เกียร์เวิร์มที่สามารถล็อกตัวเองได้ไม่ใช่เบรก: มาตรฐานระบุไว้จริงอย่างไร

ลูกค้าระบุให้ใช้เกียร์แบบเวิร์มสำหรับงานยกของ เนื่องจากเกียร์แบบเวิร์มมีคุณสมบัติล็อกตัวเองได้ จึงไม่สามารถให้โหลดเคลื่อนย้อนกลับลงมาได้ จึงไม่จำเป็นต้องติดตั้งเบรก ช่วยประหยัดต้นทุน

เหตุผลนี้ปรากฏอยู่ในแบบแปลนเครื่องจักรหลายแบบ และอันตรายพอที่จะถูกกล่าวไว้อย่างชัดเจนในฐานะคำเตือนในเอกสารทางเทคนิคของ AGMA

หมายเหตุ: ชุดเกียร์แบบเวิร์มไม่ควรพิจารณาว่าล็อกตัวเองได้ ภายใต้สภาวะโหลดบางประการ การหมุนย้อนกลับของเฟืองล้อเวิร์มอาจเกิดขึ้นได้

แหล่งอ้างอิงด้านวิศวกรรมที่เชื่อถือได้กล่าวอย่างตรงไปตรงมายิ่งกว่านั้น โดยระบุการใช้งานโดยตรง

ในทางปฏิบัติ ห้ามใช้เกียร์แบบเวิร์มเป็นอุปกรณ์เบรกสำหรับระบบที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัย เช่น รอกยกของ เนื่องจากเงื่อนไขบางประการของวัสดุและการใช้งานอาจทำให้เกียร์แบบเวิร์มเกิดการเลื่อนย้อนกลับ (backsliding)

หากคุณกำลังออกแบบรอกยกของ ลิฟต์ ประตู หรือสิ่งใดก็ตามที่หากของตกหล่นอาจก่อให้เกิดอันตรายต่อบุคคล คุณจำเป็นต้องติดตั้งเบรก รูปทรงเรขาคณิตของเกียร์แบบเวิร์มไม่สามารถแทนที่หน้าที่ของเบรกได้

นี่คือหลักการวิศวกรรมที่สนับสนุนข้อเท็จจริงข้างต้น

เกณฑ์การล็อกตัวเอง

การล็อกตัวเองขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ระหว่างมุมนำของเกลียวและมุมแรงเสียดทาน คำชี้แจงเกี่ยวกับกฎนี้ที่เผยแพร่จากแหล่งอิสระสามแหล่ง:

· การล็อกตัวเองเกิดขึ้นเมื่อมุมนำของเกลียวเท่ากับ arctan(สัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน) โดยทั่วไปอยู่ในช่วง 2 ถึง 8 องศา ระยะการใช้งาน

· เมื่อมุมนำน้อยกว่ามุมแรงเสียดทาน ล้อฟันเกลียวจะไม่สามารถขับเคลื่อนเกลียวย้อนกลับได้

· เงื่อนไขคือ: มุมนำ < arctan(สัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน)

ทั้งสามแหล่งกล่าวสิ่งเดียวกันด้วยสัญลักษณ์ที่ต่างกัน กล่าวคือ เมื่อมุมนำต่ำกว่าค่าหนึ่ง ระบบขับเคลื่อนจะต้านการขับย้อนกลับ

เหตุผลที่ล้มเหลว

เกณฑ์นี้ใช้สัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน แล้วสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานใด?

ที่ความเร็วการไถลเป็นศูนย์ ค่าที่เผยแพร่คือ 0.15. นั่นคือค่าสถิติ ซึ่งเป็นค่าสูงสุด และเมื่อการไถลเริ่มขึ้น ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจะลดลงทันที

แหล่งอ้างอิงหนึ่งระบุว่า สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบสถิติเป็นค่าที่เกี่ยวข้องกับขีดจำกัดการล็อกตัวเอง โดยเฉพาะเพราะเฟืองไม่สามารถเริ่มหมุนได้

นี่คือกลไกที่อยู่เบื้องหลังความล้มเหลว ขณะอยู่นิ่ง แรงเสียดทานมีค่าสูง และระบบขับเคลื่อนสามารถยึดตำแหน่งไว้ได้ แต่เมื่อมีการสั่นสะเทือนเกิดขึ้น ระบบขับเคลื่อนจะเกิดการเคลื่อนที่จุลภาค การเคลื่อนที่จุลภาคนี้ทำให้พื้นผิวสัมผัสเปลี่ยนจากสภาวะหยุดนิ่งไปสู่สภาวะเคลื่อนที่ ซึ่งแรงเสียดทานในสภาวะนี้ต่ำกว่า มุมแรงเสียดทานที่ใช้ยึดโหลดจึงลดลง และโหลดเริ่มเลื่อนไถล

การสั่นสะเทือนไม่ใช่สภาวะที่พบได้ยาก ตัวอย่างเช่น เครื่องจักรที่ทำงานอยู่ใกล้เคียง หรือมอเตอร์ที่เริ่มทำงานบนโครงเดียวกัน หรือแม้แต่ยานพาหนะที่แล่นผ่านภายนอกอาคาร ล้วนแต่สามารถทำลายความสามารถในการล็อกตัวเองแบบสถิตย์ได้

ไม่มีปัจจัยการปรับลดประสิทธิภาพเนื่องจากการสั่นสะเทือนที่ระบุเป็นตัวเลขไว้ในเอกสารทางวิชาการที่เราค้นพบ การไม่มีข้อมูลดังกล่าวก็ให้ข้อมูลเชิงลึกในตัวมันเอง คำตอบเชิงวิศวกรรมไม่ใช่การปรับลดค่าความสามารถในการล็อกตัวเองแบบสถิตย์ แต่คือการไม่พึ่งพาความสามารถนั้นเลย

ประสิทธิภาพ: ตัวเลขจริง

การล็อกตัวเองแบบสถิตย์กับประสิทธิภาพเป็นสองมุมมองของรูปทรงเรขาคณิตเดียวกัน ระบบขับเคลื่อนที่ต้านการหมุนย้อนกลับ คือระบบขับเคลื่อนที่สูญเสียพลังงานจำนวนมากขณะขับเคลื่อนไปข้างหน้า

ประสิทธิภาพของการส่งกำลังแบบเวิร์มตามจำนวนเกลียวเริ่มต้น คุณสมบัติการล็อกตัวเองเกิดขึ้นได้เฉพาะในช่วงที่มีประสิทธิภาพต่ำ

สูตรหลัก:

η = tan(λ) / tan(λ + φ)

โดยที่ λ คือมุมนำของเวิร์ม (worm lead angle) และ φ คือมุมแรงเสียดทานเทียบเท่า

ตัวอย่างการคำนวณที่เผยแพร่แล้ว: สำหรับเวิร์มแบบเกลียวเดี่ยวที่มี λ = 5 องศา และ φ = 6 องศา ประสิทธิภาพจะเท่ากับ 45.01%

ประสิทธิภาพตามจำนวนเกลียวเริ่มต้นของเวิร์ม:

สำหรับการออกแบบที่เน้นประสิทธิภาพสูง มุมนำที่แนะนำคือ 10 ถึง 20 องศา โปรดทราบว่าค่าดังกล่าวสูงกว่าช่วงมุมที่ทำให้ล็อกตัวเองได้ (2 ถึง 8 องศา) อย่างมาก ท่านจึงไม่สามารถมีทั้งสองคุณสมบัตินี้พร้อมกันได้

แหล่งอ้างอิงหนึ่งระบุว่าประสิทธิภาพโดยรวมอยู่ที่ 98% สำหรับอัตราส่วนต่ำสุด ลดลงเหลือ 20% สำหรับอัตราส่วนสูงสุด อีกแหล่งหนึ่งระบุว่าอยู่ระหว่าง 50 ถึง 90% ขึ้นอยู่กับมุมนำ จำนวนเกลียวที่เริ่มต้น และแรงเสียดทาน

การแลกเปลี่ยนนี้หลีกเลี่ยงไม่ได้: การล็อกตัวเองทำให้สูญเสียพลังงานนำเข้ามากกว่าครึ่งหนึ่ง

สิ่งนี้มีความหมายอย่างไรต่อข้อกำหนดทางเทคนิค

หากคุณต้องการคุณสมบัติการล็อกตัวเอง:

· ใช้เกลียวแบบเริ่มต้นเดี่ยว มุมนำต่ำ ประสิทธิภาพ 40 ถึง 50%

· เลือกขนาดมอเตอร์ตามการสูญเสียพลังงาน ไม่ใช่แค่ตามภาระที่ใช้งาน

· เลือกขนาดเกียร์บ็อกซ์ตามความสามารถในการจัดการความร้อน เพราะพลังงานที่สูญเสียไปจะเปลี่ยนเป็นความร้อน

·ยังคงต้องติดตั้งเบรก หากผลที่ตามมาจากการหมุนย้อนกลับอาจก่อให้เกิดอันตรายหรือความเสียหาย

หากคุณต้องการประสิทธิภาพสูง:

· ใช้เกลียวแบบเริ่มต้นหลายช่วง มุมนำ 10 ถึง 20 องศา ประสิทธิภาพ 78 ถึง 92%

· ยอมรับว่าเพลาขับจะถูกหมุนย้อนกลับ

· ติดตั้งเบรก ใช้น้ำหนักต้าน หรือเปลี่ยนไปใช้เกียร์ชนิดอื่น

หากต้องการทั้งสองอย่าง การใช้เกียร์แบบเวิร์มจึงไม่เหมาะสม ควรพิจารณาใช้เกียร์แบบเฮลิคอล หรือแบบเบเวล-เฮลิคอล พร้อมเบรกสำหรับยึดตำแหน่งที่เหมาะสม

ขีดจำกัดทางความร้อน

กล่องเกียร์แบบเวิร์มมัก ถูกจำกัดด้วยความร้อนมากกว่าข้อจำกัดเชิงกล ฟันเฟืองสามารถส่งแรงบิดได้มากกว่าที่ตัวเรือนจะระบายความร้อนออกไปได้

นี่เป็นผลโดยตรงจากค่าประสิทธิภาพที่ระบุข้างต้น เกียร์เวิร์มแบบเกลียวเดี่ยวที่มีประสิทธิภาพ 45% จะเปลี่ยนพลังงานนำเข้ามากกว่าครึ่งหนึ่งให้กลายเป็นความร้อนภายในตัวเรือนขนาดเล็ก จึงเป็นเหตุผลที่แคตาล็อกเกียร์เวิร์มมักระบุค่าความสามารถในการรับความร้อนแยกต่างหากจากค่าความสามารถเชิงกล และมักพบว่าค่าความสามารถในการรับความร้อนคือข้อจำกัดหลัก

ผลที่เกิดขึ้นจริง:

· ค่ากำลังที่ระบุสำหรับการใช้งานต่อเนื่องต่ำกว่าค่ากำลังสำหรับการใช้งานแบบช่วงสั้นๆ มาก

· อุณหภูมิแวดล้อมมีผลสำคัญ; กล่องเกียร์ที่ระบุค่าในห้องปฏิบัติการที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส จะให้พฤติกรรมต่างออกไปเมื่อใช้งานในห้องเครื่องที่อุณหภูมิ 40 องศาเซลเซียส

· การระบายความร้อนแบบบังคับหรือใช้กล่องขนาดใหญ่กว่ามักมีราคาถูกกว่าการจัดการกับความล้มเหลวที่เกิดขึ้นก่อนกำหนด

ช่วงอัตราส่วน

ฝาครอบเกียร์เวิร์มแบบลดอัตราส่วนเดียว 5:1 ถึง 75:1 ตามแหล่งอ้างอิงหนึ่งระบุไว้ ขณะที่อีกแหล่งหนึ่งให้ช่วงอัตราส่วน 5:1 ถึง 300:1 สำหรับเกียร์เวิร์มที่ใช้เฉพาะในงานที่ต้องการลดอัตราส่วนสูง

ความสามารถในการบรรลุอัตราส่วนสูงในขั้นตอนเดียวคือข้อได้เปรียบที่แท้จริงของเกียร์เวิร์ม ควบคู่ไปกับการจัดวางแบบมุมฉาก และการหมุนอย่างเงียบสงบซึ่งเกิดจากการสัมผัสแบบเลื่อนไถล นี่คือเหตุผลหลักที่ควรเลือกใช้เกียร์ประเภทนี้ ส่วนคุณสมบัติแบบล็อกตัวเอง (self-locking) ไม่ควรถูกนับรวมเป็นเหตุผลในการเลือก

สำหรับมุมแรงดันปกติมาตรฐานที่ 20 องศา มุมนำ (lead angle) ควรคงอยู่ต่ำกว่า 25 องศา .

วัสดุ

เฟืองเวิร์ม (worm wheel) ทำจากบรอนซ์ ทำงานร่วมกับแกนเวิร์ม (worm) ที่ผ่านการชุบแข็งแล้วด้วยเหล็กกล้า เหตุผลคือการสัมผัสแบบเลื่อนไถล: เกียร์เวิร์มทำงานโดยการเลื่อนไถลมากกว่าการกลิ้ง ดังนั้นคู่ชิ้นส่วนจึงจำเป็นต้องทำจากวัสดุต่างชนิดกัน ซึ่งมีคุณสมบัติเหมาะสมต่อการเลื่อนไถลและการฝังตัว (embedding) อย่างดี บรอนซ์คู่กับเหล็กกล้าคือการจับคู่ที่ให้ผลดีที่สุด

หนอนเกียร์ถูกทำให้แข็งและขัดผิว; ล้อเกียร์คือชิ้นส่วนที่ต้องเปลี่ยนบ่อยที่สุด ซึ่งเป็นไปตามวัตถุประสงค์โดยเจตนา เมื่อระบบขับเคลื่อนสึกหรอ คุณจะเปลี่ยนชิ้นส่วนที่มีราคาถูกกว่าและติดตั้งได้ง่ายกว่า

ความเร็วเชิงเส้นที่แนว pitch อาจสูงถึง 30 เมตรต่อวินาทีในสภาวะที่เหมาะสมที่สุด แต่เกียร์หนอนในงานอุตสาหกรรมส่วนใหญ่กลับทำงานที่ความเร็วต่ำกว่านี้มาก

คำถามที่พบบ่อย

ฉันสามารถใช้เกียร์หนอนเพื่อหยุดยึดโหลดไว้โดยไม่ต้องใช้เบรกได้หรือไม่

ไม่สามารถทำได้ในกรณีที่การลดระดับของโหลดอาจก่อให้เกิดอันตราย คำแนะนำอย่างเป็นทางการจาก AGMA และเอกสารอ้างอิงด้านวิศวกรรมที่ยอมรับกันโดยทั่วไประบุอย่างชัดเจนว่าชุดเกียร์หนอนไม่ควรพิจารณาว่ามีคุณสมบัติ self-locking และเตือนอย่างเฉพาะเจาะจงว่าห้ามใช้เป็นอุปกรณ์เบรกในระบบยกของ

เกียร์หนอนของฉันสามารถยึดโหลดไว้ได้หลายปีโดยไม่เลื่อนไถล แสดงว่ามันไม่มีคุณสมบัติ self-locking หรือไม่

มันมีคุณสมบัติ self-locking แบบสถิตภายใต้สภาวะปัจจุบันเท่านั้น หากคุณเปลี่ยนสารหล่อลื่น ปล่อยให้เกียร์สึกหรอ เพิ่มแรงสั่นสะเทือนจากอุปกรณ์ใหม่ หรือเพิ่มน้ำหนักโหลด คุณสมบัตินี้อาจเปลี่ยนแปลงได้ ดังนั้น self-locking จึงเป็นสภาวะหนึ่ง ไม่ใช่คุณสมบัติถาวร

ทำไมเกียร์หนอนของฉันจึงร้อนจัด

เนื่องจากเกียร์แบบเวิร์มมีประสิทธิภาพต่ำ และพลังงานที่สูญเสียไปจะเปลี่ยนเป็นความร้อน โปรดตรวจสอบว่าคุณอยู่ภายในขีดจำกัดอุณหภูมิ ไม่ใช่ขีดจำกัดเชิงกล เพราะทั้งสองค่าต่างกัน และมักจะถูกจำกัดด้วยขีดจำกัดอุณหภูมิก่อน

การใช้เวิร์มแบบสองเกลียวจะช่วยแก้ปัญหาประสิทธิภาพของฉันได้หรือไม่

จะทำให้ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นจากช่วงร้อยละ 40 ถึง 50 เป็นช่วงร้อยละ 70 ถึง 78 แต่ยังทำให้สูญเสียคุณสมบัติการล็อกตัวเองทั้งหมด ดังนั้นโปรดตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีส่วนใดของเครื่องจักรพึ่งพาคุณสมบัตินี้

ควรใช้ค่าประสิทธิภาพเท่าใดในการเลือกขนาดมอเตอร์

ควรใช้ค่าที่ระบุไว้สำหรับอัตราทดและจำนวนเกลียวเฉพาะของคุณ ซึ่งได้จากข้อมูลของผู้ผลิตเกียร์ ไม่ใช่ค่าโดยทั่วไป เนื่องจากช่วงของประสิทธิภาพในแบบเวิร์มต่าง ๆ มีความกว้างมากพอที่การสมมุติค่าทั่วไปอาจทำให้เลือกมอเตอร์มีขนาดไม่เหมาะสม

บรอนซ์เป็นวัสดุเพียงชนิดเดียวที่ใช้ได้สำหรับเฟืองเวิร์มหรือไม่

บรอนซ์เป็นมาตรฐานที่ใช้กันทั่วไปด้วยเหตุผลที่ดี แต่ชนิดของบรอนซ์ที่ใช้จะแตกต่างกันไปตามภาระงาน โดยคุณควรระบุเกรดของบรอนซ์ให้ผู้จัดจำหน่ายเกียร์ทราบ ตามปัจจัย เช่น ภาระ ความเร็ว และรอบการทำงาน

บริษัท เทียนจิน เห้า ร่ง เสิง เย่ อิเล็กทริคอล อีควิปเมนต์ จำกัด ผลิตชุดเกียร์แบบเวิร์มและเฟืองเวิร์ม ประกอบด้วยเฟืองบรอนซ์คู่กับเพลาเวิร์มที่ผ่านการชุบแข็งและขัดผิวอย่างแม่นยำ พร้อมให้เลือกทั้งแบบเกลียวเดี่ยวและแบบหลายเกลียว โปรดแจ้งอัตราส่วนที่ต้องการ รอบการทำงาน และความจำเป็นในการต้านการหมุนย้อนกลับของระบบขับเคลื่อน เราจะประเมินอย่างตรงไปตรงมาว่าเกียร์แบบเวิร์มเหมาะสมกับภาระงานของท่านหรือไม่