Przekładnie spiralne do napędów prawoskrętnych kątowych

Przekładnie spiralne są stosowane w układach mechanicznych do przenoszenia momentu obrotowego. Przekładnia stożkowa to szczególny rodzaj przekładni spiralnej. Składa się ona z dwóch zazębiających się ze sobą kół zębatych. Oba koła zębate są połączone łożyskiem. Oba koła zębate muszą być zazębione, aby ujemny nacisk dociskał je do siebie. Jeśli w łożysku wystąpi luz osiowy, zazębienie nie będzie miało luzu. Ponadto konstrukcja przekładni spiralnej opiera się na geometrycznych kształtach zębów.

Równania dla przekładni spiralnej

Teoria dywergencji wymaga, aby promienie stożków podziałowych zębnika i koła zębatego były skośne w różnych kierunkach. Osiąga się to poprzez zwiększenie nachylenia wypukłej powierzchni zęba koła zębatego i zmniejszenie nachylenia wklęsłej powierzchni zęba zębnika. Zębnik to koło zębate w kształcie pierścienia z centralnym otworem i wieloma osiami poprzecznymi, przesuniętymi względem osi zębów spiralnych.
Przekładnie stożkowe o zębach spiralnych mają śrubowy profil zęba. Profil zęba jest zgodny z krzywą frezu. Kąt pochylenia linii śrubowej b jest równy elementowi półkola stożka podziałowego. Średni kąt pochylenia linii śrubowej bm to kąt między elementem półkola a profilem zęba. Równania w tabeli 2 dotyczą przekładni zębatych z łopatkami rozwartymi i jednostronnych firmy Gleason.
Równanie boku zęba przekładni stożkowej o zębach logarytmicznych spiralnych wyprowadzono, wykorzystując mechanizm formowania boków zębów. Styczna siła nacisku i normalny kąt nacisku przekładni stożkowej o zębach logarytmicznych spiralnych wyniosły odpowiednio około 20 stopni i 35 stopni. Te dwa typy równań ruchu wykorzystano do rozwiązania problemów pojawiających się przy określaniu stacjonarnej przekładni. Chociaż teoria zazębienia przekładni stożkowych o zębach logarytmicznych spiralnych jest wciąż w powijakach, stanowi ona dobry punkt wyjścia do zrozumienia, jak to działa.
Ta geometria ma wiele różnych rozwiązań. Jednak dwa główne są definiowane przez kąt natarcia koła zębatego i zębnika oraz średnicę koła spiralnego. To ostatnie jest trudne do ograniczenia. Jako punkt odniesienia wykorzystano szkic 3D zęba koła stożkowego. Promienie profilu wnęki zębatej są definiowane przez ograniczenia punktów końcowych umieszczone w dolnych narożnikach wnęki zębatej. Następnie promienie zęba koła zębatego są określane przez kąt.
Odległość między stożkami Am koła zębatego o zębach spiralnych jest również znana jako geometria zębów. Odległość między stożkami Am powinna być skorelowana z różnymi odcinkami ścieżki frezu. Zakres odległości między stożkami Am musi być skorelowany z kątem nacisku powierzchni bocznych. Promienie podstawy koła zębatego stożkowego nie muszą być definiowane, ale geometria ta powinna być uwzględniona, jeśli koło zębate stożkowe nie ma przesunięcia hipoidalnego. Podczas opracowywania geometrii zębów koła zębatego stożkowego o zębach spiralnych, pierwszym krokiem jest zmiana terminologii na „zębnik” z „koło zębate”.
Standardowy system jest wygodniejszy do produkcji kół zębatych śrubowych. Ponadto koła zębate śrubowe muszą mieć ten sam kąt pochylenia linii śrubowej. Przeciwległe koła zębate śrubowe muszą się ze sobą zazębiać. Podobnie, koła zębate śrubowe z przesuniętym profilem wymagają bardziej złożonego zazębienia. Tę parę kół zębatych można wyprodukować w podobny sposób jak koło zębate walcowe. Obliczenia zazębienia kół zębatych śrubowych przedstawiono w tabeli 7-1.

Projektowanie przekładni stożkowych spiralnych

Proponowana konstrukcja przekładni stożkowych o zębach spiralnych wykorzystuje metodę mapowania funkcji do formy w celu określenia geometrii powierzchni zęba. Ten model bryłowy jest następnie testowany metodą odchylenia powierzchni w celu sprawdzenia jego dokładności. W porównaniu z innymi typami przekładni kątowych, przekładnie stożkowe o zębach spiralnych są bardziej wydajne i kompaktowe. Przekładnie firmy CZPT Gear Company spełniają normy AGMA. Zestaw przekładni stożkowych o zębach spiralnych o wyższej jakości osiąga sprawność 99%.
Zaproponowano i przeanalizowano geometryczną parę zazębienia opartą na elementach geometrycznych dla przekładni stożkowych o zębach spiralnych. Takie podejście zapewnia wysoką wytrzymałość styku i jest niewrażliwe na niewspółosiowość kątową wałów. Modelowano i omówiono elementy geometryczne przekładni stożkowych o zębach spiralnych. Zbadano wzorce styku, a także wpływ niewspółosiowości na nośność. Ponadto, wykonano prototyp konstrukcji i przeprowadzono testy toczenia w celu weryfikacji jej dokładności.
Trzy podstawowe elementy przekładni stożkowej o zębach spiralnych to para zębników, wał wejściowy i wyjściowy oraz bok pomocniczy. Wały wejściowy i wyjściowy są skrętne, para zębników charakteryzuje się sztywnością skrętną, a sprężystość układu jest niewielka. Te czynniki sprawiają, że przekładnie stożkowe o zębach spiralnych idealnie nadają się do zazębiania udarowego. Aby poprawić zazębianie udarowe, opracowano model matematyczny wykorzystujący parametry narzędzia i początkowe ustawienia maszyny.
W ostatnich latach poczyniono szereg postępów w technologii produkcji, aby umożliwić produkcję wysokowydajnych przekładni stożkowych o zębach spiralnych. Naukowcy, tacy jak Ding i in., zoptymalizowali ustawienia maszyny i profile ostrzy frezów, aby wyeliminować kontakt krawędzi zębów, czego rezultatem była precyzyjna i duża przekładnia stożkowa o zębach spiralnych. W rzeczywistości proces ten jest nadal stosowany do produkcji przekładni stożkowych o zębach spiralnych. Jeśli interesuje Cię ta technologia, czytaj dalej!
Konstrukcja przekładni stożkowych o zębach spiralnych jest złożona i skomplikowana, wymagając umiejętności doświadczonych mechaników. Przekładnie stożkowe o zębach spiralnych stanowią najnowocześniejsze rozwiązanie w zakresie przenoszenia mocy z jednego układu do drugiego. Chociaż kiedyś produkcja przekładni stożkowych o zębach spiralnych była trudna, obecnie są one powszechne i szeroko stosowane w wielu zastosowaniach. W rzeczywistości przekładnie stożkowe o zębach spiralnych stanowią złoty standard w przenoszeniu mocy pod kątem prostym. Podczas gdy konwencjonalne maszyny do produkcji przekładni stożkowych o zębach spiralnych mogą być używane do produkcji przekładni stożkowych o zębach spiralnych, produkcja przekładni stożkowych o zębach podwójnych jest bardzo złożona. Zestaw przekładni stożkowych o zębach podwójnych spiralnych nie nadaje się do obróbki przy użyciu tradycyjnych maszyn do produkcji przekładni stożkowych. W związku z tym opracowano nowatorskie metody produkcji. Do stworzenia prototypu zestawu przekładni stożkowych o zębach podwójnych spiralnych wykorzystano metodę wytwarzania addytywnego, a następnie produkcja wieloosiowego centrum obróbczego CNC.
Przekładnie stożkowe o zębach skośnych są kluczowymi elementami śmigłowców i silników lotniczych. Ich trwałość, wytrzymałość i parametry zazębienia mają kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa. Wielu badaczy zwróciło się w stronę przekładni stożkowych o zębach skośnych, aby rozwiązać te problemy. Jednym z wyzwań jest redukcja hałasu, poprawa sprawności przekładni i zwiększenie ich wytrzymałości. Z tego powodu przekładnie stożkowe o zębach skośnych mogą mieć mniejszą średnicę niż przekładnie stożkowe proste. Jeśli interesują Cię przekładnie stożkowe o zębach skośnych, zapoznaj się z tym artykułem.

Ograniczenia dotyczące geometrycznych form zębów

Geometrycznie uzyskane kształty zębów koła zębatego spiralnego można obliczyć z problemu programowania nieliniowego. Podejście zęba Z to liniowy błąd przemieszczenia wzdłuż normalnej do kontaktu. Można je obliczyć za pomocą wzoru podanego w równaniu (23) z kilkoma dodatkowymi parametrami. Jednak wynik nie jest dokładny dla małych obciążeń, ponieważ stosunek sygnału do szumu sygnału odkształcenia jest mały.
Geometrycznie uzyskane kształty zębów mogą prowadzić do liniowych i punktowych form stykowych. Mają one jednak swoje ograniczenia, gdy trzony zębów nachodzą na geometrycznie uzyskany kształt zębów. Nazywa się to interferencją profili zębów. Chociaż ograniczenie to można pokonać kilkoma innymi metodami, geometrycznie uzyskane kształty zębów są ograniczone przez zazębienie i wytrzymałość zębów. Można je stosować tylko wtedy, gdy zazębienie kół zębatych jest odpowiednie, a ruch względny wystarczający.
Podczas pomiaru profilu zęba, względne położenie koła zębatego i przekładni zębatej (LTS) będzie się stale zmieniać. Powierzchnia montażowa czujnika powinna być równoległa do osi obrotu. Rzeczywista orientacja czujnika może różnić się od tej idealnej. Może to wynikać z tolerancji geometrycznych podparcia wału przekładni i platformy. Efekt ten jest jednak minimalny i nie stanowi poważnego problemu. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie geometrycznych kształtów zębów koła zębatego spiralnego bez konieczności przeprowadzania kosztownych procedur eksperymentalnych.
Proces pomiaru geometrycznych kształtów zębów koła zębatego spiralnego opiera się na idealnym profilu ewolwentowym, generowanym na podstawie pomiarów optycznych jednego końca koła zębatego. Profil ten jest uważany za niemal idealny, biorąc pod uwagę ogólną orientację osi obrotu i osi obrotu. Występują niewielkie odchylenia kątów pochylenia i odchylenia. Dolna i górna granica są określone odpowiednio jako –10 i -10 stopni.
Kształty zębów koła zębatego spiralnego wywodzą się z uzębienia prostego. Jednak kształt zęba koła zębatego spiralnego nadal podlega różnym ograniczeniom. Oprócz kształtu zęba, na luz kątowy wpływa również średnica podziałowa. Wartości tych dwóch parametrów różnią się dla każdego koła zębatego w zazębieniu. Są one powiązane ze sobą poprzez przełożenie. Zrozumienie tego zagadnienia umożliwia stworzenie koła zębatego o odpowiadającym mu kształcie zęba.
Ponieważ długość i poprzeczny skok podstawy koła zębatego spiralnego są takie same, kąt pochylenia linii śrubowej każdego profilu jest równy. Ma to kluczowe znaczenie dla zazębienia. Niedoskonały skok podstawy powoduje nierównomierny rozkład obciążeń między zębami koła zębatego, co prowadzi do obciążeń wyższych niż nominalne w niektórych zębach. Prowadzi to do drgań o modulowanej amplitudzie i hałasu. Ponadto, punkt graniczny wyokrąglenia podstawy i ewolwenty może zostać zmniejszony lub całkowicie wyeliminowany przed średnicą wierzchołka.

redaktor przez CX 2023-11-25