรับปรุงดัชนีความหนืดและสารป้องกันการสึกหรอในน้ำมันจะหมดไปอย่างรวดเร็ว น้ำมันจะข้นขึ้นจากผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันและคราบเหนียว ฟิล์ม EHL จะบางลงและสลายตัว เฟืองเกลียว ความเสียหายที่เกิดจากน้ำมันเสื่อมสภาพ เช่น การเกิดหลุมเล็กๆ การสึกหรอ การเกิดหลุมอย่างรวดเร็ว อาจดูเหมือนความเสียหายของเฟือง แต่จริงๆ แล้วเป็นความเสียหายของระบบระบายความร้อน วิธีแก้ไขที่ถูกต้องคือ ควรตรวจสอบคุณสมบัติของเฟืองควบคู่กับการคำนวณพิกัดความร้อน และจัดให้มีการระบายความร้อนที่เพียงพอ ก่อนใช้งานครบชั่วโมงแรก ไม่ใช่หลังจากเกิดความเสียหายกับเฟืองครั้งแรกแล้ว
ขอข้อมูลการประเมินค่าความทนความร้อนสำหรับงานเฟืองเกลียวของคุณ
โปรดระบุพลังงาน ความเร็ว รอบการทำงาน อุณหภูมิแวดล้อม และขนาดตัวเรือน บริษัท Korea Ever-Power จะคำนวณปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้น ความจุความร้อนของตัวเรือน และแนะนำวิธีการระบายความร้อนหากจำเป็น ซึ่งเป็นมาตรฐานสำหรับทุกคำสั่งซื้อเฟืองเกลียวอุตสาหกรรมที่มีความแม่นยำสูงกว่า 50 กิโลวัตต์
การสูญเสียของเฟือง · การสูญเสียของแบริ่ง · การสูญเสียของตัวเรือน · คำแนะนำเกี่ยวกับการระบายความร้อน · คำแนะนำในการตรวจสอบอุณหภูมิน้ำมัน
บรรณาธิการ: Cxm
