Stożek hipoidalny a stożek spiralny prosty – jaka jest różnica?

Przekładnie zębate o zębach spiralnych występują w wielu różnych odmianach, ale istnieje zasadnicza różnica między przekładnią stożkową hipoidalną a przekładnią stożkową o zębach spiralnych prostych. W tym artykule opisano różnice między tymi dwoma typami przekładni i omówiono ich zastosowanie. Niezależnie od tego, czy przekładnie są stosowane w przemyśle, czy w domu, kluczowe jest zrozumienie funkcji każdego typu i jego znaczenia. Ostatecznie, produkt końcowy będzie zależał od tych różnic.

Przekładnie stożkowe hipoidalne

W motoryzacji, hipoidalne przekładnie stożkowe stosowane są w mechanizmie różnicowym, co pozwala na obrót kół z różną prędkością, zachowując jednocześnie właściwości jezdne pojazdu. Ten zespół przekładni składa się z koła koronowego i zębatki zamontowanej na jarzmie z innymi kołami stożkowymi. Przekładnie te są również szeroko stosowane w ciężkim sprzęcie, agregatach pomocniczych oraz w przemyśle lotniczym. Poniżej wymieniono kilka typowych zastosowań hipoidalnych przekładni stożkowych.
W zastosowaniach motoryzacyjnych przekładnie hipoidalne są powszechnie stosowane w tylnych osiach, zwłaszcza w dużych ciężarówkach. Ich charakterystyczny kształt pozwala na głębsze osadzenie wału napędowego w pojeździe, co obniża środek ciężkości i minimalizuje zakłócenia w jego wnętrzu. Taka konstrukcja sprawia, że ​​przekładnia hipoidalna jest jedną z najwydajniejszych skrzyń biegów na rynku. Oprócz doskonałej sprawności, przekładnie hipoidalne są bardzo łatwe w utrzymaniu, ponieważ ich zazębienie opiera się na działaniu ślizgowym.
Koła zębate hipoidalne frezowane czołowo mają charakterystyczną epicykloidalną krzywą natarcia wzdłuż osi podłużnej. Najpopularniejszą metodą szlifowania kół zębatych hipoidalnych jest proces półwykańczający, w którym krzywa natarcia jest zastępowana łukiem kołowym za pomocą ściernicy w kształcie miseczki. Metoda ta ma jednak istotną wadę – powoduje nierównomierne usuwanie materiału. Ponadto ściernica nie jest w stanie wykończyć całej powierzchni zęba.
Przekładnia hipoidalna ma zalety w porównaniu ze stożkową przekładnią zębatą o zębach skośnych, takie jak wyższy współczynnik styku i wyższy moment obrotowy. Przekładnie te są stosowane głównie w samochodowych układach napędowych, gdzie przełożenie pojedynczej pary przekładni hipoidalnych jest najwyższe. Przekładnię hipoidalną można poddać obróbce cieplnej w celu zwiększenia trwałości i zmniejszenia tarcia, co czyni ją idealnym wyborem do zastosowań, w których prędkość i wydajność mają kluczowe znaczenie.
Tę samą technikę, która jest stosowana w przekładniach stożkowych o zębach spiralnych, można również zastosować w przekładniach stożkowych hipoidalnych. Ta technika obróbki obejmuje dwukrotną obróbkę zgrubną, a następnie jednokrotną obróbkę wykańczającą. Średnica podziałowa przekładni hipoidalnych wynosi do 2500 mm. Możliwe jest łączenie obróbki zgrubnej i wykańczającej przy użyciu tego samego frezu, jednak w przypadku przekładni hipoidalnych zaleca się obróbkę dwukrotną.
Zalety przekładni hipoidalnych w porównaniu ze spiralnymi przekładniami stożkowymi opierają się przede wszystkim na precyzji. Zastosowanie przekładni hipoidalnej z luzem wynoszącym zaledwie trzy minuty kątowe jest bardziej wydajne niż przekładnia stożkowa spiralna, która wymaga luzu wynoszącego sześć minut kątowych. To sprawia, że ​​przekładnie hipoidalne są bardziej opłacalnym wyborem na rynku sterowania ruchem. Niektórzy mogą jednak argumentować, że przekładnie hipoidalne nie są praktyczne w przypadku zespołów samochodowych.
Przekładnie hipoidalne mają unikalny kształt – stożek z zębami nierównoległymi. Ich powierzchnia podziałowa składa się z dwóch powierzchni – powierzchni stożkowej i liniowej powierzchni styku obrotowego. Stożek z wpisanym zębem jest powszechnym zamiennikiem liniowej powierzchni styku hipoidalnych przekładni stożkowych, a zamiast linii występują w nim styki punktowe. Opracowane na początku lat 20. XX wieku, przekładnie stożkowe hipoidalne są nadal stosowane w układach napędowych ciężarówek. Wraz ze wzrostem ich popularności, znajdują one coraz szersze zastosowanie również w przemyśle przenoszenia mocy i sterowania ruchem.

Przekładnie stożkowe proste spiralne

Istnieje wiele różnic między przekładniami stożkowymi o zębach spiralnych a tradycyjnymi, niespiralnymi. Przekładnie stożkowe o zębach spiralnych są zawsze walcowe i nigdy nie są sprzężone, co ogranicza rozkład naprężeń stykowych. Śrubowy kształt przekładni stożkowej, podobnie jak jej długość, jest również czynnikiem konstrukcyjnym. Kształt śrubowy ma jednak wiele zalet. Poniżej wymieniono kilka z nich.
Przekładnie stożkowe o zębach skośnych są zazwyczaj dostępne w skokach od 1,5 do 2500 mm. Charakteryzują się wysoką wydajnością i są dostępne w szerokim zakresie kombinacji zębów i modułów. Przekładnie stożkowe o zębach skośnych są niezwykle dokładne i trwałe, a ich cechą charakterystyczną jest niski kąt pochylenia linii śrubowej. Te właściwości sprawiają, że doskonale nadają się do zastosowań precyzyjnych. Jednak niektóre przekładnie nie nadają się do wszystkich zastosowań. Dlatego przed zakupem należy rozważyć rodzaj potrzebnej przekładni stożkowej.
W porównaniu z kołami zębatymi śrubowymi, koła zębate stożkowe o zębach prostych są łatwiejsze w produkcji. Najwcześniejszą metodą produkcji tych kół zębatych było użycie strugarki z głowicą indeksującą. Jednak wraz z rozwojem nowoczesnych procesów produkcyjnych, takich jak systemy Revacycle i Coniflex, producenci byli w stanie produkować te koła zębate bardziej efektywnie. Niektóre z tych kół zębatych są stosowane w nakręcanych budzikach, pralkach i śrubokrętach. Są one jednak szczególnie hałaśliwe i nie nadają się do użytku w samochodach.
Przekładnia stożkowa o zębach prostych jest najpopularniejszym rodzajem przekładni stożkowej, natomiast przekładnia stożkowa o zębach spiralnych ma zęby wklęsłe. Ta zakrzywiona konstrukcja generuje większy moment obrotowy i siłę osiową niż przekładnia stożkowa o zębach prostych. Zęby proste mogą zwiększać ryzyko uszkodzenia i przegrzania sprzętu oraz są bardziej podatne na uszkodzenia. Przekładnie stożkowe o zębach spiralnych są również trwalsze i trwalsze niż przekładnie śrubowe.
Przekładnie stożkowe spiralne i hipoidalne są stosowane w zastosowaniach o wysokich prędkościach obwodowych i wymagających bardzo niskiego tarcia. Zalecane są do zastosowań, w których poziom hałasu ma kluczowe znaczenie. Przekładnie hipoidalne nadają się do zastosowań, w których mogą przenosić wysoki moment obrotowy, chociaż konstrukcja śrubowo-spiralna jest mniej skuteczna w hamowaniu. Z tego powodu przekładnie stożkowe spiralne i hipoidalne są zazwyczaj droższe. Planując zakup nowej przekładni, ważne jest, aby wiedzieć, która będzie odpowiednia do danego zastosowania.
Przekładnie stożkowe o zębach spiralnych są droższe niż standardowe, a ich konstrukcja jest bardziej złożona. Mają jednak tę zaletę, że są prostsze w produkcji i mniej podatne na nadmierny hałas i wibracje. Mają też mniej zębów do szlifowania, co oznacza, że ​​są cichsze niż przekładnie stożkowe o zębach spiralnych. Główną zaletą tej konstrukcji jest prostota, ponieważ można je produkować parami, co oszczędza czas i pieniądze.
W większości zastosowań koła zębate stożkowe o zębach spiralnych mają przewagę nad swoimi prostymi odpowiednikami. Zapewniają bardziej równomierne rozłożenie obciążeń zębów i przenoszą większe obciążenia bez zmęczenia powierzchniowego. Kąt pochylenia linii śrubowej zębów wpływa również na obciążenie osiowe. Możliwe jest wykonanie koła zębatego stożkowego o zębach spiralnych o dwóch osiach śrubowych, ale różnica polega na sile nacisku przyłożonej do każdego zęba. Oprócz większej wytrzymałości, kąt pochylenia linii śrubowej zapewnia taką samą sprawność jak koło zębate stożkowe o zębach prostych.

Przekładnie hipoidalne

Przekładnie hipoidalne znajdują zastosowanie przede wszystkim w przemyśle motoryzacyjnym. Zazwyczaj montuje się je w tylnych osiach samochodów osobowych. Nazwa pochodzi od lewego kąta pochylenia zębatki i prawego kąta pochylenia korony koła. Przekładnie hipoidalne charakteryzują się również przesuniętym środkiem ciężkości, co pozwala na zmniejszenie przestrzeni w kabinie samochodu. Przekładnie hipoidalne są również stosowane w samochodach ciężarowych i autobusach, gdzie mogą poprawić efektywność paliwową.
Przekładnie stożkowe hipoidalne i spiralne mogą być wytwarzane metodą frezowania czołowego, co pozwala na uzyskanie precyzyjnych i gładkich powierzchni. Proces ten umożliwia uzyskanie precyzyjnych powierzchni bocznych i wstępnie zaprojektowanych topografii odłączania. Procesy te zwiększają również wytrzymałość mechaniczną kół zębatych od 15 do 20%. Dodatkowo, mogą one redukować hałas i poprawiać sprawność mechaniczną. W zastosowaniach komercyjnych przekładnie hipoidalne idealnie sprawdzają się w zapewnianiu cichej pracy.
Konstrukcja sprzężona umożliwia produkcję przekładni hipoidalnych z promieniem walcowania wzdłużnym lub profilowym. Jej charakterystyka sprawia, że ​​przekładnia jest niewrażliwa na niedokładności w obudowie przekładni i ugięcia pod wpływem obciążenia. Ponadto promienie walcowania pozwalają producentowi na regulację przemieszczeń roboczych w celu uzyskania pożądanych rezultatów. Te zalety sprawiają, że przekładnie hipoidalne są pożądanym rozwiązaniem w wielu gałęziach przemysłu. Jakie są zatem zalety przekładni hipoidalnych w przekładniach spiralnych?
Konstrukcja przekładni hipoidalnej jest podobna do konwencjonalnej przekładni stożkowej. Jej powierzchnie podziałowe są hiperboliczne, a nie stożkowe, a zęby mają kształt śrubowy. Taka konfiguracja pozwala również na zastosowanie większego zębnika niż w równoważnym zębniku stożkowym. Ogólna konstrukcja przekładni hipoidalnej pozwala na zastosowanie wałów o dużej średnicy i dużego zębnika. Można ją uznać za połączenie przekładni stożkowej i przekładni ślimakowej.
W pojazdach osobowych przekładnie hipoidalne są niemal uniwersalne. Ich płynniejsza praca, zwiększona wytrzymałość zębatki i mniejsza masa sprawiają, że są pożądanym wyborem w wielu zastosowaniach. Niższe nadwozie pojazdu również obniża jego wysokość. Te zalety skłoniły wszystkich głównych producentów samochodów do przejścia na hipoidalne osie napędowe. Warto zauważyć, że są one mniej wydajne niż ich odpowiedniki z przekładniami stożkowymi.
Najbardziej podstawową cechą konstrukcyjną przekładni hipoidalnej jest to, że zapewnia ona styk liniowy w całym obszarze zazębienia. Innymi słowy, jeśli zębnik i koło koronowe obracają się z przyrostem kątowym, styk liniowy jest utrzymywany w całym obszarze zazębienia. Uzyskane przełożenie jest równe przyrostom kątowym zębnika i koła koronowego. Dlatego przekładnie hipoidalne są również nazywane przekładniami śrubowymi.

redaktor przez CX 2023-05-10