Productie hypoïde tandwielen

Hypoïde tandwielen zijn ontwikkeld door de Amerikaanse Gleason Company. Het zijn kegelvormige tandwielen die lijken op spiraalvormige kegeltandwielen, behalve dat ze beweging overbrengen tussen niet-kruisende assen. De kleine tandwielas (zijde van het hypoïde rondsel) is verschoven ten opzichte van de grotere tandwielas (zijde van het hypoïde tandwiel). Gegeven de juiste offset, kunnen de rondselas en de grote tandwielas elkaar storingsvrij passeren, waardoor de assen stevig aan beide uiteinden kunnen worden ondersteund.

Over het algemeen kunnen hypoïde tandwielen, in vergelijking met kegeltandwielen, een hogere snelheidsreductie verkrijgen. Hun grote contactverhouding maakt zwaardere belastingoverdracht mogelijk in vergelijking met conische tandwielen van vergelijkbare grootte. Mede door de soepele meshing is het mogelijk om geluid en trillingen verder te onderdrukken. Het meshing is echter erg gecompliceerd en de productie zelf is moeilijker. Wat toepassingen betreft, ze worden voornamelijk gebruikt in aandrijfsystemen voor auto's, zoals in differentieeltandwielenen.

Zoals eerder vermeld, is het mogelijk om een ​​zeer hoge snelheidsreductie te verkrijgen met één paar hypoïde tandwielen. Vergeleken met wormwielaandrijvingen met vergelijkbare hoge snelheidsreductie, hebben hypoïde tandwielen over het algemeen de volgende voordelen.

Zowel het rondsel als het tandwiel kunnen met warmte worden behandeld, wat resulteert in een hoge stijfheid, wat leidt tot een kleinere eenheid.

Minder glijden en een hoog rendement resulteren in motoren met een kleinere capaciteit.

In vergelijking met worm is de offset tussen rondsel en tandwiel klein, wat resulteert in ruimtebesparing.

Hypoïde tandwielen

Dit artikel is gereproduceerd met toestemming. Masao Kubota, Haguruma Nyumon, Tokio: Ohmsha, Ltd., 1963.

Het hypoïde tandwiel op foto 9.1 is een type tandwiel waarvan de twee assen niet evenwijdig of gekruist zijn, met andere woorden, scheef, met een vorm die lijkt op het spiraalvormige kegeltandwiel. Het steekoppervlak is samengesteld uit een kegelvormig oppervlak en een lijncontactoppervlak van omwenteling (een ingeschreven kegel kan als vervanging worden gebruikt, maar het heeft puntcontacten) zoals weergegeven in afbeelding 9.2. Het is ontwikkeld door Gleason voor het aandrijven van achterassen van auto's in 1925 in de VS Het wordt nog steeds voornamelijk gebruikt voor auto's.

Pic 9.1 Hypoïde tandwielen

Pic 9.2 Pitch oppervlak van hypoïde tandwielen

Een hypoïde tandwiel wordt gebruikt wanneer de ingesloten hoek vierkant is en de afstand tussen de assen relatief klein is. Het hypoïde tandwiel wordt gezien als een tussenproduct tussen een kegelwiel en een wormwielmachine. Een hypoïde tandwiel heeft echter enkele voordelen ten opzichte van spiraalvormige kegeltandwielen, zoals hieronder weergegeven:

Ten eerste vergroot het de flexibiliteit van een machineontwerp omdat de as in beide richtingen kan worden uitgeschoven en de hoogte van de as in zekere mate vrij kan worden ingesteld.

Ten tweede kan de diameter van het rondsel worden vergroot omdat de spiraalhoek van het rondsel groter is dan de spiraalhoek van het tandwiel. Als gevolg hiervan wordt de sterkte van de tand vergroot en zal de levensduur verschillende keren toenemen. Bovendien zal de stijfheid van de assen ook toenemen door de as dik te maken.

Ten derde kan het aantal tanden worden verminderd vanwege de hoge contactverhouding. Hierdoor kunt u een hogere snelheidsverhouding kiezen dan een kegelwiel.

Ten vierde wordt een bevredigende smeringstoestand verzekerd omdat op alle punten een glij-karakteristiek kan worden verkregen.

Integendeel, er zijn enkele nadelen: het vereist geavanceerde technologie in ontwerp en fabricage, en het materiaal en de smering vereisen speciale zorg wanneer het zo dicht bij het puntcontact in elkaar grijpt.

 

Meer over Hypoïde tandwielen

 

Hypoïde tandwielkasten kunnen worden gecategoriseerd als kegelwielkasten. Een bijzonder kenmerk van hypoïde tandwielkasten is dat de assen elkaar kruisen op twee parallelle vlakken. Hypoïde tandwielkasten hebben daarom een ​​as-offset, in tegenstelling tot andere kegelwielkasten. De draairichting van de ingaande as en de uitgaande as kan hetzelfde of tegengesteld zijn, afhankelijk van de montageomstandigheden van de kegeltandwielen.

Hypoïde kegeltandwielen behoren tot de spiraalvormige kegeltandwielen. Het voordeel van een hypoïde tandwieloverbrenging is dat het kegelrondsel door de as-offset met een grotere spiraalhoek kan worden gerealiseerd. Dit verhoogt de algehele dekking van de tand. Om deze reden kunnen hypoïde tandwielkasten meer koppel overbrengen dan een enkele spiraalvormige tand. Door de grotere totale dekking kunnen ook hogere ratio's worden bereikt.

Hypoïde tandwielkasten worden gekenmerkt door extreem stil zijn. Ze zijn echter niet geschikt voor extreem hoge snelheden. Enerzijds leidt de asverschuiving tot extra verschuiving van de tand in de lengterichting, waardoor er speciale smeeroliën moeten worden gebruikt, en anderzijds is de reactiekracht van de tand zo hoog dat kegelrollagers worden gebruikt. gebruikt om ervoor te zorgen dat het lager een voldoende lange levensduur heeft bij de gebruikelijke aandrijfsnelheden.

Vanwege het vermogensverlies dat optreedt door montage en afdichting, is hypoïde tandwieloverbrenging geschikter voor de eindtrap in meertraps tandwielkasten. De snelheden die nodig zijn, zijn hier lager en de koppels zijn passend hoger. Eentraps hypoïde tandwielkasten zijn al mogelijk met kegelwieloverbrengingen van 3: 1 tot 10: 1.

Door de grote plaatdiameter zijn hypoïde tandwielkasten bij uitstek geschikt voor het realiseren van holle assen als de ingaande as gebruikt moet worden om door leidingen te leiden of klemsets te gebruiken. Koppelverdeling is mogelijk door middel van een ingaande as met twee uitgangen.

De voordelen van hypoïde tandwielkasten:

• Te gebruiken wanneer de installatieruimte beperkt is

• Hoge koppels

•       Rustig

•       Compact ontwerp

• Kan worden gecombineerd met andere typen tandwielkasten

• Een holle as is mogelijk op de ingaande as

 

De nadelen van hypoïde tandwielkasten:

• Complex ontwerp

• Lager rendement dan planetaire tandwielkast

• Niet geschikt voor hoge snelheden

1.2.7. Hypoïde versnellingen

Hypoïde tandwielen worden normaal gebruikt in haakse aandrijvingen die zijn gekoppeld aan de assen van auto's. Tandbewegingen combineren de rolwerking die kenmerkend is voor kegeltandwielen met spiraalvormige tandwielen met een mate van glijden, waardoor dit type tandwiel cruciaal is vanuit het oogpunt van oppervlaktebelasting. Succesvolle werking van een hypoïde tandwiel is afhankelijk van de voorziening van de zogenaamde extreme-drukoliën, dat wil zeggen oliën die additieven bevatten die bij verhoogde temperaturen oppervlaktebeschermende lagen vormen. Er zijn verschillende soorten additieven voor het samenstellen van hypoïde smeermiddelen. Loodzeep, actieve zwaveladditieven kunnen schuren voorkomen in aandrijvingen die nog niet zijn ingereden, vooral als de tandwielen niet gefosfateerd zijn. Ze zijn gewoonlijk niet bevredigend bij een hoog koppel, maar zijn effectief bij hoge snelheid. Lood-zwavel-chlooradditieven zijn over het algemeen bevredigend onder omstandigheden met een hoog koppel bij lage snelheden, maar zijn soms minder bij hoge snelheden. De meest voorkomende vormen van mislukking zijn putjes en krassen.

2.2 Onbelast tandcontactanalyse gebaseerd mesh-model

Hypoïde tandwieltandoppervlak is de basis van het onbelaste TCA-gebaseerde mesh-model. De hypoïde tandwieltandoppervlakken kunnen worden gegenereerd door de dynamiek van het tandwielproductieproces te simuleren (raadpleeg het boek van Litvin [14] voor meer informatie). De berekende rondsel- en tandwieltandoppervlakken worden gewoonlijk in twee verschillende roterende coördinatensystemen geplaatst, bepaald door de relatieve positie van het rondsel en het tandwiel in het tandwielsamenstel. Ter illustratie worden in figuur 2 verschillende coördinatensystemen gegeven, waarbij de Sw1 (xw1, yw1, zw1) en Sw2 (xw2, yw2, zw2) de referentiesystemen voor rondsel en tandwielrotatie zijn. De zw1- en zw2-assen worden gedefinieerd als de rotatie-assen van het rondsel en het tandwiel, E staat voor de offset van het rondsel en de rotatie-assen van het tandwiel, φ′1 en en φ′2 vertegenwoordigen de rolhoeken van respectievelijk het rondsel en het tandwiel. Om de continue raakconditie van het oppervlak toe te passen, worden de roterende rondsel- en tandwieltandoppervlakken overgebracht naar dezelfde vaste referentie Sf (xf, yf, zf) getoond in figuur 2, waar de symbolen ΔH en ΔQ de axiale verschuivingen zijn van de rondsel en tandwiel in montage.

5 RESULTATEN EN DISCUSSIE

Het hypoïde versnellingspaar van een differentieel voor bedrijfsvoertuigen met een 4-cilinder, 4-takt dieselmotor wordt in de huidige analyse in aanmerking genomen. De versnellingsgegevens staan ​​vermeld in tabel 1. Tabel 2 geeft een overzicht van de voertuiggegevens die het weerstandskoppel aan de differentieelringkant leveren. De vereiste reologische gegevens en thermische eigenschappen van het smeermiddel staan ​​vermeld in tabel 3.

1. ACHTERGROND

Cilindrische tandwielen zijn de eenvoudigste van alle soorten tandwielen en worden meer gebruikt dan elk ander tandwieltype. De analyse van de fabricage van schuine en hypoïde tandwielen brengt ruimtelijke geometrische relaties met zich mee, terwijl de analyse van de fabricage van rechte en tandwielen voornamelijk vlakke geometrische relaties omvat. Bestaande fabricagemethoden voor verschillende tandwielvormen zijn typespecifiek en hebben doorgaans geen verband met elkaar. De machines die worden gebruikt om hypoïde tandwielen te produceren, kunnen bijvoorbeeld niet gemakkelijk worden gebruikt of voor het vervaardigen van cilindrische tandwielen. De fabricagemethoden die verband houden met kegel- en hypoïde tandwielen laten niet toe dat deze tandwielen worden behandeld met dezelfde soort geometrische overwegingen die momenteel bestaan ​​voor cilindrische tandwielen. Ter illustratie: rechte cilindrische tandwielen zijn spiraalvormige tandwielen met een helixhoek van nul en beide soorten tandwielen kunnen met dezelfde machine worden geproduceerd. Spur hyperboloïde tandwielen kunnen niet gemakkelijk worden geproduceerd met behulp van bestaande fabricagetechnieken voor spiraalvormige hyperboloïde tandwielen.

Het merendeel van de productie van hypoïde en conische tandwielen is tegenwoordig de focus van The Gleason Corporation en Klingelnberg-Oerlikon. De volgende drie bedrijven leveren de machines en werktuigmachines die nodig zijn voor de productie van hypoïde tandwielen:

The Gleason Works (www.gleason.com)

Klingelnberg-Oerlikon (www.klingelnberg.com)

Yutaka Seimitsu Kogyo, LTD (http://www.yutaka.co.jp/Y_hp6/default2.htm).

Afgebeeld in figuur 1 zijn cirkelvormige vlakmessen die tegenwoordig worden gebruikt voor het vervaardigen van spiraalvormige kegelwiel- en hypoïde tandwielelementen. Bepaalde beperkingen van de bestaande tandwieltechnologie met gekruiste assen kunnen worden gerealiseerd door te focussen op figuur 2. De theoretische of ideale vorm van deze tandwielen met gekruiste assen is de getoonde "zandloper" of hyperboloïde vorm. Huidige ontwerp- en fabricagetechnieken benaderen een deel van de zandlopervorm door een kegelvormig segment, zoals getoond.

Deze benadering resulteert in de volgende beperkingen:

Deze beperkingen beperken de ontwerpen van kandidaat-uitrustingen. Face cutting legt verder beperkingen aan de bovenstaande beperkingen samen met de overbrengingsverhouding. Naast Litvin en Fuentes [5] geeft Shtipelman [1], Stadtfeld [2], Wu en Lou [3], Wang en Ghosh [4] een overzicht van methoden voor vlaksnijden voor het ontwerp en de fabricage van hypoïde tandwielen. Radzevich [6] en Kapelevich [7] bieden bijgewerkte benaderingen voor het ontwerp en de fabricage van tandwielen. Vooronderzoeken naar de "ideale" kinematische geometrie van ruimtelijke tandwieloverbrengingen zijn erkend door Xiao en Yang [8], Figliolini et al. [9], Hestenes [10] samen met Ito en Takahashi [11]. Grill [12] gebruikt een "meshing-vergelijking" om een ​​verband vast te stellen tussen de kromming van het ene lichaam en die van een ander lichaam en past zijn resultaten toe in de context van tandwielen. Baozhen et al. gebruik Lie Algebra voor een coördinatenvrije benadering die lijkt op de schroeftheorie [13]. Phillips [14] stelt een kwalitatieve benadering voor voor puntcontact van hypoïde "evolvente" tanden. Een hyperboloïde cutter werd voorgesteld als onderdeel van een uniforme methodologie voor de analyse, synthese en fabricage van gegeneraliseerde tandwielparen [15].

De vervaardiging van gegeneraliseerde tandwielelementen wordt voorgesteld door het introduceren van een hyperboloïde of variabele diameter snijder om in te grijpen in een gewenst tandwiel. Een illustratie van een hyperboloïde kookplaatsnijder en hypoïde tandwiel / werkstuk is afgebeeld in figuur 3. Het gewenste tandwiel hangt af van de snijgeometrie samen met zijn positie en oriëntatie ten opzichte van het tandwiel. Twee getande lichamen in mesh waarbij de som ѱpi + ѱpo van de spiraalhoeken ongelijk nul is, worden vastgesteld om de positie en oriëntatie van de frees ten opzichte van het tandwielelement te bepalen.

De meeste conische tandwielen en hypoïde tandwielen worden geproduceerd door middel van vlakfrezen (enkele indexering) of vlak uithollen (continu indexeren) [1,2]. Om een ​​hoge mate van geometrische nauwkeurigheid en oppervlakteafwerking te bereiken, kunnen met vlak gefreesde tandwielen met succes worden geslepen. Dit afwerkingsproces heeft verschillende voordelen. Het maakt het mogelijk om door warmtebehandeling veroorzaakte vervormingen te verwijderen en om nauwkeurige flankoppervlakken te verkrijgen met vooraf ontworpen en geoptimaliseerde topografieën die gemakkelijk te verwijderen zijn [3]. Het zorgt voor uitwisselbaarheid van onderdelen. Het slijpen van actieve flanken en wortelfilets kan de mechanische weerstand met ongeveer 15-20% verhogen en heeft een positieve invloed op zowel de mechanische efficiëntie als de geluidsreductie. Ook de variantie binnen productiebatches is minimaal [4].

Voor hypoïde tandwielen met face-hobbed zijn verschillende pogingen gedaan om hun tandoppervlakken [2] te slijpen, maar tot op heden is er geen nauwkeurige methode ontwikkeld, met als belangrijkste obstakel hun (uitgebreide) epicycloïdale tandcurve in de lengterichting. De meest gevestigde (zo niet unieke) slijpmethode is het zogenaamde semi-voltooiingsproces [5,6]: vanwege de opstelling voor vlakfrezen vervangt de komvormige slijpschijf praktisch de epicycloïdale loodcurve door een cirkelvormige boog, met duidelijke beperkingen. Een belangrijke tekortkoming is een niet-uniforme materiaalverwijdering, die er zelfs toe kan leiden dat delen van de uitgeharde laag worden weggeveegd, of omgekeerd kunnen delen van het tandoppervlak helemaal niet worden afgewerkt door de slijpschijf. Om deze redenen worden kegeltandwielen met een tandkrans meestal afgewerkt met leppen. Hoewel leppen de geluidsclassificatie van de tandwielset kan verbeteren, brengt het enkele nadelen met zich mee: het vernietigt elke vooraf ontworpen easy-off topografie (waardoor het contactpatroon vaak naar de tandranden verschuift), het voorkomt uitwisselbaarheid van onderdelen, schurende deeltjes opgesloten in de tandoppervlakken moeten worden verwijderd, en de beheersbaarheid van het proces is vrij beperkt. Al deze nadelen hebben de toepassing van conische tandwielen in de lucht- en ruimtevaartindustrie verhinderd.

Het zou wenselijk zijn om de nominale geometrie van tandwielen met tandwielen te behouden door hun tandoppervlakken nauwkeurig te slijpen, omdat de epicycloïdale tandcurve een tandwielset met tandwielen minder gevoelig maakt voor montagefouten en meer vergevingsgezind voor doorbuigingen van de tandwielkast onder belasting, waardoor de contactstabiliteit wordt verbeterd. . Dit feit is meer waarneembaar naarmate het aantal bladgroepen groter is, dat wil zeggen, ruwweg gesproken, hoe meer de epicycloïdale tandkromme in de lengterichting afwijkt van een cirkelvormige boog (typisch voor vlakfrezen). Een experimentele vergelijkende studie suggereert dat een tandwielset met een kopspijker over het algemeen beter presteert dan zijn equivalent met kopfrees [7].

In dit artikel stellen we een enkelvoudige indexeringsmethode voor die gericht is op het nauwkeurig slijpen van tandwielen met een uitlopende kom door middel van een slijpschijf met een uitlopende kom die wordt aangedreven door een 6-assige "vrije vorm" hypoïde generator. De slijpschijf is een eenvoudig omwentelingslichaam. Het moeilijkste (maar voordelige) geval van uitholling door een gereedschap met een groot aantal bladgroepen wordt beschouwd. In tegenstelling tot bij Semi-Completing, waar een enkel stuk gereedschap wordt gebruikt voor zowel de concave als convexe tandflanken (Single-Side-methode), worden hier twee verschillende slijpschijven gebruikt (Fixed-Setting-methode).

 

Niet-gegenereerde (formaat) tandwielen worden geslepen door een omhullende beweging van één parameter, d.w.z. met lijncontact, terwijl gegenereerde elementen worden geslepen door een omhullende beweging van twee parameters, met puntcontact. Omdat primair een hoge geometrische nauwkeurigheid wordt nagestreefd, moet de productietijd naar de achtergrond worden geduwd. Synthese van de vereiste machinebewegingen wordt bereikt door de mogelijkheden van 6-assige hypoïdgeneratoren volledig te benutten. Interferentie tussen onderdelen wordt vermeden. Een numeriek voorbeeld is opgenomen om de effectiviteit van de voorgestelde methode aan te tonen.

Formate-bewerking kan worden gebruikt voor zowel voorbewerken als nabewerken van spiraalvormige kegelwielen en hypoïde tandwielen met spoeddiameters tot ongeveer 2500 mm [2]. Zowel voorbewerken als nabewerken kan worden gedaan met één frees op dezelfde machine, maar moet bij voorkeur op verschillende machines worden uitgevoerd voor meer nauwkeurigheid en efficiëntie. Er worden twee soorten formaatbewerkingsmethoden gebruikt (1) formaatbewerkingen met een enkele cyclus die een voorbewerkings- en nabewerkingsbewerking met twee sneden omvat, waarbij het onbewerkte werkstuk tot op diepte wordt voorbewerkt en vervolgens in een enkele cyclus wordt afgewerkt; of (2) bewerking voor het voltooien van het formiaat die een voorbewerkings- en nabewerkingsbewerking in één keer omvat.

In de formiaat-eencyclusbewerking wordt één tandruimte bewerkt in een enkele omwenteling van de frees. Materiaalverwijdering vindt plaats door snijbladen die zijn gemonteerd op een cirkelsnijder die lijkt op een vlakfrees. Elk mes in de snijplotter is iets langer en breder dan het voorgaande mes, waardoor het effectief en continu verwijderen van materiaal mogelijk is. De indexering van het werkstuk wordt verzekerd door een opening tussen de eerste en laatste snijmessen.

In de formiaat-voltooiingsbewerking worden de tanden gesneden door twee opeenvolgende acties van de frees, eerst wordt de frees tot de gespecificeerde diepte gedompeld (ongeveer 0,25 mm) voordat deze vervolgens met een hogere snijsnelheid naar de volledige tanddiepte wordt gevoerd, wat zorgt voor een acceptabele kwaliteit van het tandoppervlak.

Deze studie presenteert een verbeterd tandwielgaasmodel dat rekening houdt met het effect van Hertziaanse schokdemping op de dynamische respons van in elkaar grijpende hypoïde tandwielparen. Ten eerste wordt een niet-lineaire dempingsfunctie op basis van de restitutiecoëfficiënt toegepast op een hypoïd-tandwielmodel met twee vrijheidsgraden (DOF) dat alleen de torsiecoördinaat beschouwt om de gevoeligheid voor de verandering in de dempingscoëfficiënt te bestuderen. Vervolgens worden twee soorten impactdempingsfuncties geïntroduceerd, waaronder het niet-viskeuze en viskeuze dempingsmodel, die meer gedetailleerde uitdrukkingen en realistische fysieke betekenissen hebben. De verschillen tussen deze twee typen dempingsmodellen worden bestudeerd en vergeleken.

Dit zijn niet-coplanaire tandwielen waarvan de asassen onder elke hoek tussen 0 en 90 ° kunnen worden uitgelijnd. Wormwielen, hypoïde tandwielen en spiraalvormige tandwielen zijn de belangrijkste soorten tandwielen in deze categorie.

Hypoïde tandwielen zijn vergelijkbaar met spiraalvormige kegeltandwielen, behalve dat hun spoedoppervlakken hyperboloïden zijn in plaats van kegels en dat de as van het rondsel enigszins verschoven is ten opzichte van de tandwielas, d.w.z. de assen van de tandwielas snijden elkaar niet. De algemene vorm van een paar hypoïde tandwielen wordt weergegeven in tabel 1.1. Hypoïde tandwielen vertonen verbeterde soepelheid en minder geluid in vergelijking met spiraalvormige kegeltandwielen vanwege de hogere algehele contactverhouding. Deze versnellingen vinden uitgebreide toepassingen in differentieelreductoren in achterassen van auto's met achterwielaandrijving (Fig. 1.12).

Laat u bijstaan door een adviseur met ervaring in tandwielen

Met meer dan een decennium aan ervaring in vertanding en tandwielslijpen, heeft Wolter alles in huis om op een servicegerichte manier met u mee te denken aan de beste oplossing voor uw uitdaging.