Η αυτόματη ασφάλιση των σκούπων κοχλία δεν είναι φρένο: Τι λένε πραγματικά τα πρότυπα

Ένας πελάτης καθορίζει ένα σπειροειδές μειωτήρα για εφαρμογή ανύψωσης, επειδή οι σπειροειδείς μεταδόσεις είναι αυτοφρεναριζόμενες, οπότε το φορτίο δεν μπορεί να κινηθεί προς τα κάτω. Δεν απαιτείται φρένο, εξοικονομείται κόστος.

Αυτός ο συλλογισμός εμφανίζεται σε πολλά σχέδια μηχανών και είναι επικίνδυνος σε βαθμό που εμφανίζεται ως σαφής προειδοποίηση σε τεχνικό έγγραφο της AGMA:

Σημείωση: Τα σύνολα σπειροειδών γραναζιών δεν πρέπει να θεωρούνται αυτοφρεναριζόμενα. Υπό ορισμένες συνθήκες φόρτισης, είναι δυνατή η αντίστροφη κίνηση του σπειροειδούς τροχού.

Ένα επικυρωμένο μηχανολογικό αναφορικό έγγραφο το διατυπώνει ακόμη πιο ξεκάθαρα, αναφέροντας την εφαρμογή:

Στην πράξη, ένα σπειροειδές δεν πρέπει να χρησιμοποιείται ως συσκευή φρένωσης για συστήματα που σχετίζονται με την ασφάλεια, π.χ. γερανούς. Ορισμένες υλικές και λειτουργικές συνθήκες μπορούν να οδηγήσουν σε αντίστροφη ολίσθηση του σπειροειδούς γραναζιού.

Εάν σχεδιάζετε έναν γερανό, ένα ανελκυστήρα, μια πόρτα ή οτιδήποτε άλλο όπου η πτώση ενός φορτίου μπορεί να προκαλέσει τραυματισμό, χρειάζεστε ένα φρένο. Η γεωμετρία του σπειροειδούς δεν αποτελεί εναλλακτική λύση.

Παρακάτω παρουσιάζεται η μηχανολογική τεκμηρίωση που το υποστηρίζει.

Το κριτήριο αυτοφρεναρίσματος

Η αυτόματη ασφάλιση εξαρτάται από τη σχέση μεταξύ της γωνίας προώθησης του σπειροειδούς και της γωνίας τριβής. Δημοσιευμένες διατυπώσεις του κανόνα, από τρεις ανεξάρτητες πηγές:

· Η αυτόματη ασφάλιση συμβαίνει όταν η γωνία προώθησης του σπειροειδούς ισούται με arctan(συντελεστή τριβής), συνήθως στο εύρος 2 έως 8 μοίρες σειρά

· Όταν η γωνία προώθησης είναι μικρότερη από τη γωνία τριβής, ο σπειροειδής τροχός δεν μπορεί να κινήσει αντίστροφα το σπειροειδές

· Η συνθήκη είναι: γωνία προώθησης < arctan(συντελεστή τριβής)

Και οι τρεις διατυπώνουν το ίδιο πράγμα με διαφορετικό συμβολισμό. Κάτω από μια συγκεκριμένη γωνία προώθησης, ο μηχανισμός αντιστέκεται στην αντίστροφη κίνηση.

Γιατί Αποτυγχάνει

Το κριτήριο χρησιμοποιεί έναν συντελεστή τριβής. Ποιος συντελεστής τριβής;

Σε μηδενική ταχύτητα ολίσθησης, η δημοσιευμένη τιμή είναι 0.15. Αυτή είναι η στατική τιμή και αποτελεί τη μεγαλύτερη τιμή. Μόλις αρχίσει η ολίσθηση, ο συντελεστής τριβής μειώνεται.

Μία αναφορά σημειώνει ότι ο στατικός συντελεστής είναι ο σχετικός για το όριο αυτόματης ασφάλισης, ακριβώς επειδή ο τροχός δεν μπορεί να ξεκινήσει.

Αυτό είναι ο μηχανισμός που βρίσκεται πίσω από τις αποτυχίες. Σε κατάσταση ηρεμίας, η τριβή είναι υψηλή και ο κινητήρας συγκρατεί. Εάν εισαχθεί δόνηση, ο κινητήρας υφίσταται μικροκίνηση. Η μικροκίνηση μετακινεί την επαφή από τη στατική προς τη δυναμική κατάσταση, όπου η τριβή είναι χαμηλότερη. Η γωνία τριβής που είναι διαθέσιμη για να συγκρατήσει το φορτίο συρρικνώνεται, και το φορτίο αρχίζει να ολισθαίνει.

Η δόνηση δεν είναι μια εξωτική συνθήκη. Ένα μηχάνημα που λειτουργεί κοντά, ένας κινητήρας που ξεκινά στο ίδιο πλαίσιο, ή ένα όχημα που περνά έξω από το κτίριο — όλα αυτά μπορούν να ακυρώσουν τη στατική αυτοκλείδωση.

Δεν υπάρχει κανένα ποσοτικοποιημένο παράγοντα μείωσης λόγω δόνησης στη δημοσιευμένη βιβλιογραφία που μπορέσαμε να εντοπίσουμε. Αυτή η απουσία είναι ενημερωτική από μόνη της: η μηχανική λύση δεν είναι να μειώνεται η αυτοκλείδωση, αλλά να μην εξαρτώνται από αυτήν.

Απόδοση: οι πραγματικοί αριθμοί

Η αυτοκλείδωση και η απόδοση είναι δύο διαφορετικές απόψεις της ίδιας γεωμετρίας. Ένας κινητήρας που αντιστέκεται στην αντίστροφη κίνηση είναι ένας κινητήρας που χάνει πολύ ενέργεια κατά την προς τα εμπρός κίνηση.

Η απόδοση του συστήματος κοχλία-οδοντωτού τροχού σε σχέση με τον αριθμό των αρχών. Η συμπεριφορά αυτοκλειδώματος υπάρχει μόνο στην περιοχή χαμηλής απόδοσης.

Ο κυρίαρχος τύπος:

η = tan(λ) / tan(λ + φ)

όπου λ είναι η γωνία προώθησης του κοχλία και φ είναι η ισοδύναμη γωνία τριβής.

Ένα δημοσιευμένο παράδειγμα υπολογισμού: για έναν κοχλία με μία άρχη, με λ = 5 μοίρες και φ = 6 μοίρες, η απόδοση είναι 45,01%.

Απόδοση σε σχέση με τον αριθμό των αρχών του κοχλία:

Για σχέδια υψηλής απόδοσης, η συνιστώμενη γωνία προώθησης είναι 10 έως 20 μοίρες . Σημειώστε ότι αυτή η τιμή είναι πολύ υψηλότερη από τη ζώνη αυτοκλειδώματος των 2 έως 8 μοιρών. Δεν μπορείτε να έχετε και τα δύο.

Μία αναφορά αναφέρει συνολική απόδοση 98% στους χαμηλότερους λόγους, μειωνόμενη σε 20% στους υψηλότερους. Μία άλλη αναφέρει 50 έως 90%, ανάλογα με τη γωνία προώθησης, τον αριθμό των αρχών και την τριβή.

Ο συμβιβασμός είναι αναπόφευκτος: η αυτόματη ασφάλιση σας κοστίζει περισσότερο από το μισό της εισερχόμενης ισχύος.

Τι σημαίνει αυτό για τις προδιαγραφές

Εάν χρειάζεστε συμπεριφορά αυτόματης ασφάλισης:

· Δεχθείτε μονή αρχή, μικρή γωνία προώθησης, απόδοση 40 έως 50%

· Διαστασιολογήστε τον κινητήρα βάσει των απωλειών, όχι μόνο του φορτίου

· Διαστασιολογήστε το κιβώτιο ταχυτήτων βάσει της θερμότητας, διότι η χαμένη ισχύς μετατρέπεται σε θερμότητα

·Τοποθετήστε πάντα φρένο εάν η αντίστροφη κίνηση μπορεί να προκαλέσει τραυματισμό ή ζημιά

Εάν χρειάζεστε υψηλή απόδοση:

· Πολλαπλή αρχή, γωνία προώθησης 10 έως 20 μοιρών, απόδοση 78 έως 92%

· Να αποδεχθεί κανείς ότι η μετάδοση θα λειτουργήσει και προς τα πίσω

· Να εγκατασταθεί φρένο, αντίβαρο ή να χρησιμοποιηθεί διαφορετικός τύπος γραναζιού

Εάν χρειάζεστε και τα δύο, η μετάδοση με σπειροειδές (worm) γρανάζι είναι η λανθασμένη επιλογή. Εξετάστε μονάδα με ελικοειδή ή κωνικά-ελικοειδή γρανάζια με κατάλληλο φρένο συγκράτησης.

Θερμικά όρια

Οι μεταδόσεις με σπειροειδές (worm) γρανάζι είναι συνήθως περιορισμένες θερμικά παρά μηχανικά . Τα δόντια του γραναζιού θα μπορούσαν να μεταφέρουν μεγαλύτερη ροπή από αυτήν που μπορεί να διαχυθεί ως θερμότητα από το κουτί.

Αυτό είναι μια άμεση συνέπεια των παραπάνω τιμών απόδοσης. Μια μετάδοση με σπειροειδές (worm) γρανάζι με μονή περιέλιξη και απόδοση 45% μετατρέπει πάνω από το μισό της εισερχόμενης ισχύος σε θερμότητα μέσα σε ένα μικρό περίβλημα. Γι’ αυτόν τον λόγο, οι κατάλογοι μεταδόσεων με σπειροειδές (worm) γρανάζι αναφέρουν ξεχωριστά τη θερμική ικανότητα από τη μηχανική ικανότητα, και γι’ αυτόν τον λόγο η θερμική ικανότητα είναι συχνά ο καθοριστικός περιορισμός.

Πρακτικές συνέπειες:

· Οι βαθμονομήσεις για συνεχή λειτουργία είναι πολύ χαμηλότερες από αυτές για εναλλασσόμενη λειτουργία

· Η θερμοκρασία περιβάλλοντος έχει σημασία· ένα κουτί που έχει βαθμονομηθεί σε εργαστήριο με θερμοκρασία 20 βαθμών Κελσίου συμπεριφέρεται διαφορετικά σε χώρο εγκατάστασης με θερμοκρασία 40 βαθμών Κελσίου

· Η εξαναγκασμένη ψύξη ή ένα μεγαλύτερο περίβλημα είναι συχνά φθηνότερα από τη διαχείριση πρόωρης αποτυχίας

Εύρος αναλογίας

Καλύμματα μονού σταδίου με σπειροειδή οδοντωτούς τροχούς 5:1 έως 75:1 σύμφωνα με μία πηγή, ενώ μία άλλη αναφέρει 5:1 έως 300:1 για σπειροειδείς οδοντωτούς τροχούς που χρησιμοποιούνται ειδικά για μεγάλες μειώσεις.

Η ικανότητα υψηλής μετάδοσης σε ένα μόνο στάδιο αποτελεί το πραγματικό πλεονέκτημα των σπειροειδών οδοντωτών τροχών, μαζί με τη διάταξη υπό ορθή γωνία και την ήρεμη λειτουργία που προκύπτει από την ολίσθηση. Αυτοί είναι οι λόγοι για την επιλογή τους. Η αυτόματη ασφάλιση δεν πρέπει να συμπεριλαμβάνεται σε αυτή τη λίστα.

Για ένα τυπικής γωνίας πίεσης 20 μοιρών, η γωνία προώθησης πρέπει να παραμένει κάτω από 25 βαθμοί .

Υλικά

Οι σπειροειδείς τροχοί λειτουργούν με ορείχαλκο εναντίον σκληρυμένου χάλυβα. Ο λόγος είναι η ολίσθηση: οι σπειροειδείς οδοντωτοί τροχοί ολισθαίνουν αντί να κυλούν, επομένως το ζεύγος απαιτεί διαφορετικά υλικά με καλές ιδιότητες ολίσθησης και ενσωμάτωσης. Ο ορείχαλκος με τον χάλυβα αποτελεί τον αποτελεσματικό συνδυασμό.

Ο σπειροειδής οδοντωτός τροχός είναι σκληρυμένος και λειασμένος· ο τροχός αποτελεί το θυσιαστικό εξάρτημα. Αυτό γίνεται επίτηδες. Όταν η κίνηση φθαρεί, αντικαθιστάτε το φθηνότερο και ευκολότερο εξάρτημα.

Η ταχύτητα στη γραμμή βήματος μπορεί να φτάσει τα 30 m/s σε ιδανικές συνθήκες, αλλά οι περισσότερες βιομηχανικές σπειροειδείς μεταδόσεις λειτουργούν πολύ χαμηλότερα από αυτή την τιμή.

Συχνές Ερωτήσεις

Μπορώ να χρησιμοποιήσω ένα σπειροειδές κιβώτιο ταχυτήτων για να συγκρατήσω ένα φορτίο χωρίς φρένο;

Όχι, όπου η πτώση ενός φορτίου μπορεί να προκαλέσει βλάβη. Οι δημοσιευμένες οδηγίες της AGMA και οι καθιερωμένες μηχανολογικές αναφορές δηλώνουν ρητά ότι τα σπειροειδή ζεύγη δεν πρέπει να θεωρούνται αυτοκλειδωνόμενα και προειδοποιούν ειδικά εναντίον της χρήσης τους ως φρεναριστικών μηχανισμών σε ανυψωτικές συσκευές.

Το σπειροειδές κιβώτιο ταχυτήτων μου έχει συγκρατήσει ένα φορτίο για χρόνια χωρίς ολίσθηση. Δεν είναι λοιπόν αυτοκλειδωνόμενο;

Είναι στατικά αυτοκλειδωνόμενο υπό τις τρέχουσες συνθήκες. Αλλάζοντας το λιπαντικό, επιτρέποντας τη φθορά του οδοντωτού τροχού, προσθέτοντας δονήσεις από νέο εξοπλισμό ή αυξάνοντας το φορτίο, αυτό μπορεί να αλλάξει. Η αυτοκλειδωνόμενη λειτουργία είναι μια κατάσταση, όχι μια ιδιότητα.

Γιατί το σπειροειδές κιβώτιο ταχυτήτων μου λειτουργεί τόσο ζεστό;

Επειδή οι σπειροειδείς μεταδόσεις είναι αναποτελεσματικές και η χαμένη ισχύς μετατρέπεται σε θερμότητα. Ελέγξτε αν λειτουργείτε εντός της θερμικής ικανότητας και όχι της μηχανικής· πρόκειται για διαφορετικές τιμές, και συνήθως η θερμική είναι αυτή που περιορίζει πρώτη.

Θα επέλυε ένα διπλό ξεκίνημα σπειροειδούς το πρόβλημα της απόδοσής μου;

Θα αυξήσει την απόδοση από την περιοχή 40–50% στην περιοχή 70–78%. Επιπλέον, εξαλείφει κάθε συμπεριφορά αυτο-κλειδώματος. Βεβαιωθείτε ότι τίποτα στη μηχανή δεν εξαρτάται από αυτήν.

Ποια απόδοση πρέπει να χρησιμοποιήσω για τον υπολογισμό του κινητήρα;

Χρησιμοποιήστε την τιμή που αντιστοιχεί στο συγκεκριμένο λόγο και αριθμό ξεκινημάτων, όπως αναφέρεται στα δεδομένα του κατασκευαστή του μειωτήρα, όχι μια γενική τιμή. Το εύρος των αποδόσεων μεταξύ διαφορετικών σχεδιασμών σπειροειδών είναι τόσο ευρύ, ώστε μια γενική υπόθεση θα οδηγήσει σε λανθασμένη διάσταση του κινητήρα.

Είναι ο χαλκός η μοναδική επιλογή για τον τροχό σπειροειδούς;

Είναι το πρότυπο για καλό λόγο, αλλά ο συγκεκριμένος χαλκός διαφέρει ανάλογα με το φορτίο. Καθορίστε την ποιότητα με τον προμηθευτή του μειωτήρα σας, βάσει φορτίου, ταχύτητας και κύκλου λειτουργίας.

Η εταιρεία Tianjin HaoRongShengYe Electrical Equipment Co., Ltd. κατασκευάζει ζεύγη σπειροειδών οδοντωτών τροχών (worm και worm wheel), με οδοντωτό τροχό από χαλκό και σπειροειδή άξονα από σκληρυμένο, λειασμένο χάλυβα, σε μονής και πολλαπλής έναρξης διαμόρφωση. Αναφέρετε μας τη μετάδοση, τον κύκλο λειτουργίας και αν η μετάδοση πρέπει να αντιστέκεται στην ανάστροφη κίνηση (back-driving), και θα σας ενημερώσουμε ειλικρινά εάν η σπειροειδής μετάδοση είναι η κατάλληλη επιλογή για το φορτίο σας.