Princípios de configuração e experiência prática dos sistemas de transmissão de engrenagens de eixo não paralelas de vários estágios
A transmissão de engrenagens de eixo não paralelo de vários estágios, incluindo formas de transmissão espaciais, como engrenagens convexas, engrenagens helicoidais cruzadas e engrenagens de verme, é amplamente aplicada em equipamentos mecânicos industriais.O núcleo do seu projeto de layout é equilibrar a confiabilidade da transmissão, a compacidade estrutural e a economia de processo.É necessário seguir princípios de concepção normalizados e combinar experiência prática de engenharia para evitar riscos comunsO presente documento define sistematicamente os princípios fundamentais de organização,experiência prática em engenharia e esquemas de layout típicos do sistema, que tem orientação teórica e operabilidade prática.
1Princípios básicos de organização
1.1 Princípios de atribuição do rácio de transmissão
Estabilização razoável, pequena na frente e grande na traseiraA etapa de alta velocidade (próxima ao extremo de entrada de potência, como o motor) adota uma taxa de transmissão menor,e o estágio de baixa velocidade adota um maior. Uma pequena taxa de transmissão no estágio de alta velocidade pode reduzir a velocidade de rotação e a carga inercial, evitando o desgaste excessivo das engrenagens do estágio de alta velocidade;Uma grande taxa de transmissão na fase de baixa velocidade pode satisfazer a demanda total de transmissão e corresponder à condição de trabalho de alto binário na extremidade de baixa velocidade..Valores de referência convencionais baseados em normas de concepção mecânica: relação de transmissão i de engrenagem cônica reta de um estágio ≤ 5, engrenagem cônica espiral de um estágio ≤ 8, engrenagem hélice cruzada ≤ 8,e a engrenagem de minhoca de um estágio é 10~80 (reduzida para 8~60 em condições de carga pesada)A atribuição da taxa de transmissão total de vários estágios deve evitar uma taxa de transmissão de um estágio excessivamente grande para evitar uma resistência insuficiente das engrenagens e vibrações intensificadas.
Igualdade de Força, Prolong Service LifeThe contact strength and bending strength allowances of each stage gear pair should tend to be consistent to avoid premature failure of a certain stage gear due to load concentrationPor exemplo, se a relação de transmissão total de três estágios i_total = 60, pode ser alocada como i1=3, i2=4, i3=5 para realizar uma distribuição de carga uniforme em todos os estágios.
Adaptados às condições de trabalho, os sistemas de regulação flexível de transmissão servo ou de precisão devem seguir o princípio da inércia de rotação mínima,e a taxa de transmissão do estágio de alta velocidade deve ser menor para melhorar a resposta dinâmica do sistemaNo caso dos sistemas de transmissão pesados e de baixa velocidade, a taxa de transmissão do estágio de baixa velocidade pode ser aumentada adequadamente para reduzir o diâmetro do eixo e o tamanho do rolamento e os custos de controlo.
1.2 Princípios de construção do eixo e de organização espacial
Correspondência de eixo, direção de rotação controlávelClarificar o ângulo incluído no eixo de cada estágio (Σ=90° é o ângulo incluído padrão mais comumente utilizado),controlar a direção de rotação do eixo de saída através da combinação da direção da hélice da engrenagem e do número de dentes, e tentar evitar a adição de engrenagens de marcha lenta adicionais para reduzir a perda de transmissão e a ocupação de espaço.
Fluxo de potência suave, sem interferênciasPara o traçado em série de vários estágios, o traçado do eixo deve garantir que o fluxo de potência seja transmitido em uma única direção,evitando o momento de dobra adicional e a carga alternada no rolamento, o que pode causar deformações no eixo ou danos precoces no rolamento.
A estrutura é compacta, considerando a rigidez. As engrenagens de engrenagem são preferencialmente dispostas numa forma de vértice comum para reduzir consideravelmente o tamanho do eixo.os engrenagens helicoidais cruzados devem corresponder razoavelmente ao ângulo da hélice e ao ângulo de intersecção do eixo para reduzir a distância do centroAs engrenagens de minhoca devem estar preferencialmente dispostas num tipo de montagem inferior (minhoca debaixo da engrenagem de minhoca) para assegurar uma lubrificação suficiente,e tipos montados na parte superior ou lateral podem ser selecionados para cenários de alta velocidade e carga pesada para reduzir a perda de agitaçãoEnquanto isso, o par de engrenagens deve ser colocado entre dois rolamentos para evitar um cantilever excessivamente longo.O eixo de cantilever precisa ser espessado ou adicionado com suporte auxiliar para melhorar a rigidez do eixo.
Adapta-se a toda a máquina, fácil integraçãoA posição relativa (vertical, cruzada, deslocada) do eixo de entrada/saída deve corresponder ao espaço total do equipamento,e ângulos incluídos padrão (90°), 45°) são preferidos para reduzir a dificuldade de processamento e montagem personalizados.
1.3 Princípios de equilíbrio da força e da carga
Para os engrenagens em espiral, a direção da hélice pode ser ajustada para que a força axial aponte para o centro da largura do rolamento, reduzindo a deformação do eixo;em séries de várias fases, as forças axiais dos estágios adjacentes devem ser tão opostas quanto possível para compensar uma a outra, reduzindo a carga do rolamento e prolongando a vida útil do rolamento.
Evitar a carga excêntrica, controlar a precisão de alinhamento Controlar rigorosamente a precisão de alinhamento do par de engrenagens de acordo com os requisitos da norma GB/T 10095.1-2008 de precisão de engrenagem.Os engrenagens de bével devem assegurar a coincidência do ápice do cone, e o erro de ângulo incluído no eixo é geralmente controlado em ±10′~±30′ (ajustado de acordo com o grau de precisão) para evitar o desgaste local das engrenagens e a quebra dos dentes causada pela concentração de carga.O estágio de baixa velocidade transmite grande torque, por isso deve ser organizado perto da extremidade de saída, e o diâmetro do eixo e o tamanho do rolamento devem ser aumentados sincronicamente para melhorar a capacidade de rolamento.O projeto do diâmetro do eixo deve satisfazer os requisitos de verificação da resistência à torção e da rigidez.
1.4 Princípios de lubrificação, dissipação de calor e controlo de precisão
Método de lubrificação Adapta-se às condições de trabalho A lubrificação por esguicho pode ser adotada para transmissões de média e baixa velocidade (velocidade linear v< 10 m/s, aplicável a engrenagens cónicas e engrenagens helicoidais cruzadas),e o nível de óleo deve ser controlado a 1/3~1/2 do raio da engrenagem mais baixaA lubrificação por injecção de óleo sob pressão é necessária para transmissões de alta velocidade (v≥10 m/s) e de carga pesada, com a pressão de injecção de óleo controlada em 0,15~0.3MPa para assegurar um abastecimento suficiente de óleo na zona de malhagemPara a transmissão de engrenagens de minhoca, pode utilizar-se lubrificação por salpicos para o tipo montado na parte inferior e é necessária lubrificação por injecção de óleo sob pressão para o tipo montado na parte superior.A temperatura do óleo deve ser controlada para não exceder 80°C (90°C em condições de carga pesada) para evitar falhas na lubrificação, em conformidade com a especificação de lubrificação de engrenagens GB/T 30582-2014.A lubrificação por névoa de óleo pode ser adotada para melhorar ainda mais a fiabilidade da lubrificação e o efeito de dissipação de calor..
Fortalecer a dissipação de calor, assegurar o equilíbrio térmico A eficiência de transmissão dos eixos não paralelos é ligeiramente inferior à dos eixos paralelos.A eficiência de transmissão das engrenagens cónicas (grau de precisão 5~8) é de 95%~98%, e a das engrenagens de minhoca (minhoca de cabeça única) é de 70% a 90% (pode ser aumentada para 85% a 95% para minhocas de várias cabeças).A estrutura da caixa deve ser razoavelmente concebida com barbatanas de dissipação de calor,adição de tubos de óleo de arrefecimento ou de ventiladores. The area of heat dissipation fins should be determined according to temperature rise calculation to avoid excessive temperature rise (usually controlled within 40℃) leading to gear scuffing and pitting, em conformidade com a especificação GB/T 14039-2002 relativa à elevação da temperatura dos dispositivos de transmissão de engrenagens.A transmissão de engrenagem de minhoca tradicional tem óbvia geração de calor devido à alta velocidade de deslizamento da superfície do dente de malha, o projecto de dissipação de calor deve ser reforçado de forma enfática.
A precisão da engrenagem do estágio de alta velocidade é selecionada como grau 5~6, a do estágio de baixa velocidade como grau 7~8, em conformidade com o GB/T 10095.1-2008.e a transmissão de precisão (como o sistema servo) como grau 4~5A precisão das engrenagens cóvicas de inclinação fina deve também referir-se aos requisitos da norma GB/T 10225-2025.A freqüência natural de cada fase do eixo deve evitar a velocidade de trabalho (com uma margem de segurança de 1.2~1.4 vezes reservados), e a ressonância deve ser evitada através de análise modal.carga leve e média, que pode amortecer o impacto; a superfície de dente duro médio (350~450HBW) é adequada para cargas médias e de alta velocidade, médias e pesadas; a superfície de dente duro (dureza > 450HBW,carburizado e apagado) é selecionado para cenários de alta velocidade e carga pesada para melhorar a capacidade de suporteAs ligas de alta resistência, tais como o 20CrMnTi, são preferidas para os materiais de engrenagem, em conformidade com os requisitos das normas de material de projeto de engrenagem.
1.5 Princípios de montagem, manutenção e processo
Fácil montagem e regulaçãoO corpo da caixa é preferencialmente de tipo dividido (divisão horizontal ou vertical) para facilitar a instalação, o alinhamento e o ajuste do par de engrenagens;o par de engrenagens cónicas deve estar equipado com juntas de regulação axial para controlar com precisão a lacuna de malhagem e a área de contato.
O corpo da caixa está equipado com um medidor de nível de óleo, que permite a fixação de um nível de óleo em um dos eixos do eixo.embraiagem de descarga de óleo e embraiagem de respirador, e as janelas de detecção estão reservadas em partes-chave para facilitar a inspecção e manutenção diárias.O ângulo de intersecção do eixo e os modelos de rolamentos são preferidos para reduzir o custo de processamento e peças sobressalentes.
2Experiência prática em engenharia
2.1 Experiência prática na atribuição do rácio de transmissão
Quando a relação de transmissão total exceder 80, é preferível a combinação de engrenagem de minhoca + engrenagem de convecção,quando o engrenagem de minhoca desempenha a principal tarefa de desaceleração e o engrenagem bismal é responsável pela mudança de direção, evitando o acúmulo de erros no eixo causados por uma série de engrenagens cóvicas de vários estágios; quando a relação de transmissão total for de 30 a 80,a combinação de engrenagem de convecção + engrenagem cilíndrica pode ser adotada para equilibrar a mudança de direção e a capacidade de rolamento.
No projeto real, se a taxa de transmissão de um estágio precisar exceder o intervalo convencional (como a engrenagem cônica reta i=6~7),A resistência insuficiente deve ser compensada aumentando o módulo de engrenagem, adotando a superfície dura do dente, reforçando a rigidez do eixo, etc.O controlo da resistência ao contacto das engrenagens e da resistência à curvatura deve ser efectuado para evitar o desgaste prematuro do pinhão, em conformidade com a norma GB/T 3480.1-2018 de cálculo da capacidade de suporte das engrenagens.
No sistema de servo, a relação de transmissão do estágio de alta velocidade não deve ser muito grande (geralmente i≤4), caso contrário, a inércia de rotação do eixo de alta velocidade aumentará,reduzindo a velocidade de resposta do sistema e até afetando a precisão do controlo.
2.2 Experiência prática no traçado dos eixos
Se o espaço do equipamento for limitado e for necessário um cantilever, deve evitar-se, tanto quanto possível, a colocação de engrenagens cómodas com cantilever.o comprimento do cantilever não deve exceder 3 vezes o diâmetro do eixoAo mesmo tempo, o diâmetro do eixo deve ser espessado ou adicionado um suporte auxiliar, e o diâmetro do eixo deve satisfazer a verificação de rigidez (defleção ≤ 0.01 mm) para evitar uma mal malha causada pela deformação do eixo, em conformidade com o padrão de rigidez de projeto do eixo.
Na transmissão de engrenagem helicoidal cruzada, o ângulo da hélice é geralmente de 15° a 30° e o ângulo de intersecção do eixo é preferencialmente de 90°, o que pode reduzir a força axial e melhorar a estabilidade da malha;se for necessário ajustar a direção de rotação do eixo de saída, pode ser realizado alterando a direção da hélice de uma engrenagem de estágio sem adicionar engrenagens de marcha lenta.
Para a disposição do engrenagem de minhoca, se for adotado o tipo montado mais abaixo, a altura do nível de óleo deve ser controlada para evitar perdas excessivas de agitação causadas pela imersão excessiva do minhoca;Se o tipo montado em cima for selecionado para cenários de alta velocidade e carga pesada,, deve ser adicionado um dispositivo de lubrificação forçada para assegurar um abastecimento suficiente de óleo na zona de malhagem.
2.3 Experiência prática em força e lubrificação
Se as forças axiais dos estágios adjacentes não puderem ser completamente compensadas na transmissão de vários estágios,devem ser selecionados rolamentos com maior capacidade de suporte (como rolamentos de esferas de contacto angulares e rolamentos de rolos cônicos);, and the bearing life should be calculated in accordance with GB/T 6391-2010 Calculation Standard for Rolling Bearing Life to ensure that the bearing life is not lower than the expected service life of the equipment and avoid bearing failure due to excessive loadPara os cenários de alta velocidade e alta carga, devem ser selecionados rolamentos de alta precisão e alta fiabilidade para satisfazer os requisitos de funcionamento do equipamento.
A seleção do óleo lubrificante deve corresponder às condições de trabalho da transmissão, em conformidade com o GB/T 30582-2014:O óleo de engrenagem de alta viscosidade (ISO VG 220~460) é selecionado para velocidades baixas e cargas pesadas (fator de carga K≥1).8), e óleo de engrenagem de baixa viscosidade (ISO VG 68~150) para velocidades elevadas e cargas leves (fator de carga K<1,2); special worm gear oil (containing extreme pressure and anti-wear additives) must be used for worm gear transmission to avoid insufficient lubrication and intensified tooth surface wear caused by ordinary gear oil, que é particularmente importante em equipamentos com uma elevada proporção de transmissão de engrenagem de minhoca.
O projeto da caixa deve assegurar um fluxo suave de óleo sem zonas mortas de acumulação de óleo e um canal de retorno de óleo deve ser definido para evitar a deterioração oxidativa causada pela retenção de óleo a longo prazo;em ambientes de alta temperatura, uma camada de isolamento térmico pode ser adicionada fora da caixa para melhorar o efeito de dissipação de calor.
2.4 Problemas comuns e métodos de prevenção
Ruído anormal de malha de engrenagem e vibração excessiva: causada principalmente por um erro de alinhamento do eixo excessivo, uma reação de malha desproporcionada ou uma rigidez insuficiente do eixo.Experiência:Controlar rigorosamente a coaxialidade do buraco de caixa de rolamento e o eixo incluído tolerância de ângulo durante a montagem■ controlar com precisão a reação de malhagem através de juntas de ajuste; aumentar o diâmetro do eixo ou definir endurecedores para melhorar a rigidez da caixa e do eixo.
Danos prematuros ao rolamento: causados principalmente por sobreposição de forças axiais, má lubrificação ou desvio de instalação.Experiência:Otimizar a alocação da taxa de transmissão para compensar parte da força axialVerificar regularmente o nível de óleo e o estado do óleo lubrificante e substituí-lo a tempo; assegurar a precisão de correspondência do rolamento com o eixo e o assento do rolamento durante a instalação.
Pitting e scuffing da engrenagem: causados principalmente pela concentração de carga, temperatura excessiva do óleo ou falha da lubrificação.Experiência: controlar a precisão do alinhamento da engrenagem para evitar a carga excêntrica;reforçar as medidas de dissipação de calor para controlar a temperatura do óleo; selecionar óleo lubrificante adequado às condições de trabalho para assegurar um abastecimento suficiente de óleo na zona de malhagem.
Manutenção inconveniente: causada principalmente por um desenho de estrutura de caixa não razoável e dificuldade de desmontagem de rolamentos e engrenagens.Experiência: Adotar um corpo de caixa dividido e reservar espaço de desmontagem;Adotar uma estrutura desmontável para componentes-chave (como rolamentos) para evitar a desmontagem integral■ estabelecer janelas de inspecção para facilitar a detecção diária.
3Resumo
O traçado da transmissão de engrenagens de eixo não paralelas de vários estágios deve basear-se em princípios e complementar-se com a experiência,que não apenas satisfaça os requisitos de desempenho da transmissãoO projecto de um sistema de controlo de custos, que não só permite uma boa qualidade de trabalho, mas também proporciona uma boa resistência e precisão, tendo também em conta a conveniência de montagem e manutenção e o controlo dos custos.É necessário ajustar de forma flexível de acordo com as condições de trabalho do equipamento, dimensão do espaço, carga e outros factores, evitando, ao mesmo tempo, equívocos comuns de concepção, de modo a assegurar a operação estável e eficiente a longo prazo da rede de transporte.