EN
En kund specificerar en maskin med skruvformad växellåda för en lyftapplikation eftersom skruvdrivningar är självlåsande, vilket innebär att lasten inte kan röra sig baklänges. Ingen broms krävs – kostnaden minskar.
Detta resonemang förekommer i många maskinkonstruktioner, och det är tillräckligt farligt för att utgöra en explicit varning i en teknisk artikel från AGMA:
Obs: Skruvformade tandhjulssystem bör inte betraktas som självlåsande. Under vissa lastförhållanden är omvänd rotation av skruvhjulet möjlig.
En etablerad ingenjörsreferens uttrycker det ännu tydligare och namnger applikationen:
I praktiken bör en skruv inte användas som bromsanordning i säkerhetsrelaterade system, t.ex. lyftanordningar. Vissa material- och driftsförhållanden kan leda till att ett skruvtandhjulsutrustat system glider baklänges.
Om du konstruerar en lyftanordning, en hiss, en port eller något annat där en fallande last kan skada en person behöver du en broms. Skruvgeometrin är inte ett substitut.
Här är den ingenjörsmässiga förklaringen till detta.
Självlåsning beror på förhållandet mellan vindskenans lutningsvinkel och friktionsvinkeln. Offentliggjorda formuleringar av regeln från tre oberoende källor:
· Självlåsning uppstår när vindskenans lutningsvinkel är lika med arctan(friktionskoefficienten), vanligtvis i intervallet 2 till 8 grader räckvidd
· När lutningsvinkeln är mindre än friktionsvinkeln kan vindskenhjulet inte driva vindskenan baklänges
· Villkoret är: lutningsvinkel < arctan(friktionskoefficienten)
Alla tre uttrycker samma sak i olika notation. Under en viss lutningsvinkel motverkar drivningen bakdrift.
Kriteriet använder en friktionskoefficient. Vilken friktionskoefficient?
Vid noll glidhastighet är den offentliggjorda siffran 0.15. Det är det statiska värdet, och det är det högsta värdet. Så snart glidning börjar, minskar friktionskoefficienten.
En referens noterar att den statiska koefficienten är den relevanta för självlåsningsgränsen, just därför att växellådan inte kan startas.
Detta är mekanismen bakom felen. Vid vila är friktionen hög och drivningen håller. Introducera vibrationer, och drivningen utsätts för mikrorörelser. Mikrorörelser flyttar kontakten från statiskt till dynamiskt tillfälle, där friktionen är lägre. Friktionsvinkeln som finns tillgänglig för att hålla lasten minskar, och lasten börjar krypa.
Vibrationer är inte en exotisk förutsättning. En maskin som körs i närheten, en motor som startar på samma underrede eller ett fordon som passerar utanför byggnaden – allt detta kan övervinna statisk självlåsning.
Ingen kvantifierad vibrationsminskning finns i den publicerade litteratur vi kunde hitta. Denna frånvaro är i sig informativ: ingenjörslösningen är inte att minska självlåsningskapaciteten, utan att inte lita på den.
Självlåsning och verkningsgrad är två olika synsätt på samma geometri. En drivning som motverkar återdrift är en drivning som slösar bort mycket energi vid framåtdrift.
Vridningsdrivets verkningsgrad beroende på antalet startslingor. Självlåsningsbeteende finns endast i området med låg verkningsgrad.
Den styrande formeln:
η = tan(λ) / tan(λ + φ)
där λ är vridskruvens stigningsvinkel och φ är den ekvivalenta friktionsvinkeln.
Ett offentliggjort räkneexempel: för en vridskruv med en startslinga, där λ = 5 grader och φ = 6 grader, är verkningsgraden 45,01 %.
Verkningsgrad beroende på antalet startslingor för vridskruven:
| Vridskruvtyp | Offentliggjord verkningsgrad |
| Enkelstartslinga | 40 till 50 % |
| Enkel start, goda förhållanden och hög bearbetningsnoggrannhet | 50 till 70 % |
| Dubbel start | 70–78 % |
| Flerstarts | 78 till 92 % |
För högeffektiva konstruktioner är den rekommenderade ledvinkeln 10 till 20 grader . Observera att detta ligger långt över den självlåsande bandbredden på 2 till 8 grader. Båda kan inte uppnås samtidigt.
En referens anger den totala verkningsgradspannen som 98 % vid lägsta överförningsförhållandena, ned till 20 % vid högsta. En annan anger 50 till 90 % beroende på ledvinkel, antal starts och friktion.
Kompromissen är oundviklig: självlåsning gör att du förlorar mer än hälften av din inmatade effekt.
Om du behöver självlåsningsfunktion:
· Acceptera enkel start, låg stigningsvinkel, 40–50 % verkningsgrad
· Dimensionera motorn för förlusterna, inte bara för lasten
· Dimensionera växellådan för värmeutvecklingen, eftersom den förlorade effekten omvandlas till värme
·Montera ändå en broms om konsekvensen av bakåtdrift är skada eller personskada
Om du behöver hög verkningsgrad:
· Flervärdig start, 10–20 grader stigningsvinkel, 78–92 %
· Acceptera att drivningen kommer att backdrivas
· Montera en broms, en motvikt eller använd en annan typ av växellåda
Om du behöver bådadera är värmväxling fel val. Överväg istället en spiral- eller konisk-spiralväxellåda med en lämplig hållbroms.
Värmväxellådor är vanligtvis termiskt begränsade snarare än mekaniskt begränsade . Tänderna kan överföra mer vridmoment än lådan kan avleda som värme.
Detta är en direkt följd av effektivitetsvärdena ovan. En enkelgängad värmväxling med 45 % verkningsgrad omvandlar mer än hälften av insignalens effekt till värme i ett litet hölje. Därför anges termisk kapacitet separat från mekanisk kapacitet i kataloger för värmväxellådor, och den termiska kapaciteten är ofta den avgörande begränsningen.
Praktiska konsekvenser:
· Kontinuerliga driftvärden är mycket lägre än intermittenta värden
· Omgivningstemperaturen spelar roll; en låda som är certifierad för en verkstad på 20 grader beter sig annorlunda i ett maskinrum på 40 grader
· Tvingad kylning eller en större låda är ofta billigare än att hantera för tidig felaktighet
Enkla reduktionsväxlar med skruvformade hjul 5:1 till 75:1 enligt en källa, medan en annan anger 5:1 till 300:1 för skruvformade växlar som används särskilt för stora reduktioner.
Den höga reduktionsförmågan i en enda steg är den verkliga fördelen med skruvformade växlar, tillsammans med rätvinklig uppställning och den tysta drift som uppstår på grund av glidkontakten. Det är dessa skäl som gör att man väljer dem. Självlåsning bör inte ingå i listan.
För en standardnormaltryckvinkel på 20 grader bör ledvinkeln hållas under 25 grader .
Skruvformade hjul körs i brons mot en härdad stålskruv. Anledningen är glidkontakten: skruvformade växlar glider snarare än rullar, så parningen kräver olika material med goda glid- och inbäddningsegenskaper. Brons mot stål är den kombination som fungerar.
Vindlingsaxeln är härdad och slipad; hjulet är den förbrukningsdrivna komponenten. Detta är avsiktligt. När drivningen slits ut byter du ut den billigare och lättare delen.
Hastigheten vid pitchlinjen kan nå 30 m/s i idealiska förhållanden, men de flesta industriella vindlingsdrivningar går långt under detta värde.
Kan jag använda en vindlingsväxellåda för att hålla en last utan broms?
Inte där en fallande last kan orsaka skada. Offentlig vägledning från AGMA och etablerade tekniska referensverk anger tydligt att vindlingsutväxlingar inte bör betraktas som självlåsande, och varnar särskilt mot att använda dem som bromsanordningar i lyftanordningar.
Min vindlingsväxellåda har hållit en last i år utan att glida. Är den då inte självlåsande?
Den är statiskt självlåsande under sina nuvarande förhållanden. Byt smörjmedel, låt tandhjulet slitas, lägg till vibrationer från ny utrustning eller öka lasten – då kan det ändras. Självlåsning är ett tillfälle, inte en egenskap.
Varför blir min vindlingsväxellåda så varm?
Eftersom skruvdrivningar är ineffektiva och den förlorade effekten omvandlas till värme. Kontrollera om ni ligger inom den termiska belastningsgränsen snarare än den mekaniska belastningsgränsen; det är olika siffror och den termiska gränsen brukar vara den som gäller först.
Skulle en dubbelgängad skruv lösa mitt effektivitetsproblem?
Det skulle höja effektiviteten från 40–50-procentbandet till 70–78-procentbandet. Det eliminerar också all självlåsningsfunktion. Se till att ingenting i maskinen är beroende av just den funktionen.
Vilken effektivitet ska jag använda vid dimensionering av motorn?
Använd värdet för er specifika översättningsförhållande och gängantal från växellåverkens tillverkares data, inte ett generiskt värde. Variationen mellan olika skruvdrivningsdesigner är tillräckligt stor för att ett generiskt antagande skulle leda till felaktig motordimensionering.
Är brons det enda alternativet för skruvhjulet?
Det är standard av god anledning, men det specifika bronsmaterialet varierar beroende på driftförhållanden. Ange kvalitetsklassen tillsammans med er växellåverkstillverkare baserat på belastning, varvtal och driftcykel.
Tianjin HaoRongShengYe Electrical Equipment Co., Ltd. tillverkar skruv- och skruvhjulssatser, brons hjul mot härdad, slipad stålskruv, i enkel- och flerstartsutförande. Meddela oss förhållandet, driftcykeln och om drivningen måste kunna motstå bakåtdrift, så säger vi ärligt om skruvdrivning är det rätta valet för din last.
