Как да изберете правилната червячна предавка — Ръководство за спецификации със 7 параметъра

Защо двупараметровият избор винаги завършва с модернизация

Инженер по поддръжката в корейско предприятие за опаковане на храни трябваше да смени повреден комплект червячна предавка на индексно задвижване на конвейер. Той измери външния диаметър на колелото и диаметъра на отвора, поръча съответстваща част от каталога на доставчика и я монтира. Подмяната продължи три дни, преди да се блокира. Проблемът: той съвпадна с два видими размера, но пропусна модула - резервното колело имаше различна стъпка от оригиналния червячен вал, който все още беше монтиран в машината. Зъбите се зацепваха приблизително на правилното централно разстояние, но с грешен профил на зъба, което генерираше силно износване още от първото завъртане.

Несъответствието на модулите доведе до три дни престой в производството плюс разходите за втора подмяна. Първоначалният избор би отнел десет минути с пълно измерване. Това ръководство предоставя пълната рамка за измерване и спецификация, така че подобна подмяна при второ пътуване никога да не се случва. Червячни зъбни колела Ever-Power от Корея са налични в целия диапазон от параметри, описан по-долу — с потвърждение на размерите от чертежи или физически мостри преди началото на производството.

Седемте параметъра, които напълно определят спецификацията на червячна предавка

Всяко решение за избор на червячна предавка се свежда до седем параметъра. Първите четири са механични изисквания, произтичащи от приложението. Последните три са спецификации за материалите и производството, които определят експлоатационния живот и съвместимостта с работната среда. И седемте трябва да бъдат потвърдени преди поръчка, а не след монтажа, който разкрива предположенията.

P1 — Модул: Единственият параметър, който не можете да познаете

Модулът е съотношението на диаметъра на стъпката към броя на зъбите. Той определя физическия размер на зъбите - тяхната височина, ширина и разстояние между тях. Зъб с модул 2 е точно два пъти по-голям от физическия размер на зъб с модул 1 във всички линейни измерения. Два компонента на червячна предавка ще се зацепят правилно само ако споделят един и същ модул - няма регулиране, подложки или повторно шлифоване, което да коригира несъответствието на модулите впоследствие.

За известен компонент може да се измери модулът. Най-надеждният метод за червячното колело е: измерете външния диаметър (OD) и броя на зъбите (z2), след което изчислете, като използвате формулата за приблизителната връзка: OD ≈ m × (z2 + 2). Пренареждане: m ≈ OD ÷ (z2 + 2). За червячния вал измерете аксиалната стъпка (разстоянието от единия ръб на резбата до следващия, успоредно на оста на вала) и разделете на π: m = аксиална стъпка ÷ π.

Стандартните метрични модули следват нормализираните серии: 1.0, 1.25, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 8.0, 10.0, 12.0. Ако изчислението ви даде стойност като 2.03 или 1.97, закръглете до най-близката стандартна стойност (2.0) - малкото отклонение е от неопределеност на измерването, а не от нестандартен дизайн. Ако резултатът е по средата между две стандартни стойности (напр. 1.75), компонентът може да е нестандартен или стандартен модул по AGMA - свържете се с доставчика на оригиналното оборудване или ни изпратете мостра за измерване със CMM, за да потвърдим.

P2 — Предавателно число: Изчисляване на изискванията за скорост на приложението

Предавателно отношение = входни обороти в минута ÷ изходни обороти в минута = брой зъби на червячното колело ÷ брой пускания на червяка. Когато избирате за ново приложение, работете в обратна посока от необходимата изходна скорост. Необходимо съотношение = обороти в минута от табелката на двигателя ÷ необходими изходни обороти в минута. Закръглете резултата до стандартно съотношение, постижимо с целочислен брой зъби - например, ако изчислението дава 43,6:1, посочете 44:1 (z1=1, z2=44), вместо да се опитвате да постигнете точно 43,6:1 с нецелочислен брой зъби.

За подмяна на повреден компонент, когато оригиналният чертеж не е наличен: пребройте директно зъбите на колелото (z2), определете броя на началните точки на червяка чрез проверка на челната повърхност (пребройте отделните точки на начало на резбата) и изчислете i = z2 ÷ z1. Преди да поръчате, проверете дали това съответства на наблюдаваната връзка между скоростта и машината — измерете оборотите на двигателя и действителните обороти на изхода, ако е възможно, като проверка за съобразност с изчислението на броя на зъбите.

P3 — Въртящ момент и скорост: Потвърждаване, че модулът може да носи товара

Изборът на модул за ново приложение започва с изискването за изходен въртящ момент. По-големият модул означава по-големи зъби с по-голяма товароносимост, но също така физически по-голям и по-скъп зъбен комплект. Минималният модул за даден въртящ момент може да се оцени от допустимото контактно напрежение на материала на колелото.

Практическо правило за работа с червячни колела от калаен бронз срещу червяци от закалена стомана при непрекъсната промишлена експлоатация: допустим изходен въртящ момент ≈ 6,5 × m³ × z2^0,5 (в Nm, където m е в mm). Това е опростена оценка за предварително оразмеряване — действителното изчисление трябва да използва пълната формула за контактно напрежение на Hertz със специфичния диаметър на стъпката, ъгъла на водещия елемент и работния цикъл. Използвайте тази оценка, за да потвърдите дали модулът изглежда адекватен; проверете с правилно изчисление или ни изпратете вашите изисквания за въртящ момент и скорост за потвърждение на оразмеряването.

За подмяна на повреден компонент: съществуващият модул в машината вероятно е бил оразмерен за натоварването на приложението, когато е бил първоначално проектиран. Ако повреди се появяват многократно в оригиналния модул, основната причина е по-вероятно проблем с материала, смазването или обработката на повърхността, отколкото с модул с недостатъчен размер. Преминаването към по-голям модул, без да се разбира режимът на повреда, е скъпо и често не решава проблема.

P4 — Конфигурация на отвора: Параметърът, който най-често се задава неправилно

Конфигурацията на отвора има три независими спецификации, които трябва да бъдат правилни: диаметърът на отвора, допустимото отклонение на сглобяване и конфигурацията на шпонковия канал или фиксиращия винт. Грешното отчитане само на една от тези спецификации води до проблеми при сглобяването.

Диаметърът на отвора трябва да съответства на диаметъра на изходния вал. Измерете вала с микрометър — не с шублер, който е достатъчно точен за визуална идентификация, но не и за определяне на пресова сглобка. Посочете с точност до 0,01 мм. Вал с размери 24,97 мм трябва да се посочи като вал 25 мм, а не като вал 24,97 мм — отворът ще бъде обработен с толеранс H7 за номинален диаметър 25 мм, което е от 25,000 до 25,021 мм. Това дава хлабина от 0,030–0,051 мм на вашия вал 24,97 мм — сигурно плъзгащо се сглобяване.

Толерансът на сглобяване определя дали колелото е плъзгащо сглобяване (сглобяване с хлабина, H7/h6 или H7/g6 — за валове, използващи фиксиращ винт или шпонка за предаване на въртящ момент) или пресово сглобяване (сглобяване с претягане, H7/p6 или H7/r6 — за директен монтаж чрез пресоване без шпонка). Повечето индустриални приложения на червячни колела използват отвор H7 с шпонков канал и шпонка за предаване на въртящ момент. Задаването на H7 без шпонков канал и след това разчитане на триенето от фиксиращ винт е подходящо само за лекотоварни приложения, където изходният въртящ момент е под приблизително 20% от номиналния въртящ момент на колелото.

Размерите на шпонковия канал следват стандарта DIN 6885 за метрични приложения. Ширината и дълбочината на шпонковия канал се определят от диаметъра на вала — вал с диаметър 25 мм използва шпонков канал с ширина 8 мм × дълбочина 7 мм във вала и съответстващ шпонков канал с ширина 8 мм × дълбочина 3,3 мм в отвора. Посочете „DIN 6885“ при поръчка, за да сте сигурни, че шпонковият канал съответства на стандартните размери на шпонката за диаметъра на вашия вал, или посочете изрично действителната ширина и дълбочина на шпонковия канал.

P5 — Избор на материал: Съответствие на материала с работната среда

Изборът на материал за червячния вал и колело се определя от три независими фактора, които трябва да бъдат изпълнени: товароносимост (която определя минималното изискване за твърдост), работна среда (която определя изискванията за устойчивост на корозия) и трибологична съвместимост (която определя правилното сдвояване между двата компонента). Изборът на един фактор, без да се вземат предвид другите, е най-често срещаната грешка при спецификацията на материала.

P6 — Клас на прецизност: Каква точност всъщност ви е необходима?

Класът на прецизност е един от най-надценените и недооценени параметри при снабдяването с червячни зъбни колела, често едновременно. Инженерите, запознати с CNC машини, понякога посочват DIN5 за бавен селскостопански конвейер, където DIN9 е напълно адекватен и струва по-малко. Инженерите, доставящи части за прецизни въртящи се маси, понякога приемат каквото е показано в каталога, без да питат за DIN класа - след което се чудят защо ъгловата точност е по-лоша от очакваната.

Класът DIN за червячна предавка контролира три геометрични допустими отклонения: грешка на единична стъпка (вариация в разстоянието между зъбите), обща грешка на стъпката (отклонение на който и да е зъб от теоретичното перфектно положение по цялата обиколка) и отклонение на профила на зъба (колко точно действителният ръб на зъба съвпада с теоретичната еволвента). DIN5 е най-плътният; DIN9 е най-хлабавият. Всяко увеличение на числото приблизително удвоява допустимата грешка.

P7 — Изискване за самозаключване: Параметърът, който влияе върху избора на брой стартирания

Самоблокирането е необходимо, когато задвижваният товар трябва да остане неподвижен, когато двигателят е изключен — без отделна механична спирачка или ток на задържане на двигателя. Условието на самоблокиране зависи от това ъгълът на червяка да е по-малък от ефективния ъгъл на триене в зацепването, което от своя страна зависи от вискозитета на смазката и работната температура.

За приложения, които изискват надеждно самозаключване, посочете z1 = 1 (едноходов червяк) и съотношение поне 20:1. Тази комбинация води до ъгли на водещост от 2–4 градуса за стандартни диаметри на цилиндрите със стандартна стъпка — доста под ефективния ъгъл на триене от 3–6 градуса за закалена стомана, смазана с масло, спрямо калаен бронз. За приложения, критични за безопасността (телфери, медицинско позициониране, слънчеви тракери, където натоварването от вятър трябва да се поддържа без захранване на двигателя), допълнително проверете границата на самозаключване при максималната работна температура с посочения лубрикант — не при околни лабораторни условия с номинален коефициент на триене.

Когато не се изисква самоблокиране — или е активно нежелателно, тъй като е необходимо регенеративно спиране през скоростната кутия за възстановяване на енергията от забавяне — посочете z1 = 2 или z1 = 3 (многоходов червяк). По-големият ъгъл на водеща част на многоходовия червяк елиминира самоблокирането, като същевременно подобрява ефективността. Бъдете изрично посочени относно това изискване в спецификацията на поръчката, така че ъгълът на водеща част да бъде проектиран по подходящ начин от самото начало.

Нашето производствено съоръжение

Пълен контролен списък за избор — какво да потвърдите преди поръчка

Този контролен списък обхваща всичките седем параметъра. Разпечатайте го, попълнете го и проверете дали всеки ред има потвърдена стойност, преди да изпратите поръчка. Оставянето на който и да е ред празен означава гадаене – а гадаенето струва повече от времето, необходимо за попълване на контролния списък.

Кога да добавите дуплексен червей към вашата спецификация

Стандартният комплект червячна предавка има фиксирана дебелина на зъбите и на двете страни на резбата. Единственият начин за контролиране на хлабината е чрез разстоянието между центровете при монтажа. С износването на зъбите на колелото с годините на експлоатация, хлабината се увеличава и не може да бъде отстранена без подмяна както на червяка, така и на колелото.

А дуплексна червячна предавка има различни стойности на стъпката на левия и десния страни на резбата, което води до непрекъснато увеличаване на дебелината на зъба по оста на червяка. Аксиалното изместване на червяка възстановява първоначалния хлабинен ход, като привежда по-дебела секция в контакт с колелото - без да се променя геометрията на контакта или товароносимостта. Тази характеристика си струва да се уточни, когато е налице някое от следните условия:

◆ Приложението има спецификация за ъглова точност (градуси или дъгови минути) и се очаква да поддържа тази точност за срок на експлоатация, надвишаващ 3 години

◆ Приложението извършва хиляди ежедневни обръщания на посоката (слънчеви тракери, прецизни позициониращи етапи)

◆ Подмяната на зъбни колела вътре в корпуса на машината е скъпа, отнема време или изисква продължителен престой в производството

◆ Посочен е 25-годишен експлоатационен живот на проекта и не се допускат непланирани събития за поддръжка на задвижването (инсталации на соларни панели за комунални услуги)

За затворени задвижващи агрегати, компактни червячни редуктори Интегриращ дуплексен червячен вал с корпус с регулируем хлабинен ход се предлагат заедно с компоненти за дуплексна червячна предавка без зацепване.

Често задавани въпроси