Cremagliere elicoidali o diritte: la forza assiale per la quale nessuno prevede un budget

Cremagliera elicoidale, angolo dell'elica 19°31'42".

Parola chiave target:cremagliera elicoidale vs cremagliera diritta

Secondario:spinta assiale della cremagliera elicoidale, rumore del pignone e della cremagliera, angolo dell'elica di 19 gradi 31'42"

Meta descrizione:Quando le cremagliere elicoidali battono le cremagliere diritte, le soglie di velocità che le giustificano e la forza di spinta assiale generano - circa 0,355 × forza tangenziale all'angolo dell'elica standard.

Un cliente una volta chiamò per un portale a pignone e cremagliera che continuava a distruggere i cuscinetti dell'albero del pignone. Quattro mesi, tre set di cuscinetti. Il rack andava bene. Il pignone andava bene. Il cambio era buono.

Avevano specificato ingranaggi elicoidali per il vantaggio in termini di rumore e dimensionato i cuscinetti solo per il carico radiale.

All'angolo dell'elica standard, una cremagliera elicoidale spinge lateralmente sull'albero del pignone con circa il 35% della forza motrice. Su una trasmissione da 10 kN, ovvero 3,5 kN di spinta assiale, i cuscinetti non sono mai stati dimensionati. Si tratta della svista più comune con le cremagliere elicoidali ed è del tutto prevedibile.

Ecco il confronto completo, incluso quel numero.

L'angolo dell'elica non è arbitrario

In tutto il settore, un angolo dell’elica domina la produzione degli scaffali:19 gradi 31' 42".

Convertito: 19 + 31/60 + 42/3600 =19,52833 gradi. L'intervallo generico dei libri di testo per gli ingranaggi elicoidali va da 15 gradi a 25 gradi, ma la produzione di cremagliere è convergente su questo valore, motivo per cui cremagliere e pignoni di diverse fonti spesso si ingranano. C'è una ragione per questa cifra stranamente specifica: a questo angolo dell'elica il modulo si converte in un passo circolare con numeri interi, quindi le lunghezze dei rack vengono indicate in numeri tondi.

Spesso - non sempre. Ne parleremo più avanti.

Ciò che l'elicoidale ti compra davvero

Vengono costantemente citati quattro vantaggi rispetto ai rack dritti:

Figura 1. Spinta assiale generata da una cremagliera elicoidale con un angolo dell'elica standard di 19°31'42".

Funzionamento più silenzioso, soprattutto alle alte velocità

Rapporto di contatto più elevato - più denti effettivamente impegnati - che aumenta la capacità di carico

Lunghezze in numeri tondi: 500,0 mm e 1.000,0 mm, rispetto alle lunghezze diritte delle cremagliere che sono sempre multipli di π, ad esempio . 502.65 mm e 1.005,31 mm

"Nella maggior parte dei casi costano come le cremagliere dritte!"

In parole povere: le cremagliere elicoidali sono più resistenti e silenziose delle cremagliere diritte della stessa dimensione, ma producono forze di spinta e devono essere prese misure per contrastarle.

Il terzo punto sembra banale e non lo è. Una cremagliera diritta con modulo 4 ha un passo dei denti di π × 4=12.566 mm, quindi un numero intero di denti dà 502,65 mm o 1005,31 mm - mai una cifra tonda. Le cremagliere elicoidali vengono tagliate in modo che le lunghezze risultino esattamente di 500 o 1000 mm. Quando si posizionano le scaffalature uno dopo l'altro lungo il basamento della macchina dimensionato in numeri tondi, questa differenza evita veri problemi di progettazione e assemblaggio.

Il motivo per cui la capacità di carico è maggiore dipende da come procede il contatto. Su una cremagliera diritta, ciascun dente si innesta contemporaneamente su tutta la larghezza della faccia, quindi si disinnesta. Il trasferimento del carico è brusco. Su una cremagliera elicoidale la linea di contatto si estende diagonalmente lungo il fianco, quindi l'innesto è graduale e più di un dente trasporta sempre il carico. Sia la riduzione del rumore che l'aumento della capacità provengono dalla stessa geometria.

Avvertenza onesta: nessuna delle fonti dei produttori che abbiamo controllato ha pubblicato un valore numerico del rapporto di contatto, un aumento percentuale della capacità di carico o una riduzione del rumore in dB per i rack elicoidali rispetto a quelli diritti. I benefici sono costantemente rivendicati e fisicamente validi, ma i numeri specifici non sono pubblicati e non li inventeremo.

La forza di spinta assiale

I denti angolati spingono lateralmente il pignone. La relazione standard:

Fa=Ft · abbronzatura

Dove Fa è la spinta assiale, Ft è la forza motrice tangenziale ed è l'angolo dell'elica.

A=19.52833 gradi, abbronzatura =0.35468.

Quindi Fa ≈ 0,355 × Ft.

Una forza motrice di 20 kN genera circa 7,1 kN di spinta assiale sull'albero del pignone, in modo continuo, in una direzione che si inverte quando l'asse si inverte.

Il contrasto con gli ingranaggi diritti è assoluto: un angolo dell'elica maggiore produce una forza assiale maggiore, mentre sui denti cilindrici non agisce alcuna forza assiale.

Questo è l'unico vero inconveniente degli ingranaggi elicoidali: l'angolo dell'elica produce una forza laterale che si adatta direttamente alla forza motrice tangenziale.

La conseguenza è inevitabile: i cuscinetti dell'albero del pignone devono essere selezionati e dimensionati per gestire questo carico di spinta, il che aggiunge costi e complessità all'estremità di comando.

Tre implicazioni pratiche:

Selezione dei cuscinetti.I cuscinetti a sfere con gola profonda hanno una capacità assiale limitata. I cuscinetti a contatto angolare o una coppia di rulli conici gestiscono correttamente i carichi combinati. È qui che il portale del cliente ha sbagliato.

Potenza di uscita del riduttore.I riduttori epicicloidali per azionamenti a pignone e cremagliera pubblicano una forza assiale massima consentita sull'albero di uscita. Confrontalo con 0,355 × la tua forza di progetto. Superarlo danneggia il cuscinetto di uscita del cambio, non la cremagliera, e tale guasto è costoso.

Rigidità di montaggio.La spinta inverte la direzione ogni volta che l'asse si inverte. Un montaggio che si flette sotto l'inversione del carico assiale si manifesterà come errore di posizione ed eventualmente come sfregamento sulle interfacce.

Soglie di velocità

Le linee guida pubblicate si raggruppano in una fascia ristretta.

Cremagliere-a denti diritti in produzione

Lettura trasversale: al di sotto di 1 m/s, le cremagliere diritte sono l'impostazione predefinita sensata. Tra 1 e 2 m/s è un giudizio che - gli ambienti sensibili al rumore- spingono verso l'elicoidale. Superiore a 2 m/s, elicoidale.

Il rumore non è l’unico problema in velocità. L'innesto improvviso dei denti dritti genera un picco di carico dinamico ogni volta che una coppia di denti si incontra e il picco si ridimensiona con la velocità. Il rumore e l'usura accelerata dei denti sono due sintomi della stessa causa.

La regola dell'accoppiamento che sorprende le persone

Cremagliere elicoidali e pignoni elicoidali devono essere abbinati. Quando si ingrana una cremagliera elicoidale con un ingranaggio elicoidale, l'angolo dell'elica deve essere uguale in valore e opposto in direzione.

Mano opposta. Una cremagliera-destra utilizza un pignone-sinistra.

Le tabelle di accoppiamento pubblicate per le gamme di stock rack mostrano solo combinazioni di mani specifiche consentite, escludendo tutto il resto. Il contrasto è istruttivo: ad eccezione delle cremagliere elicoidali, le cremagliere di serie generalmente si accoppiano con qualsiasi ingranaggio cilindrico dello stesso modulo.

Questa eccezione è il punto. Le cremagliere diritte perdonano - qualsiasi pignone cilindrico del modulo destro si ingrana. Le cremagliere elicoidali richiedono un angolo corrispondente e una mano opposta e, se si uniscono le sezioni, "l'unione delle cremagliere per le cremagliere elicoidali deve avere la mano opposta rispetto alle cremagliere".

Da qui il consiglio pratico:

Per una trasmissione silenziosa, a basso-gioco e con una lunga durata, procurati il ​​pignone e la cremagliera da un unico fornitore. Le tolleranze contano enormemente con i denti elicoidali.

Insieme a un punto correlato che vale la pena ricordare: il gioco è prodotto dall'interazione di ogni componente della catena. Non ha senso abbinare un cambio a gioco molto-basso-con un pignone sovradimensionato o una cremagliera di qualità inferiore.

Che aspetto ha un vero rack elicoidale

Una gamma di produzione tipica prevede la classificazione del calcestruzzo - 1045 acciaio, angolo dell'elica 19 gradi 31'42", lunghezze 1000 mm:

Pignone abbinato fornito con la cremagliera per controllare la tolleranza dell'ingranamento

Stesso materiale, stessa durezza, stesso angolo d'elica. La differenza tra Q6 e Q10 risiede esclusivamente nel fatto se i denti sono stati rettificati dopo l'indurimento.

Note di installazione applicabili in entrambi i casi

Guida all'installazione standard:

"Una piccola quantità di gioco dovrebbe essere sempre presente sull'ingranamento della cremagliera e del pignone. Il livello del gioco dovrebbe essere impostato nel punto più alto della linea primitiva della cremagliera, che imposterà il valore minimo del gioco e impedirà qualsiasi inceppamento lungo l'intera lunghezza della corsa della cremagliera."

Controllare lo schema di contatto facendo azzurrare i denti del pignone e facendolo funzionare lentamente in entrambe le direzioni. "Lo schema di contatto ideale sarebbe centrato sulla linea di campo e esteso su tutta la larghezza della faccia."

In ambienti sporchi, montare "i denti rivolti verso il basso o schermati per prevenire la contaminazione".

Il funzionamento a secco è possibile ma "gli ingranaggi devono essere sovradimensionati per compensare la maggiore usura, ma la durata operativa non può essere garantita".

Sulle superfici di montaggio e di riferimento:

Fissare i rack con spine di centraggio; rastrelliera e base per trapano contemporaneamente.

"Le linee primitive delle cremagliere vengono controllate utilizzando la superficie inferiore come riferimento. Se si lavorano le superfici inferiori, la precisione delle cremagliere potrebbe risentirne."

"Per evitare problemi di precisione degli ingranaggi, non ridurre la larghezza della faccia."

Quest'ultimo si verifica quando qualcuno ha bisogno di inserire un rack in una tasca leggermente stretta e decide di sfiorare il lato. Non - la larghezza della faccia è la capacità di carico e le superfici di riferimento sono ciò da cui viene misurata la precisione.

Sintesi della decisione

Cremagliera dritta quando:velocità inferiore a 1 m/s, il rumore non è un problema, si desiderano disposizioni di cuscinetti semplici senza carico assiale o è necessario accoppiarsi con pignoni cilindrici esistenti.

Cremagliera elicoidale quando:velocità superiore a 2 m/s, il rumore è importante, hai bisogno della massima capacità da una determinata dimensione del rack o vuoi un numero arrotondato di-lunghezze per l'integrazione del letto -Ei cuscinetti e il cambio possono sopportare una spinta di 0,355 × Ft.

Domande frequenti

Quanta forza assiale genererà la mia cremagliera elicoidale?

Circa 0,355 × forza tangenziale all'angolo dell'elica standard di 19 gradi 31'42", da Fa=Ft · tan. Confrontarlo con il valore assiale dell'albero di uscita del cambio e la capacità del cuscinetto del pignone.

Posso utilizzare un pignone dritto su una cremagliera elicoidale?

No. Gli angoli dell'elica devono corrispondere in valore ed essere opposti nella mano. L'elicoidale-dritta- fornisce contatto sui bordi e cedimento rapido.

Le cremagliere elicoidali sono più costose?

Nella maggior parte dei casi il rack stesso costa lo stesso. Il costo aggiuntivo è dovuto ai cuscinetti e al cambio che devono assorbire la spinta.

Perché le lunghezze delle cremagliere elicoidali sono numeri tondi, mentre le lunghezze delle cremagliere diritte no?

La lunghezza della cremagliera diritta è un numero intero di denti per π × modulo, quindi raggiunge valori come 1005,31 mm. Le cremagliere elicoidali sono prodotte con lunghezze esatte di 500 o 1000 mm.

Gli ingranaggi elicoidali riducono il gioco?

Non intrinsecamente, ma il gioco effettivo sotto carico può essere inferiore perché più denti condividono il contatto. Il gioco effettivo dipende ancora dall'interasse e dall'allineamento di montaggio.

Tianjin OuNaiDa Transmissions Technology fornisce cremagliere diritte ed elicoidali con pignoni abbinati, tagliati o rettificati dopo la tempra. L'acquisto di cremagliera e pignone da un unico fornitore evita l'accumulo di tolleranze-che causa la maggior parte dei problemi di maglia elicoidale. - inviateci velocità, carico e orientamento e citeremo un set abbinato.