Тристепенни технологии за предаване на мощност под ъгъл от 90 градуса

Три фундаментално различни архитектури на зъбни колела могат да пренасочат мощността под ъгъл от 90 градуса: конусни зъбни колела (прави, спирални или хипоидни), червячни зъбни колела и челни зъбни колела. Всяка технология заема различен диапазон на производителност, определен от ефективност, капацитет на въртящия момент, диапазон на скоростта, ниво на шум и цена. Изборът на грешен тип за дадено приложение води до загуба на енергия, преждевременна повреда или прекомерна покупна цена - често и трите едновременно. Всеки редуктор с десен ъгъл На селскостопанския и индустриалния пазар се използва един от тези три подхода, а разбирането на техните компромиси е основата на правилното определяне.

В селскостопанска скоростна кутия В сектора, спиралните конусни зъбни колела представляват над 80% инсталации на редуктори с десен ъгъл. Правите конусни зъбни колела обслужват сегмента с най-ниски разходи (леки ротационни резачки, малки копачи на дупки), докато червячните зъбни колела доминират в задвижванията на напоителни колела и приложенията на смесителите, където са необходими самоблокиращи се и високи предавателни числа. Хипоидните зъбни колела са сравнително редки в селското стопанство, но все по-често срещани в трансмисиите на компактни трактори и автомобилните системи за отвеждане на мощност, където предимствата на изместването на вала оправдават по-високите производствени разходи. За подробно обяснение как системите за отвеждане на мощността на двигателя преобразуват мощността на двигателя в използваем въртящ момент на инструмента, вижте нашето инженерно ръководство на скоростна кутия на задвижването на ВОМ технология.

Спирални конусни зъбни колела: Работната сила на селскостопанските правоъгълни задвижвания

Спиралните конусни зъбни колела осигуряват основните характеристики, които приложенията на скоростните кутии на ВОМ изискват: висока ефективност (96–98%), висок въртящ момент спрямо размера на зъбното колело, плавна и тиха работа и способност за справяне с ударни натоварвания от удари на полето без катастрофално повреждане на зъбите. Спиралната форма на зъбите – извити зъби, които се зацепват постепенно при въртене на зъбното колело – разпределя контактното натоварване върху по-голяма площ на зъбната повърхност, отколкото моменталният контакт с цялата повърхност на правия конусен зъбен колело. Това прогресивно зацепване е основната причина спиралните конусни зъбни колела да са по-тихи, по-здрави и по-дълготрайни от правия конусен зъбен колело със същия размер.

Ъгълът на спиралата — ъгълът на кривата на зъба спрямо конуса на стъпката — обикновено е от 30 до 35 градуса в приложенията на селскостопанските скоростни кутии. Този ъгъл представлява инженерен компромис: по-стръмен ъгъл на спиралата (40+ градуса) би осигурил още по-плавно зацепване и по-високо съотношение на контакт, но също така генерира по-високи аксиални сили на тягата, които изискват по-здрави аксиални лагери и по-твърд корпус. Стандартът за 35-градусов ъгъл на спиралата, използван от повечето производители на скоростни кутии за силоотводни валове, осигурява съотношение на контакт на зъбите приблизително от 1,5 до 2,0 (което означава, че 1,5 до 2,0 зъба споделят натоварването във всеки един момент), като същевременно запазва аксиалните сили на тягата в рамките на капацитета на стандартните конусовидни ролкови лагери.

Твърдостта на зъбите на зъбното колело е другият определящ параметър за производителност. Селскостопанските спирални конусни зъбни колела са закалени до повърхностна твърдост 58–62 HRC с жилава сърцевина от 30–38 HRC. Твърдата повърхност е устойчива на точкова корозия и износване от високите контактни напрежения на Херц по челото на зъба, докато жилавата сърцевина абсорбира натоварванията от умора при огъване в основата на зъба без крехко счупване. Тази комбинация се постига чрез цементационна термична обработка - процес, при който зъбното колело е изложено на богата на въглерод атмосфера при 900–930 °C, образувайки твърд, богат на въглерод слой с дълбочина от 0,8 до 1,5 мм върху по-мекия материал на сърцевината. Зъбните колела, които пропускат тази стъпка на термична обработка (разпознаваема по ниската им повърхностна твърдост от 28–35 HRC), се разрушават бързо при ударно натоварване в селското стопанство - обикновено показват точкова корозия през първия сезон и счупване на зъбите в рамките на два до три сезона.

Криви на ефективност: Където се губи мощността

Коефициентът на полезно действие на предавката определя каква част от мощността на ВОМ-а на трактора действително достига до инвентара и каква част се губи като топлина вътре в скоростната кутия. В едностепенна правоъгълна скоростна кутия със спирални конусни зъбни колела, 96–981 TP3T входна мощност достига до изходния вал. 2–41 TP3T, загубени като топлина, лесно се разсейват през повърхността на корпуса. В червячна скоростна кутия със съотношение 40:1, само 40–551 TP3T входна мощност достига до изхода — останалите 45–601 TP3T се преобразуват в топлина, която трябва да се управлява чрез проектиране на корпуса, избор на смазочни материали и контрол на работния цикъл.

Разликата в ефективността между спиралните конусни зъбни колела и червячните зъбни колела има директни икономически последици. Скоростна кутия с ВОМ от 75 к.с. със спирални конусни зъбни колела доставя приблизително 73 к.с. на инвентара. Същите 75 к.с., вложени през ефективна червячна скоростна кутия 50%, доставят само 37,5 к.с. - което означава, че ви е необходим трактор със 150 к.с. и червячна скоростна кутия, за да се постигне мощността на инвентара от трактор със 75 к.с. и скоростна кутия с конусни зъбни колела. Разходите за гориво, разходите за закупуване на трактора и въздействието върху околната среда от тази допълнителна консумация на енергия се натрупват с всеки работен час през всеки сезон. Ето защо червячните зъбни колела се избират само когато техните уникални предимства (самозаключващи се, екстремен диапазон на предавателно число) са наистина необходими и защо спиралните конусни зъбни колела доминират във всяко приложение, където ефективността е от значение.

Управление на хлабината в ъгловите скоростни кутии

Хлабината – малката празнина между зацепващите се зъби на зъбното колело, когато посоката на движение се обърне – е неизбежна характеристика на всички зъбни системи. Малка хлабина е необходима, за да се компенсират термичното разширение, дебелината на смазочния филм и производствените допуски. Твърде голяма хлабина създава ударно натоварване по време на промени в посоката и обръщане на въртящия момент, генерирайки шум, ускорявайки износването на повърхността на зъбите и намалявайки точността на позициониране в приложения, където прецизното позициониране на изхода е от значение.

В приложенията на скоростни кутии на селскостопански ВОМ, допустимите отклонения на хлабината са сравнително големи (0,10 до 0,30 мм), тъй като изходът обикновено задвижва прикачен инвентар с непрекъснато въртене, като например нож за косачка или ротор на фреза — няма изискване за точност на позициониране и посоката на натоварване рядко се обръща по време на нормална работа. Основната грижа е да се гарантира, че хлабината не надвишава проектната граница, което показва износване на зъбите на зъбното колело, което може да се приближава до прага за подмяна.

Регулируемият хлабин в конусните зъбни колела се постига чрез контрол на зъбното колело и разстоянията за монтаж на зъбното колело с подложки. Приближаването на зъбното колело до зъбното колело намалява хлабината; отдалечаването му увеличава хлабината. Тази настройка се настройва по време на фабричния монтаж и не би трябвало да се нуждае от повторна настройка по време на нормалния експлоатационен живот. Ако хлабината се увеличи забележимо (проверява се чрез задържане на изходния вал неподвижно и измерване на ъгловия свободен ход на входящия вал), това показва износване на зъбите на зъбното колело, което налага вътрешна проверка. При добре поддържана селскостопанска скоростна кутия със закалени спирални конусни зъбни колела и адекватно смазване, измеримо увеличение на хлабината не би трябвало да се наблюдава в рамките на първите 3000 до 5000 работни часа.

Термични граници и номинална мощност за непрекъсната работа

Всяка редукторна скоростна кутия с десен ъгъл има две номинални мощности: механична (максималният въртящ момент и скорост, които зъбните колела и лагерите могат да обработят без умора на материала) и термична мощност (максималната непрекъсната мощност, която може да се предава, без температурата на маслото да надвишава безопасна граница, обикновено 90 °C за минерално масло или 110 °C за синтетично). В селскостопански приложения, където редукторите работят с часове при номинално натоварване – роторни резачки, разчистващи гъсти храсти, фрези, обработващи гъста глина, балиращи преси, обработващи с максимална производителност – термичната мощност често е по-важна от механичната.

Термичната мощност зависи от площта на корпуса (която определя скоростта на разсейване на топлината), околната температура, въздушния поток около корпуса, обема на маслото и ефективността на зацепването на зъбните колела. Скоростна кутия, която е механично оценена за 100 к.с., може да има термична мощност само 60 к.с. в неподвижен въздух при околна температура 35 °C - което означава, че ще прегрее, ако работи непрекъснато с повече от 601 TP3T от механичния си капацитет в горещи, спокойни условия. Качествена... Производител на скоростна кутия за ВОМ предоставя и двете оценки и уточнява условията (температура на околната среда, скорост на въздуха), при които всяка от тях се прилага.

Подобряването на топлинните характеристики без смяна на скоростната кутия включва осигуряване на чистота на повърхността на корпуса (мръсотията действа като изолация), проверка дали маслото е на правилното ниво (твърде малкото намалява топлинната маса, твърде многото причинява кипене на топлината), преминаване към синтетично трансмисионно масло (което поддържа здравината на филма при по-високи температури) и монтиране на скоростната кутия там, където движението на инструмента осигурява принудително въздушно охлаждане. За непрекъснати приложения в горещ климат, поискайте скоростна кутия с ребрено тяло или охладител за масло - характеристики, стандартни за първокласни модели от производители като Скоростна кутия Ever-Power PTO.

Избор на приложение: Съответствие на типа предавка с вашите изисквания

Изборът между наличните технологии за предавки с десен ъгъл се свежда до четири основни критерия за избор: необходимото съотношение на намаляване на скоростта, целевата ефективност, необходимостта от самоблокиране и приемливото ниво на шум. Повечето селскостопански приложения на ВОМ имат ясни отговори на тези критерии, които водят директно до правилния тип предавка.

За предавателни числа от 1:1 до приблизително 4:1, спиралните конусни зъбни колела са избор по подразбиране. Те осигуряват най-висока ефективност, най-добра плътност на мощността и най-нисък шум при тези съотношения. За съотношения над 10:1, където се изисква самоблокиране (задвижвания на напоителни системи, скоростни кутии на смесители), червячните зъбни колела са правилният избор, въпреки по-ниската им ефективност. За съотношения между 4:1 и 10:1, двустепенна скоростна кутия, комбинираща конична първа степен с цилиндрична или спирална втора степен, често осигурява по-добра ефективност от една червячна степен с високо предавателно число, за сметка на по-голям корпус. Карданен вал С правилната дължина, шлицово съединение и защита от претоварване, завършва пътя на захранването от трактора до всяка конфигурация на скоростната кутия с десен ъгъл.

За приложения, чувствителни към шум (оборудване за косене на тревни площи в жилищни помещения, скоростни кутии, монтирани близо до кабините на оператора), спиралните конусни или хипоидни зъбни колела осигуряват най-тиха работа. Правите конусни зъбни колела са приемливи само когато шумът не е проблем и приоритет е най-ниската възможна покупна цена - обикновено малки машини с малък брой часове работа годишно, където времето на излагане на шум е ограничено и намаляването на ефективността на правите конусни зъбни колела при по-високи натоварвания е допустимо.

Изисквания за смазване на ъглови скоростни кутии

Механиката на контакт на зъбните колела в правоъгълната скоростна кутия диктува изискванията за смазване - и тези изисквания се различават съществено между конусните и червячните типове. Спирално-конусните зъбни колела работят с предимно търкалящ се контакт по повърхността на зъба. Основната функция на смазочното вещество е да поддържа хидродинамичен или еластохидродинамичен филм между повърхностите на зъбите, който предотвратява контакт метал-метал по време на краткотрайното зацепване под високо налягане на всяка зъбна двойка. EP (екстремно налягане) трансмисионно масло с клас GL-4 или GL-5 и правилния вискозитетен клас (обикновено ISO VG 220 за селскостопански конусни скоростни кутии, работещи в умерен климат, или ISO VG 150 за условия на студен старт) осигурява необходимата здравина на филма и защита от добавки.

Червячните зъбни колела изискват коренно различен химичен състав на смазочното масло, тъй като контактът им е предимно плъзгащ се, а не търкалящ се. Плъзгащото действие генерира по-високо триене и повече топлина, а бронзовото червячно колело е химически реактивно към определени пакети EP добавки, предназначени за контакт стомана върху стомана. Червячните скоростни кутии трябва да използват смесени трансмисионни масла, формулирани специално за червячни приложения – обикновено съдържащи модификатори на триене на мастни киселини, а не серо-фосфорни EP добавки, използвани в маслата за конусни зъбни колела. Използването на стандартно масло GL-5 в червячна скоростна кутия може химически да атакува повърхността на бронзовото колело, причинявайки ускорено корозивно износване, което се проявява като потъмняване на петна и награпяване на повърхността на бронзовите зъби.

Хипоидните зъбни колела представляват трето предизвикателство по отношение на смазването: отместеното разположение на вала създава по-високи скорости на плъзгане при контакт на зъбите, отколкото стандартните конусни или цилиндрични зъбни колела. Тази по-висока скорост на плъзгане изисква смазка с агресивно EP добавки и отлични гранични смазочни свойства. Хипоидните зъбни колела (с рейтинг GL-5, обикновено 75W-90 или 80W-140) са формулирани специално за този контакт с висока скорост на плъзгане и не трябва да се заменят с масла с по-нисък EP рейтинг, дори ако вискозитетът съвпада. Правилният избор на смазка за всеки тип зъбно колело е един от най-пренебрегваните фактори за дълготрайността на ъгловата скоростна кутия - използването на грешен химичен състав на маслото може да намали наполовина експлоатационния живот на иначе добре проектирана скоростна кутия.

Често задавани въпроси

Редактор: Cxm