Kolmekäiguline tehnoloogia 90-kraadise jõuülekande jaoks

Kolm põhimõtteliselt erinevat hammasratta arhitektuuri suudavad võimsust 90-kraadise nurga all ümber suunata: kaldhammasrattad (sirge-, spiraal- või hüpoidhammasrattad), usshammasrattad ja hammasratta otshammasrattad. Igal tehnoloogial on erinev jõudlusvahemik, mille määravad efektiivsus, pöördemomendi maht, kiirusvahemik, müratase ja hind. Vale tüübi valimine antud rakenduse jaoks toob kaasa kas energia raiskamise, enneaegse rikke või liigse ostuhinna – sageli kõiki kolme samaaegselt. Iga täisnurkne käigukast Põllumajandus- ja tööstusturul kasutatakse ühte neist kolmest lähenemisviisist ning nende kompromisside mõistmine on õige spetsifikatsiooni alus.

Sisse põllumajanduslik käigukast sektoris moodustavad spiraalhammasrattad üle 80% täisnurksete käigukastide paigaldustest. Sirged koonushammasrattad teenindavad odavaimat segmenti (kerged pöördlõikurid, väikeste auguavade kaevajad), samas kui usshammasrattad domineerivad niisutusrataste ajamites ja segistirakendustes, kus on vaja iselukustuvaid ja suuri ülekandearvusid. Hüpoidhammasrattad on põllumajanduses suhteliselt haruldased, kuid üha tavalisemad kompakttraktorite käigukastides ja autotööstusest pärit jõuvõtuvõlli süsteemides, kus võlli nihkega pakendi eelised õigustavad kõrgemaid tootmiskulusid. Üksikasjaliku selgituse selle kohta, kuidas jõuvõtuvõlli süsteemid muudavad mootori võimsuse kasutatavaks haakeseadme pöördemomendiks, leiate meie insenerijuhendist. jõuvõtuvõlli ajami käigukast tehnoloogia.

Spiraalsed koonusülekanded: põllumajanduslike täisnurkülekannete tööhobune

Spiraalsed koonushammasrattad pakuvad PTO käigukasti rakenduste jaoks vajalikke põhilisi jõudlusomadusi: kõrge efektiivsus (96–98%), suur pöördemomendi võimekus käigu suuruse kohta, sujuv ja vaikne töö ning võime taluda põllul tekkivaid lööke ilma katastroofilise hambapurunemiseta. Spiraalne hammasvorm – kumerad hambad, mis haakuvad hammasratta pöörlemisel järk-järgult – jaotab kontaktkoormuse suuremale hambapinnale kui sirge koonushammasratta kohene täispinna kontakt. See järkjärguline haardumine on peamine põhjus, miks spiraalsed koonushammasrattad on vaiksemad, tugevamad ja pikema elueaga kui sama suured sirged koonushammasrattad.

Spiraalnurk – hambakõvera nurk sammukoonuse suhtes – on põllumajanduslikes käigukastides tavaliselt 30–35 kraadi. See nurk kujutab endast insenerikompromissi: järsem spiraalnurk (40+ kraadi) tagaks veelgi sujuvama haardumise ja suurema kontaktsuhte, kuid see tekitab ka suuremaid aksiaalseid tõukejõude, mis nõuavad vastupidavamaid tõukelaagreid ja jäigemat korpust. Enamiku PTO-käigukastide tootjate poolt kasutatav 35-kraadine spiraalnurga standard tagab hammaste kontaktsuhte ligikaudu 1,5–2,0 (mis tähendab, et 1,5–2,0 hammast jagavad koormust igal hetkel), hoides samal ajal aksiaalsed tõukejõud standardsete koonusrull-laagrite taluvuse piires.

Hammasratta hammaste kõvadus on teine ​​​​määrav jõudlusparameeter. Põllumajanduslikud spiraalhammasrattad on karastatud pinna kõvadusega 58–62 HRC ja tugeva südamiku kõvadus 30–38 HRC. Kõva pind on vastupidav hambapinna kõrgetele hertsi kontaktpingetele ja auklikule kulumisele, samas kui tugev südamik neelab hambajuure paindeväsimuskoormusi ilma hapra purunemiseta. See kombinatsioon saavutatakse karastamise teel – protsessi käigus, kus hammasratas puutub kokku süsinikurikka atmosfääriga temperatuuril 900–930 °C, moodustades pehmema südamiku materjali peale 0,8–1,5 mm paksuse kõva süsinikurikka kesta. Hammasrattad, mis selle kuumtöötluse etapi vahele jätavad (tuvastatavad madala pinna kõvaduse järgi 28–35 HRC), purunevad põllumajandusliku löökkoormuse all kiiresti – tavaliselt ilmnevad esimese hooaja jooksul auklikud kortsud ja kahe kuni kolme hooaja jooksul hamba purunemine.

Efektiivsuskõverad: kus energia kaob

Käigukasti efektiivsus määrab, kui palju traktori jõuvõtuvõlli võimsusest tegelikult tööseadiseni jõuab – ja kui palju läheb käigukasti sees soojusena raisku. Üheastmelise täisnurkse käigukastiga, millel on spiraalsed koonushammasrattad, jõuab väljundvõllile 96–98% sisendvõimsusest. Soojusena kaotatud 2–4% hajub kergesti läbi korpuse pinna. 40:1 ülekandearvuga usskäigukastis jõuab väljundvõllile ainult 40–55% sisendvõimsusest – ülejäänud 45–60% muundatakse soojuseks, mida tuleb hallata korpuse konstruktsiooni, määrdeaine valiku ja töötsükli juhtimise abil.

Spiraal-koonusülekannete ja ussülekannete efektiivsuserinevusel on otsesed majanduslikud tagajärjed. 75 hj jõuvõtuvõlli käigukast spiraal-koonusülekannetega annab haakeriistale umbes 73 hj. Sama 75 hj sisendvõimsus läbi tõhusa 50% ussülekande annab vaid 37,5 hj – see tähendab, et 75 hj koonusülekandega traktori haakeriista võimsuse saavutamiseks on vaja 150 hj traktorit ja ussülekannet. Kütusekulu, traktori ostukulu ja selle lisaenergia tarbimise keskkonnamõju kuhjuvad iga töötunni jooksul igal hooajal. Seetõttu valitakse ussülekanded ainult siis, kui nende ainulaadsed eelised (iselukustuvus, äärmuslik ülekandevahemik) on tõesti vajalikud ja miks spiraal-koonusülekanded domineerivad igas rakenduses, kus efektiivsus on oluline.

Tagasilöögi haldamine täisnurksete käigukastide puhul

Lõtk – väike vahe hambuvate hammasrataste hammaste vahel, kui ajami suund muutub vastupidiseks – on kõigi käigukastisüsteemide vältimatu omadus. Väike lõtk on vajalik soojuspaisumise, määrdekile paksuse ja tootmistolerantside kompenseerimiseks. Liiga suur lõtk tekitab suuna muutmise ja pöördemomendi ümberpööramise ajal löökkoormust, tekitades müra, kiirendades hammaspinna kulumist ja vähendades positsioonitäpsust rakendustes, kus on oluline täpne väljundpositsioneerimine.

Põllumajanduslike jõuvõtuvõlli käigukasti rakendustes on lõtkutolerantsid suhteliselt suured (0,10–0,30 mm), kuna väljund ajab tavaliselt pidevalt pöörlevat tööriista, näiteks niiduki tera või mullafreesi – positsioonitäpsuse nõuet ei ole ja koormuse suund pöördub normaalse töö ajal harva. Peamine mure on tagada, et lõtk ei ületaks projekteeritud piiri, mis näitab hammasratta hammaste kulumist, mis võib läheneda vahetuslävele.

Koonushammasrataste komplektide reguleeritav lõtk saavutatakse hammasratta ja hammasratta kinnitusvahede reguleerimise abil. Hammasratta hammasrattale lähemale liigutamine vähendab lõtku, kaugemale liigutamine aga suurendab lõtku. See seadistus tehakse tehase kokkupaneku käigus ja normaalse kasutusea jooksul ei tohiks seda vajada. Kui lõtk märgatavalt suureneb (kontrollimiseks hoidke väljundvõlli paigal ja mõõtes sisendvõlli nurkvaba lõtku), näitab see hammasratta hammaste kulumist, mis vajab sisemist kontrolli. Hästi hooldatud põllumajanduslikul käigukastil, millel on karastatud spiraalsed koonushammasrattad ja piisav määrimine, ei tohiks esimese 3000–5000 töötunni jooksul tekkida mõõdetavat lõtku suurenemist.

Termilised piirid ja pideva töö nimiväärtus

Igal täisnurkkäigukastil on kaks võimsusreitingut: mehaaniline reiting (maksimaalne pöördemoment ja kiirus, millega käigud ja laagrid taluvad väsimuspurunemiseta) ja termiline reiting (maksimaalne pidev võimsus, mida saab edastada ilma õli temperatuuri ületamata ohutut piiri, mis on tavaliselt 90 °C mineraalõli või 110 °C sünteetilise õli puhul). Põllumajandusrakendustes, kus käigukastid töötavad tundide kaupa nimikoormusel – näiteks võsa lõikavad pöördlõikurid, tiheda savi töötlemiseks mõeldud mullafreesid, maksimaalse läbilaskevõimega töötlevad pressid –, on termiline reiting sageli enne mehaanilist reitingut määrav.

Soojuslik nimivõimsus sõltub korpuse pindalast (mis määrab soojuse hajumise kiiruse), ümbritseva õhu temperatuurist, õhuvoolust korpuse ümber, õli mahust ja hammasrataste võrgustiku efektiivsusest. Käigukastil, mille mehaanilise võimsuse nimivõimsus on 100 hj, võib 35 °C ümbritseva õhu juures liikumatus õhus olla vaid 60 hj – see tähendab, et see kuumeneb üle, kui seda käitatakse pidevalt rohkem kui 60% oma mehaanilisest võimsusest kuumas ja vaikses keskkonnas. PTO käigukasti tootja annab nii hinnangud kui ka täpsustab tingimused (ümbritseva õhu temperatuur, õhu kiirus), mille korral kumbki neist kehtib.

Käigukasti vahetamata termilise jõudluse parandamiseks tuleb tagada korpuse pind puhtus (mustus toimib isolatsioonina), õli õige taseme kontrollimine (liiga väike õli vähendab soojusmassi, liiga suur õli tekitab keemistemperatuuri), sünteetilisele käigukastiõlile ülemineku (mis säilitab kile tugevuse kõrgematel temperatuuridel) ja käigukasti paigaldamine kohta, kus tööseadise liikumine tagab sundõhuga jahutuse. Pideva töö korral kuumas kliimas küsige käigukasti, millel on ribidega korpus või õlijahuti – need on standardvarustuses selliste tootjate nagu ... premium-seadmetel. Ever-Power PTO käigukast.

Rakenduse valik: käigukasti tüübi sobitamine teie vajadustega

Saadaval olevate täisnurksete käigukastide vahel valimine taandub neljale peamisele valikukriteeriumile: vajalik kiiruse vähendamise suhe, efektiivsuse eesmärk, kas on vaja iselukustuvat süsteemi ja vastuvõetav müratase. Enamikul põllumajanduslikel jõuvõtuvõlli rakendustel on neile kriteeriumidele selged vastused, mis viivad otse õige käigukasti tüübini.

Ülekandeülekannete puhul vahemikus 1:1 kuni ligikaudu 4:1 on vaikevalik spiraalsed koonusülekanded. Need pakuvad nende ülekannete juures suurimat efektiivsust, parimat võimsustihedust ja madalaimat müra. Ülekandeülekannete puhul üle 10:1, kus on vaja iselukustuvaid ülekandeid (niisutusajamid, segisti käigukastid), on ussülekanded õige valik, hoolimata nende madalamast efektiivsusest. Ülekandeülekannete puhul vahemikus 4:1 kuni 10:1 annab kaheastmeline käigukast, mis ühendab koonusülekande esimese astme kald- või spiraalülekande teise astmega, sageli parema efektiivsuse kui üks suure ülekandearvuga ussülekanne, kuid suurema korpuse hinnaga. Jõuvõlli Õige pikkuse, hammasliistu ja ülekoormuskaitsega käigukast ühendab jõuülekande traktorist mis tahes täisnurkse käigukasti konfiguratsioonini.

Müratundlike rakenduste puhul (elamute muruniidukid, juhikabiini lähedale paigaldatud käigukastid) tagavad spiraalsed koonus- või hüpoidülekanded kõige vaiksema töö. Sirged koonusülekanded on vastuvõetavad ainult siis, kui müra ei ole probleemiks ja prioriteediks on võimalikult madal ostuhind – tavaliselt väikesemahuliste, vähese töötundidega masinate puhul, kus müraga kokkupuute aeg on piiratud ja sirgete koonusülekannete efektiivsuse langus suuremate koormuste korral on talutav.

Täisnurksete käigukastide määrimisnõuded

Nurkkäigukasti hammasrataste kokkupuutemehaanika dikteerib selle määrimisnõuded – ja need nõuded erinevad koonus- ja ussikäigukasti puhul oluliselt. Spiraalsed koonuskäigukastid töötavad hambapinnal valdavalt veereva kontaktiga. Määrdeaine peamine ülesanne on säilitada hambapindade vahel hüdrodünaamiline või elastohüdrodünaamiline kile, mis hoiab ära metallidevahelise kokkupuute iga hambapaari lühikese ja kõrge rõhu all oleva haarde ajal. EP (äärmusrõhu) käigukastiõli, mille klassifikatsioon on GL-4 või GL-5 ja millel on õige viskoossusklass (tavaliselt ISO VG 220 parasvöötmes töötavate põllumajanduslike koonuskäigukastide jaoks või ISO VG 150 külmkäivituse tingimustes), tagab vajaliku kile tugevuse ja lisandite kaitse.

Ussülekannetele on vaja põhimõtteliselt teistsugust määrdeaine koostist, kuna nende kontakt toimub valdavalt libiseva, mitte veereva protsessina. Libisemisreaktsioon tekitab suuremat hõõrdumist ja rohkem soojust ning pronksist ussratas reageerib keemiliselt teatud EP-lisandite pakettidega, mis on loodud terase ja terase kokkupuuteks. Ussülekannetes tuleks kasutada spetsiaalselt ussiülekannete jaoks loodud segatud käigukastiõlisid, mis sisaldavad tavaliselt rasvhapete hõõrdemodifikaatoreid, mitte väävli-fosfori EP-lisandeid, mida kasutatakse kaldülekannete õlides. Standardse GL-5 õli kasutamine ussülekandes võib pronksist ratta pinda keemiliselt rünnata, põhjustades kiirenenud korrosioonikulumist, mis ilmneb pronkshammaste tumedate plekkide ja pinna karedusena.

Hüpoidülekannetel on kolmas määrimisprobleem: nihutatud võlli paigutus tekitab hammaste kokkupuutel suurema libisemiskiiruse kui tavalistel koonus- või silinderülekannetel. See suurem libisemiskiirus nõuab määrdeainet, millel on agressiivne EP-lisandite sisaldus ja suurepärased piirmäärimisomadused. Hüpoidülekannete õlid (GL-5 reitinguga, tavaliselt 75W-90 või 80W-140) on spetsiaalselt loodud selle suure libisemiskiirusega kokkupuute jaoks ja neid ei tohiks asendada madalama EP-reitinguga õlidega, isegi kui viskoossusaste sobib. Õige määrdeaine valik iga käigukasti tüübi jaoks on üks enim tähelepanuta jäetud tegureid täisnurksete käigukastide pikaealisuses – vale õlikeemia kasutamine võib poole võrra lühendada muidu hästi konstrueeritud käigukasti kasutusiga.

Korduma kippuvad küsimused

Toimetaja: Cxm