Spiraalvormige tandwielen: wat zijn ze en waar worden ze gebruikt?
Spiraalvormige tandwielen en rechte tandwielen zijn twee van de meest voorkomende soorten tandwielen en kunnen in veel van dezelfde toepassingen worden gebruikt. Rechte tandwielen zijn eenvoudig en goedkoop te vervaardigen, maar spiraalvormige tandwielen bieden enkele belangrijke voordelen ten opzichte van rechte tandwielen.
De tanden van een tandwieloverbrenging staan ​​onder een hoek (ten opzichte van de as van het tandwiel) en nemen de vorm aan van een spiraal. Hierdoor kunnen de tanden geleidelijk in elkaar grijpen, beginnend als puntcontact en zich ontwikkelen tot lijncontact naarmate het aangrijpen vordert. Een van de meest opvallende voordelen van spiraalvormige tandwielen boven rechte tandwielen is minder geluid, vooral bij gemiddelde tot hoge snelheden. Bij spiraalvormige tandwielen zijn meerdere tanden altijd in mazen, wat betekent dat elke afzonderlijke tand minder wordt belast. Dit resulteert in een soepelere overgang van krachten van de ene tand naar de andere, waardoor trillingen, schokbelastingen en slijtage worden verminderd.
Maar de schuine hoek van de tanden veroorzaakt ook glijdend contact tussen de tanden, wat axiale krachten en warmte produceert, waardoor de efficiëntie afneemt. Deze axiale krachten spelen een belangrijke rol bij de keuze van lagers voor tandwielen. Omdat de lagers zowel radiale als axiale krachten moeten weerstaan, vereisen spiraalvormige tandwielen stuwkracht- of rollagers, die typisch groter (en duurder) zijn dan de eenvoudige lagers die worden gebruikt met rechte tandwielen. De axiale krachten variëren evenredig met de grootte van de tangens van de helixhoek. Hoewel grotere helixhoeken een hogere snelheid en soepelere beweging opleveren, is de helixhoek doorgaans beperkt tot 45 graden vanwege de productie van axiale krachten.
De axiale belastingen die door tandwielen worden geproduceerd, kunnen worden tegengegaan door dubbele tandwielen of visgraat tandwielen te gebruiken. Deze opstellingen hebben het uiterlijk van twee spiraalvormige tandwielen met tegenover elkaar liggende handen die rug aan rug zijn gemonteerd, hoewel ze in werkelijkheid uit hetzelfde tandwiel zijn vervaardigd. (Het verschil tussen de twee ontwerpen is dat dubbele spiraalvormige tandwielen een groef hebben in het midden, tussen de tanden, terwijl visgraatwielen dat niet doen.) Deze opstelling heft de axiale krachten op elke set tanden op, zodat grotere spiraalhoeken kunnen worden gebruikt . Het elimineert ook de noodzaak van druklagers.
Naast een soepelere beweging, hogere snelheden en minder geluid, is een ander voordeel dat spiraalvormige tandwielen bieden ten opzichte van rechte tandwielen de mogelijkheid om te worden gebruikt met parallelle of niet-parallelle (gekruiste) assen. Spiraalvormige tandwielen met parallelle assen vereisen dezelfde spiraalhoek, maar tegenovergestelde handen (d.w.z. rechtshandige tanden versus linkshandige tanden).
Wanneer gekruiste tandwielen worden gebruikt, kunnen deze dezelfde of tegenovergestelde handen hebben. Als de tandwielen dezelfde handen hebben, moet de som van de helixhoeken gelijk zijn aan de hoek tussen de assen. Het meest voorkomende voorbeeld hiervan zijn gekruiste tandwielen met loodrechte (d.w.z. 90 graden) assen. Beide versnellingen hebben dezelfde hand en de som van hun helixhoeken is gelijk aan 90 graden. Voor configuraties met tegenovergestelde handen, moet het verschil tussen de helixhoeken gelijk zijn aan de hoek tussen de assen. Gekruiste spiraalvormige tandwielen bieden flexibiliteit in het ontwerp, maar het contact tussen de tanden is dichter bij het puntcontact dan bij het lijncontact, zodat ze minder kracht hebben dan bij ontwerpen met parallelle assen.
Spiraalvormige tandwielen zijn vaak de standaardkeuze in toepassingen die geschikt zijn voor rechte tandwielen maar niet-parallelle assen hebben. Ze worden ook gebruikt in toepassingen die hoge snelheden of hoge belasting vereisen. En ongeacht de belasting of snelheid bieden ze over het algemeen een soepelere, stillere werking dan rechte tandwielen.
Spiraalvormige tandwielen bij GBS Machining Services
Spiraalvormige tandwielen werken soepeler en stiller in vergelijking met rechte tandwielen vanwege de manier waarop de tanden op elkaar inwerken. De tanden op een spiraalvormig tandwiel snijden onder een hoek met het vlak van het tandwiel. Wanneer twee van de tanden beginnen in te grijpen, is het contact geleidelijk - beginnend bij het ene uiteinde van de tand en het contact behouden terwijl het tandwiel volledig in elkaar draait. Het typische bereik van de helixhoek is ongeveer 15 tot 30 graden. De stuwkrachtbelasting varieert direct met de grootte van de tangens van de spiraalhoek. Spiraalvormig is de meest gebruikte versnelling in transmissies. Ze genereren ook grote hoeveelheden stuwkracht en gebruiken lagers om de stuwkracht te ondersteunen. Spiraalvormige tandwielen kunnen worden gebruikt om de rotatiehoek met 90 graden aan te passen. bij montage op loodrechte assen. Het normale bereik van de overbrengingsverhouding is 3: 2 tot 10: 1.
De tanden van spiraalvormige tandwielen zijn onder een hoek met de voorkant van het tandwiel gesneden. Wanneer twee tanden op een spiraalvormig tandwielsysteem in elkaar grijpen, begint het contact aan het ene uiteinde van de tand en verspreidt het zich geleidelijk terwijl de tandwielen draaien, totdat de twee tanden volledig in ingrijping zijn.
Deze geleidelijke inschakeling zorgt ervoor dat spiraalvormige tandwielen veel soepeler en stiller werken dan rechte tandwielen. Om deze reden worden spiraalvormige tandwielen gebruikt in bijna alle transmissies van auto's.
Vanwege de hoek van de tanden op spiraalvormige tandwielen, creëren ze een stuwkracht op het tandwiel wanneer ze in elkaar grijpen. Apparaten die spiraalvormige tandwielen gebruiken, hebben lagers die deze stuwkracht kunnen ondersteunen.
Een interessant ding over spiraalvormige tandwielen is dat als de hoeken van de tandwieltanden correct zijn, ze op loodrechte assen kunnen worden gemonteerd, waarbij de rotatiehoek met 90 graden wordt aangepast.
Spiraalvormige tandwielen bieden een verfijning ten opzichte van rechte tandwielen. De voorranden van de tanden zijn niet evenwijdig aan de rotatieas, maar staan ​​onder een hoek. Omdat het tandwiel gekromd is, zorgt deze hoek ervoor dat de tand een segment van een spiraal vormt. Spiraalvormige tandwielen kunnen in parallelle of gekruiste oriëntaties worden geschakeld. De eerste verwijst naar wanneer de assen parallel aan elkaar zijn; dit is de meest voorkomende oriëntatie. In het laatste geval zijn de assen niet parallel, en in deze configuratie worden de tandwielen ook wel "skew tandwielen" genoemd.
Spiraalvormige tandwielen kunnen parallel worden gekoppeld wanneer ze in dezelfde richting van helixhoeken worden ingepast (rechterhand en rechterhand / linkerhand en linkerhand) of ze kunnen ook loodrecht in elkaar worden geschoven door een combinatie van tegengestelde helixhoeken te gebruiken (rechterhand en linkerhand) ).
Voor klanten in de voedingsmiddelen- en verpakkingsindustrie hebben we RVS en kunststof spiraalvormige tandwielen gestandaardiseerd.
Spiraalvormige tandwielen worden steeds vaker gebruikt als krachtoverbrengende tandwielen, omdat ze niet alleen grotere belastingen kunnen dragen vanwege hun lagere dynamische belasting, maar ook hun geluids- en trillingsniveaus tijdens het gebruik zijn lager in vergelijking met die van rechte tandwielen. Er zijn in het verleden door veel auteurs veel studies gepubliceerd over wortelbelastingen van vaste tandwielen, vaste tandwielen met rechte tandwielen en tandwielen met dunne randen, maar studies over tandwielen met dunne randen zijn zelden gepubliceerd. De contactlijn van het tandwiel is diagonaal over het tandspoor, terwijl de contactlijn van het tandwiel evenwijdig is aan het tandspoor. Daarom kunnen de grondspanningen van spiraalvormige tandwielen als heel anders worden beschouwd dan die van rechte tandwielen. Bovendien kan de vervorming van het velggedeelte van een dun omrand tandwiel als groter worden beschouwd dan die van een massief tandwiel. Om de buigsterkte van het dun omrande spiraalvormige tandwiel nauwkeuriger in te schatten, is het nodig om de effecten van velg- en lijfdikte op de grondspanning en de buigvermoeiingssterkte te bepalen. In het vorige artikel werden grondspanningen en buigvermoeidheidssterkte van dun omrande spiraalvormige tandwielen met symmetrische lijfrangschikking van spiraalhoek β0 = 20 ° .
In dit artikel werden de grondspanning en de buigvermoeiingssterkte van dungerande spiraalvormige tandwielen met symmetrische en asymmetrische lijfopstelling met helixhoek β0 = 10 en 30 ° onderzocht. Wortelspanningen van de dun-omrande spiraalvormige tandwielen met symmetrische en asymmetrische lijfopstelling van β0 = 10 en 30 ° werden gemeten in het aangrijpproces vanaf het begin van de aangrijping tot het einde van de aangrijping door middel van de rekstrookjesmethode, en vervolgens de veranderingen van de wortelspanningen in het maasproces werden verkregen. De maximale grondspanning en de slechtste aangrijppositie (de aangrijppositie waar de maximale grondspanning optreedt) werden bepaald. Buigvermoeidheidstests van dun omrande schroeflijnvormige tandwielen met symmetrische lijfrangschikking in de slechtste aangrijppositie werden uitgevoerd, en vervolgens werden S-N-curven en buigvermoeidheidsgrenzen verkregen. Deze verkregen resultaten werden vergeleken met die van β0 = 20 °. Effecten van velg- en lijfdiktes, lijfstructuur en spiraalhoek op de grondspanning en de buigvermoeiingssterkte van het dun omrande spiraalvormige tandwiel met lijfopstelling werden bepaald.
Productie spiraalvormige tandwielen
Spiraalvormige tandwielen, die worden getoond, worden gevormd door frezen die een hoek produceren waarin meerdere tanden tegelijkertijd kunnen grijpen. Spiraalvormige tandwielen zijn superieur aan rechte tandwielen wat betreft hun draagvermogen en stilte en soepele werking, die het gevolg is van het glijdende contact van de in elkaar grijpende tanden. Een nadeel is echter een hogere wrijving en slijtage die gepaard gaat met deze glijdende actie.
Spiraalvormige tandwielen lijken op rechte tandwielen, behalve dat hun tanden onder een hoek met het gat (as) zijn gesneden in plaats van recht en evenwijdig aan het gat zoals de tanden van een tandwiel. De contactlijn tussen twee tanden is niet evenwijdig aan de tanden maar hellend. Dit zorgt voor een geleidelijke aangrijping van de tanden van het ene uiteinde van de tand naar het andere in plaats van een plotselinge aangrijping zoals in het geval van een tandwiel. Deze geleidelijke inschakeling zorgt ervoor dat de versnellingen soepel en zonder veel lawaai werken. Paar spiraalvormige tandwielen kunnen op twee manieren in elkaar grijpen: met assen die zijn gericht op de som of het verschil van de spiraalhoeken van de tandwielen. Deze configuraties worden respectievelijk parallel of gekruist genoemd.
Spiraalvormige tandwielen bieden een middel om niet-parallelle assen te verbinden en bieden een alternatief middel om parallelle assen te verbinden, die hetzelfde doel dienen als rechte tandwielen. Frezen die een hoek produceren waarbij meerdere tanden tegelijkertijd in elkaar grijpen, vormen spiraalvormige tandwielen. Spiraalvormige tandwielen zijn superieur aan rechte tandwielen wat betreft hun draagvermogen, stilte en soepele werking, die het gevolg is van het glijdende contact van de in elkaar grijpende tanden. Een nadeel is echter een hogere wrijving en slijtage die gepaard gaat met deze glijdende actie.
