Samohamowność przekładni ślimakowej nie jest hamulcem: Co mówią naprawdę normy

Klient określa przekładnię ślimakową do zastosowania podnoszeniowego, ponieważ przekładnie ślimakowe są samohamujące, więc obciążenie nie może się cofać. Nie jest potrzebny hamulec, co pozwala zaoszczędzić koszty.

To rozumowanie pojawia się w wielu projektach maszyn i jest na tyle niebezpieczne, że figuruje jako wyraźne ostrzeżenie w technicznym opracowaniu AGMA:

Uwaga: Zestawy przekładni ślimakowych nie powinny być uznawane za samohamujące. W pewnych warunkach obciążenia możliwy jest ruch tylny kółka ślimakowego.

Ustalona literatura inżynierska formułuje to jeszcze bardziej jednoznacznie, wskazując konkretne zastosowanie:

W praktyce ślimak nie powinien być stosowany jako urządzenie hamujące w systemach związanych z bezpieczeństwem, np. w dźwigach. Niektóre materiały i warunki eksploatacyjne mogą prowadzić do cofania się przekładni ślimakowej.

Jeśli projektujesz dźwig, podnośnik, bramę lub dowolne urządzenie, w którym spadające obciążenie może skaleczyć osobę, konieczny jest hamulec. Geometria ślimaka nie stanowi jego zamiennika.

Oto podstawy inżynierskie tego stwierdzenia.

Kryterium samohamowania

Samozablokowanie zależy od relacji między kątem nachylenia śruby i kątem tarcia.

· Samozablokowanie występuje, gdy kąt nachylenia śruby wynosi arctan(współczynnika tarcia), zwykle w zakresie 2–8 stopni zakres

· Gdy kąt nachylenia jest mniejszy niż kąt tarcia, koło zębate ślimakowe nie może napędzać śruby w kierunku przeciwnym

· Warunek ten brzmi: kąt nachylenia < arctan(współczynnika tarcia)

Wszystkie trzy źródła formułują tę samą zasadę, używając różnych oznaczeń. Poniżej określonego kąta nachylenia przekładnia opiera się napędowi odwrotnemu.

Dlaczego ulega awarii

Kryterium to wykorzystuje współczynnik tarcia. Który współczynnik tarcia?

Dla zerowej prędkości poślizgu podawana wartość to 0.15. Jest to wartość statyczna i jednocześnie najwyższa wartość. Gdy tylko rozpocznie się poślizg, współczynnik tarcia maleje.

Jedno ze źródeł zaznacza, że współczynnik tarcia statycznego jest odpowiednim parametrem dla granicy samozablokowania właśnie dlatego, że przekładnia nie może zostać uruchomiona.

To mechanizm leżący u podstaw tych awarii. W stanie spoczynku tarcie jest wysokie, a napęd utrzymuje obciążenie. Wprowadzenie wibracji powoduje mikroruchy napędu. Mikroruchy przesuwają warunki styku od stanu statycznego ku stanowi dynamicznemu, w którym tarcie jest niższe. Kąt tarcia dostępny do utrzymania obciążenia zmniejsza się, a obciążenie zaczyna się przesuwać.

Wibracje nie są warunkiem egzotycznym. Maszyna pracująca w pobliżu, uruchomienie silnika zamontowanego na tej samej ramie lub przejeżdżający obok budynku pojazd — wszystko to może pokonać samohamowność statyczną.

W opublikowanej literaturze, jaką udało nam się znaleźć, nie istnieje żaden ilościowy współczynnik obniżenia wydajności z uwagi na wibracje. Brak takich danych jest sam w sobie informacyjny: inżynierską odpowiedzią nie jest obniżanie wydajności przy samohamowności, lecz rezygnacja z jej wykorzystania.

Sprawność: rzeczywiste dane

Samohamowność i sprawność to dwa różne spojrzenia na tę samą geometrię. Napęd, który przeciwdziała napędaniu od strony wyjściowej, to napęd marnujący dużą ilość energii podczas ruchu w kierunku roboczym.

Sprawność przekładni ślimakowej w zależności od liczby zwojów. Zachowanie samohamowne występuje wyłącznie w obszarze niskiej sprawności.

Podstawowy wzór:

η = tan(λ) / tan(λ + φ)

gdzie λ to kąt pochylenia linii śrubowej ślimaka, a φ to równoważny kąt tarcia.

Opublikowany przykład obliczeniowy: dla ślimaka jednozwojowego o λ = 5 stopni i φ = 6 stopni sprawność wynosi 45,01%.

Sprawność w zależności od liczby zwojów ślimaka:

Dla konstrukcji o wysokiej sprawności zalecany kąt pochylenia wynosi 10–20 stopni . Należy zauważyć, że wartość ta znacznie przekracza pasmo samohamulcowe (2–8 stopni). Nie można osiągnąć obu tych cech jednocześnie.

Jedno źródło podaje ogólny zakres sprawności od 98% przy najniższych przełożeniach do 20% przy najwyższych. Inne źródło wskazuje na zakres 50–90%, zależny od kąta pochylenia, liczby startów oraz tarcia.

Kompromis jest nieunikniony: samohamowność powoduje utratę ponad połowy mocy wejściowej.

Co to oznacza dla specyfikacji

Jeśli wymagana jest samohamowność:

· Przyjmij gwint jednozwojowy, mały kąt pochylenia linii śrubowej (lead angle), sprawność 40–50%

· Dobierz moc silnika z uwzględnieniem strat, a nie tylko obciążenia

· Dobierz przekładnię z uwzględnieniem odprowadzania ciepła, ponieważ tracona energia zamienia się w ciepło

·Wciąż zainstaluj hamulec jeśli skutkiem napędu od strony wyjściowej mogą być obrażenia lub uszkodzenia

Jeśli wymagana jest wysoka sprawność:

· Gwint wielozwojowy, kąt pochylenia linii śrubowej 10–20°, sprawność 78–92%

· Zaakceptować, że napęd będzie działał w trybie cofania

· Zainstalować hamulec, obciążenie przeciwwagowe lub użyć innego typu przekładni

Jeśli wymagane są oba te rozwiązania, przekładnia ślimakowa jest nieodpowiednim wyborem. Rozważ przekładnię helikalną lub stożkowo-helikalną z odpowiednim hamulcem zatrzymującym.

Ograniczenia termiczne

Skrzynie przekładniowe ślimakowe są zwykle ograniczone termicznie, a nie mechanicznie . Zęby kół przekładni mogą przenosić większy moment obrotowy niż skrzynia jest w stanie rozpraszać w postaci ciepła.

Jest to bezpośredni skutek podanych powyżej wartości sprawności. Przekładnia ślimakowa o jednym zaczepie o sprawności 45% przekształca ponad połowę mocy wejściowej w ciepło w niewielkiej obudowie. Dlatego katalogi skrzyń przekładniowych ślimakowych podają osobno moc cieplną i moc mechaniczną, a często właśnie moc cieplna stanowi decydujące ograniczenie.

Konsekwencje praktyczne:

· Moc ciągła jest znacznie niższa niż moc chwilowa

· Temperatura otoczenia ma znaczenie; skrzynia o podanej mocy w warsztacie o temperaturze 20 °C zachowuje się inaczej w pomieszczeniu produkcyjnym o temperaturze 40 °C

· Wymuszona chłodzenie lub większa obudowa jest często tańsze niż radzenie sobie z przedwczesnym uszkodzeniem

Zakres stosunku

Pokrywy przekładni ślimakowych o jednostopniowym redukowaniu 5:1 do 75:1 zgodnie z jednym źródłem, podczas gdy inne podają zakres 5:1 do 300:1 dla przekładni ślimakowych przeznaczonych specjalnie do dużych redukcji.

Prawdziwą zaletą przekładni ślimakowej jest możliwość osiągnięcia wysokiego stosunku redukcji w jednej stopniu, a także układ pod kątem prostym i cicha praca wynikająca ze ślizgowego kontaktu. To właśnie te cechy stanowią powód wyboru tej przekładni. Samohamowność nie powinna znajdować się na liście zalet.

Dla standardowego kąta nacisku normalnego wynoszącego 20 stopni kąt pochylenia linii śrubowej powinien pozostawać poniżej 25 stopni .

Materiały

Koła ślimakowe wykonane są z brązu i pracują w parach ze ślimakiem z hartowanej stali. Powodem jest ślizgowy charakter kontaktu: przekładnia ślimakowa działa przez poślizg, a nie toczenie, dlatego para elementów wymaga materiałów różnorodnych, które dobrze sprawdzają się przy ślizgu i mają dobre właściwości wpasowywania się. Połączenie brązu ze stalą to rozwiązanie, które sprawdza się w praktyce.

Ślimak jest hartowany i szlifowany; kółko jest elementem zużywającym się w pierwszej kolejności. Jest to zamierzone. Gdy napęd się zużyje, wymienia się tańszy i łatwiejszy w wymianie element.

Prędkość liniowa na linii podziału może osiągnąć 30 m/s w warunkach idealnych, ale większość przemysłowych przekładni ślimakowych pracuje znacznie poniżej tej wartości.

Najczęściej zadawane pytania

Czy mogę użyć przekładni ślimakowej do utrzymywania obciążenia bez hamulca?

Nie tam, gdzie spadanie obciążenia może spowodować szkodę. Opublikowane wytyczne AGMA oraz uznane źródła inżynierskie wyraźnie stwierdzają, że zestawy ślimakowe nie powinny być uznawane za samohamujące i szczególnie ostrzegają przed ich stosowaniem jako urządzenia hamujące w dźwigach.

Moja przekładnia ślimakowa utrzymuje obciążenie przez lata bez poślizgu. Czy nie jest więc samohamująca?

Jest ona statycznie samohamująca w obecnych warunkach. Zmiana smaru, zużycie zębów, drgania od nowego sprzętu lub zwiększenie obciążenia mogą to zmienić. Samohamowność to stan, a nie właściwość.

Dlaczego moja przekładnia ślimakowa tak bardzo się nagrzewa?

Ponieważ przekładnie ślimakowe są niewydajne, a tracona moc zamienia się w ciepło. Sprawdź, czy pracujesz w granicach dopuszczalnej mocy cieplnej, a nie mechanicznej; są to różne wartości, przy czym ograniczenie cieplne zwykle występuje wcześniej.

Czy przekładnia ślimakowa z podwójnym zaczepem rozwiąże mój problem niskiej wydajności?

Zwiększy ona wydajność z zakresu 40–50% do zakresu 70–78%. Usunie również wszelkie zachowanie samohamulcowe. Upewnij się, że żaden element maszyny nie zależy od tej cechy.

Jaką wartość wydajności powinienem użyć do doboru silnika?

Użyj wartości odpowiadającej konkretnemu przełożeniu i liczbie zaczepów, podanej przez producenta przekładni — nie korzystaj z wartości uogólnionych. Zakres wydajności wśród różnych konstrukcji przekładni ślimakowych jest na tyle szeroki, że założenie uogólnione spowoduje nieprawidłowy dobór mocy silnika.

Czy brąz jest jedyną opcją dla kółka ślimakowego?

Jest to standard uzasadniony dobrymi powodami, ale konkretny rodzaj brązu zależy od warunków eksploatacji. Określ odpowiedni gatunek razem z dostawcą przekładni, uwzględniając obciążenie, prędkość i cykl pracy.

Firma Tianjin HaoRongShengYe Electrical Equipment Co., Ltd. produkuje zestawy ślimaków i kół ślimakowych, w których koło brązowe współpracuje ze ślimakiem wykonanym ze zahartowanej, szlifowanej stali. Dostępne są wersje jedno- i wielozaczepowe. Podaj nam przełożenie, cykl pracy oraz informację, czy napęd musi zapobiegać ruchowi odwrotnemu – powiemy Ci szczerze, czy przekładnia ślimakowa jest odpowiednim rozwiązaniem dla Twojego obciążenia.