Двухвальный червячный редуктор | Двухходовой, плавно регулируемый люфт

Обзор продукта

В любой стандартной червячной передаче по мере износа зубьев накапливается люфт. Изношенный металл исчезает — межосевое расстояние уменьшить невозможно, и единственный способ закрыть зазор между боковой поверхностью резьбы червяка и поверхностью зуба колеса в стандартной передаче — это заменить и червяк, и колесо. Это дорого и занимает много времени, но для большинства промышленных приводов это приемлемо, поскольку величина люфта не критична. В приводах для точного позиционирования — поворотных столах ЧПУ, системах подачи фрезерных станков, осях измерительных машин — даже 0,05 мм углового люфта слишком велики. Люфт в 0,05 мм на делительной окружности червячного колеса диаметром 100 мм соответствует примерно 3,4 угловым минутам погрешности позиционирования, чего достаточно, чтобы вызвать видимые неровности поверхности обрабатываемой детали. Компания Korea Ever-Power Worm Gear Co., Ltd производит дуплексные червячные передачи — также называемые двухходовыми червячными передачами — которые решают эту проблему за счет непрерывного изменения толщины зубьев червяка по всей его длине, так что осевое смещение червяка восстанавливает исходный люфт без замены каких-либо компонентов. дуплексная червячная передача Этот комплект является оптимальным решением в тех случаях, когда необходимо поддерживать точность двунаправленного позиционирования на протяжении всего срока службы привода.

Как работает принцип двойного вывода — инженерный механизм

Двухрядный червяк изготавливается с немного разными значениями шага на левой и правой сторонах каждой резьбы. Разница невелика, но точно контролируется — обычно это несколько десятых миллиметра разницы в осевом шаге между двумя сторонами. Следствием этой разницы является то, что толщина зуба — измеренная на делительном цилиндре — непрерывно увеличивается от одного конца червяка к другому. На тонком конце резьба червяка свободно входит в зазор между зубьями колеса с измеримым люфтом. На толстом конце резьба червяка входит плотно с почти нулевым люфтом. Зазор между последовательными витками резьбы (ширина зазора между зубьями) соответственно уменьшается — резьба и зазор являются взаимодополняющими.

Регулировка люфта осуществляется путем осевого смещения червяка таким образом, чтобы участок червяка с необходимой толщиной зуба соприкасался с колесом, обеспечивая желаемый люфт (рис. 1). Таким образом, люфт можно отрегулировать до любого желаемого значения при установке шестерни. Даже сильно изношенные шестерни можно деликатно и непрерывно регулировать без изменения геометрии контакта зубьев или создания помех при зацеплении — это ключевое преимущество по сравнению с любыми альтернативными методами контроля люфта.

На червячном колесе различные модули на каждой боковой поверхности создают разные коэффициенты модификации вершин зубьев и разные диаметры окружности качения на передней и задней сторонах каждого зуба колеса. Из-за этой асимметрии профили зубьев различаются спереди и сзади. Однако — и это крайне важно для понимания того, почему работает дуплексная система — толщина каждого зуба колеса и зазоры между зубьями остаются постоянными по всей окружности колеса. Это означает, что червяк может смещаться в любое осевое положение, и геометрия зуба колеса всегда правильно соответствует червяку в этом положении. Нет «предпочтительного» осевого положения с лучшим контактом, чем другие — качество контакта поддерживается равномерно по всему диапазону регулировки.

Четыре альтернативных метода регулировки люфта — почему каждый из них неэффективен.

До широкого распространения дуплексных червячных передач инженеры использовали четыре других метода для контроля люфта в червячных передачах. Понимание недостатков каждого из этих альтернатив объясняет, почему дуплексные передачи являются лучшим решением для задач точного позиционирования.

Все четыре метода имеют одну и ту же основную проблему, описанную в технической литературе: Регулировки и перенастройки нарушают геометрически точное зацепление. Они смещают зону контактного профиля и изменяют её форму и размер. В результате снижается несущая способность и ухудшается эффективность. Каждая регулировка вызывает значительный износ при запуске. Риск неправильной сборки и разрушения червячной передачи значителен.

Двухрядные червячные передачи не создают ни одной из этих проблем. Они всегда обеспечивают геометрически точный контакт зубьев и очень деликатную регулировку люфта. Площадь контакта, несущая способность и фактическая эффективность не изменяются при регулировке. Кроме того, поскольку двухрядные зубья выполнены в виде эвольвенты, они нечувствительны к изменениям межосевого расстояния — например, вызванным деформацией вала червяка под нагрузкой, — что является дополнительным преимуществом в плане надежности в высокоточных приводах с большими нагрузками.

Двухрядная конструкция против альтернативных вариантов — что меняется после регулировки люфта?

Это сравнение является ключевым инженерным аргументом в пользу указания дуплексной связи в прецизионных приводах. Столбец «после регулировки» отражает то, что фактически происходит с приводом после каждой корректировки люфта — информация, определяющая, будет ли привод сохранять заявленную точность позиционирования при многократных регулировках в течение срока службы.

Важнейшая инструкция по сборке — обязательно прочтите перед установкой.

Двухрядные червячные передачи отличаются модулем между правой и левой поверхностями зубьев. Эта асимметрия означает, что комплект имеет определенную правильную ориентацию — и только одну правильную ориентацию. Установка червяка в неправильном направлении приводит к тому, что межосевое расстояние оказывается больше номинального, что затрудняет сборку и приводит к неправильному зацеплению зубьев, которое невозможно исправить осевой регулировкой. Перед сборкой проверьте оба аспекта, описанные ниже.

1. Проверка ориентации узла

На червячном колесе и червячном механизме нанесена стрелка, указывающая на правильную ориентацию сборки. При сборке расположите червячное колесо так, чтобы стрелка на нем была направлена ​​вперед (к вам). Ориентируйте червяк так, чтобы направление стрелки на нем совпадало с направлением стрелки на колесе — обе стрелки должны указывать в одном направлении. В случае неправильной сборки межосевое расстояние «а» превысит номинальное расчетное значение, что затруднит завершение сборки и, при необходимости, приведет к неправильному зацеплению зубьев, вызывая чрезмерный шум, вибрацию и ускоренный износ зубьев с первого оборота.

2. Проверка исходного положения для обеспечения нулевого люфта.

V-образная канавка (60°, глубиной 0,3 мм), выточенная на периферии кончика одного из зубьев двухрядного червяка, служит эталонным зубом. Этот эталонный зуб находится в осевом положении, обеспечивающем практически нулевой люфт (±0,045 мм) при совмещении с центром вращения червячного колеса, при этом межосевое расстояние установлено на номинальное расчетное значение «а». Процедура установки нулевого люфта следующая: (1) установить межосевое расстояние корпуса на номинальное значение «а»; (2) вращать червяк до тех пор, пока эталонный зуб с V-образной канавкой не совпадет с осью вращения колеса; (3) зафиксировать корпус червяка или подшипник в этом положении. Для применений, требующих небольшого положительного люфта (для компенсации теплового расширения или предотвращения заклинивания зубьев под нагрузкой), перед фиксацией сместить червяк в осевом направлении к тонкому концу на рассчитанную величину.

⚑ Примечание по обслуживанию: По мере износа зубчатой ​​передачи в процессе эксплуатации и увеличения люфта, сместите червяк аксиально в сторону утолщенного конца на необходимую величину (рассчитываемую на основе спецификации разницы шага, прилагаемой к каждому комплекту). Эта регулировка восстанавливает исходный, почти нулевой люфт без разборки редуктора — в большинстве конструкций осевое положение вала червяка регулируется с помощью резьбовой торцевой крышки или пакета прокладок. После каждой регулировки необходимо повторно откалибровать измерительный прибор для люфта, чтобы подтвердить восстановленное значение, прежде чем возвращать машину в эксплуатацию.

Области применения — где контроль люфта имеет критически важное значение для безопасности или ограничивает точность.

Двухрядные червячные передачи используются везде, где люфт нежелателен или может быть опасен: для обеспечения многократного высокоточного позиционирования в обоих направлениях, для предотвращения повреждений от импульсных нагрузок при чередовании контактных поверхностей, а также в приводах, где ошибка позиционирования накапливается со временем. Типичные области применения включают поворотные и наклонные столы, фрезерные станки и прессы. Следующие примеры дают инженерное представление о требованиях к люфту для каждого конкретного применения.

• ▶Поворотные столы с ЧПУ по 4-й и 5-й осям — Точность углового позиционирования поворотного стола обрабатывающего центра напрямую определяет точность размеров обрабатываемых элементов на заготовке. Люфт 0,1 мм при радиусе шага 150 мм соответствует погрешности позиционирования в 2,3 угловых минуты, что приводит к появлению видимого выступа на обработанной поверхности при изменении направления вращения стола для чистовой обработки. Двухрядный червячный привод, отрегулированный на люфт ±0,045 мм на окружности шага червячного колеса, соответствует приблизительно 0,2–0,5 угловых минуты погрешности позиционирования — ниже порога видимых дефектов заготовки при стандартных скоростях подачи.
• ▶Прецизионная подача стола фрезерного станка — В станках с фрезерным станком для подачи стола используются червячные передачи для конечного уменьшения поперечной и продольной подачи. Люфт в подаче стола проявляется в виде «задержки» при изменении направления подачи — стол не перемещается на расстояние, равное люфту, а затем внезапно догоняет его. Это приводит к образованию плоского участка или ступеньки на обрабатываемом профиле при каждом изменении направления подачи. Двухполюсные червячные передачи обеспечивают стабильное движение подачи в обоих направлениях, позволяя выполнять двунаправленную контурную обработку без корректирующих смещений при изменении направления подачи, которые необходимы для компенсации люфта в стандартных червячных передачах.
• ▶Механические прессы и формовочное оборудование — Приводы положения ползуна на прецизионных штамповочных и формовочных прессах должны возвращать ползун в точно заданное положение (обычно с погрешностью ±0,02 мм) при каждом ходе, чтобы поддерживать постоянную геометрию детали на протяжении всего производственного цикла. Люфт в приводе приводит к неопределенности положения ползуна в момент реверсирования — ползун может остановиться в любом положении в пределах диапазона люфта. В течение производственного цикла, включающего тысячи ходов, это приводит к изменению размеров, что ухудшает качество детали и может привести к повреждению инструмента, если ползун соприкасается с штамповочным комплектом под углом.
• ▶Приводы азимута/угла места телескопа и антенны — Астрономические телескопы и антенны связи должны непрерывно отслеживать положение цели, чередуя фазы ускорения и замедления. Люфт вызывает «скачок» угла наведения при каждом изменении направления — привод должен разогнаться, преодолевая зазор люфта, прежде чем нагрузка снова войдет в зацепление. Этот скачок виден как кратковременная потеря точности отслеживания, измеряемая энкодером положения. Для радиотелескопов и оптических систем высокого разрешения эта ошибка напрямую ухудшает качество сигнала от отслеживаемого источника.
• ▶Оси координатно-измерительной машины (КИМ) — Вращательные и наклонные оси КИМ должны позиционировать наконечник щупа с точностью до ±1–5 мкм от заданного положения. На окружности шага червячного колеса типичной вращательной оси КИМ даже люфт червячного колеса ±0,045 мм приводит к ошибке углового положения. По этой причине в вращательных осях КИМ обычно используется предварительно нагруженный червячный привод — дуплексный комплект, отрегулированный за пределы нулевого люфта до небольшого предварительного натяжения, — чтобы полностью исключить мертвую зону люфта. Предварительно нагруженное состояние требует тщательной регулировки, чтобы избежать чрезмерного трения, которое ухудшило бы повторяемость позиционирования иным образом.

Производственное предприятие

Изготовление червячных передач с дуплексной осью требует более строгого контроля размеров, чем производство стандартных червячных передач, поскольку разница в шаге между боковыми поверхностями должна соблюдаться с более жесткими допусками — любая ошибка в разнице шага напрямую приводит к ошибке в диапазоне регулировки люфта. Компания Korea Ever-Power использует специализированные прецизионные станки с ЧПУ для шлифовки резьбы дуплексных червячных передач, с проведением измерений в процессе работы для проверки разницы шага в нескольких осевых положениях перед тем, как червяк будет выведен из шлифовального процесса.

Сопутствующие компоненты

В продаже имеются стандартные червячные передачи для общего промышленного применения, а также дуплексные конфигурации для высокоточных применений. В комплекте прецизионный червячный редуктор корпуса с двойными червячными валами и регулируемыми подшипниковыми узлами червячных передач, а также полный комплект каталог компонентов червячного приводаОни доступны от того же производителя. Технические характеристики разницы в длине проводов и таблицы данных по регулировке люфта поставляются с каждым дуплексным комплектом.

Часто задаваемые вопросы

Что именно произойдет, если дуплексный червь будет собран в неправильной ориентации (стрелки не совпадут)?

Червяк и колесо рассчитаны на определенную относительную ориентацию, поскольку резьба толще на одном конце. Если червяк перевернуть, толстый конец резьбы будет соприкасаться с зазорами между зубьями, рассчитанными на тонкий конец — межосевое расстояние «а» между валами станет больше номинального расчетного значения. На практике это означает, что корпус либо нельзя закрепить болтами (если натяг большой), либо его можно закрыть, но при первом вращении возникает заедание и чрезмерное трение. При попытке преодолеть это заедание боковые поверхности зубьев соприкасаются в неправильных положениях под высоким напряжением, и зубья немедленно повреждаются. Стрелочные метки существуют специально для предотвращения этой ошибки — их проверка занимает 30 секунд и предотвращает немедленное разрушение шестерни.

Сколько раз можно перенастраивать привод, прежде чем потребуется замена червячного вала?

В принципе, привод можно регулировать неограниченно долго, пока поверхности зубьев червяка и колеса сохраняют достаточную толщину материала и качество поверхности. Червяк имеет конечный полезный диапазон регулировки — расстояние от тонкого конца до толстого — который соответствует определенному количеству накопленного износа на поверхности зубьев колеса. Как только червяк перемещен в максимальное положение регулировки, а люфт все еще выходит за пределы допустимых значений, зубья колеса изношены сверх расчетного предела, и комплект необходимо заменить. На практике, для правильно смазанного привода, работающего в пределах номинальной нагрузки, двухрядный червячный комплект может регулироваться 3–6 раз за весь срок службы до замены, что фактически увеличивает срок службы по сравнению со стандартным червячным комплектом в 3–6 раз.

Взаимозаменяем ли двухшпиндельный червячный механизм со стандартным червячным механизмом того же модуля?

Нет — двухрядный червяк нельзя использовать со стандартным червячным колесом, а стандартный червяк нельзя использовать с двухрядным червячным колесом. Профили зубьев колеса спереди и сзади различаются в двухрядном комплекте; использование неправильного червяка приводит к неправильному контакту на одной стороне и отсутствию контакта на другой. Межосевое расстояние, модуль и угол зацепления номинально одинаковы для двухрядных и стандартных версий, но червяк и колесо всегда должны использоваться в паре из одной и той же двухрядной конструкции.

Можно ли отрегулировать двухканальный привод, выйдя за пределы нулевого люфта и перейдя в режим предварительной нагрузки?

Да — дальнейшее смещение червяка в осевом направлении к толстому концу за пределы положения нулевого люфта создает небольшое предварительное натяжение (отрицательный люфт). Червячные передачи с предварительным натяжением полностью исключают мертвую зону люфта и используются в поворотных осях координатно-измерительных машин и высокоточных позиционирующих платформах. Однако предварительное натяжение увеличивает трение в зацеплении, что повышает энергопотребление и генерирует больше тепла, а также значительно ускоряет износ зубьев, поскольку масляная пленка становится тоньше при постоянном сжатии. Для большинства применений установка люфта на уровне ±0,045 мм вместо полного предварительного натяжения обеспечивает лучший баланс между точностью позиционирования и сроком службы.

Какой класс точности доступен для дуплексных червячных передач?

Дуплексные червячные передачи изготавливаются в соответствии с классами точности DIN от DIN6 до DIN9. Для поворотных столов и фрезерных станков стандартной спецификацией является DIN6 (погрешность шага одного зуба ±8–12 угловых секунд при M5). Для телескопических и координатно-измерительных машин по запросу доступен DIN5 с увеличенным сроком поставки для дополнительных операций шлифовки и проверки. Свяжитесь с нами, указав требуемую точность углового позиционирования, модуль и количество зубьев колеса — мы порекомендуем соответствующий класс DIN и предоставим цену и сроки поставки для вашей конкретной конфигурации.

Отзывы покупателей

Упаковка и доставка

Каждый подобранный комплект проводов для дуплексной проводки упакован индивидуально в антикоррозионную бумагу и запечатан в полиэтиленовый пакет. В комплект каждого комплекта входят спецификация разницы в длине проводов и таблица данных по регулировке люфта. Внешняя упаковка – в жесткую картонную коробку или деревянный ящик в зависимости от количества. Международная доставка осуществляется компаниями DHL, FedEx, TNT или UPS. Оплата: банковский перевод (T/T) или аккредитив (L/C) до отгрузки.