Хипоидно зъбно колело срещу спирално конусно зъбно колело: Кое е подходящо за вашата скоростна кутия?

Хипоидни предавкииспирални конусни зъбни колелалесно се бъркат. Първото може да се счита за специален тип конусни зъбни колела, така че на пръв поглед и двете имат сложни спирални зъбни повърхности и изглеждат много подобни. Въпреки това, вътре в скоростната кутия, ключова геометрична характеристика-отместване на ос-променя фундаментално физическите характеристики на зацепването на зъбните колела.

Тази статия предоставя-задълбочено сравнение наХипоидна предавкасрещу спирално конусно зъбно колело въз основа на практически опит. Той анализира аспекти като геометрия, капацитет на въртящия момент, NVH (шум, вибрации и грубост) производителност и производствени разходи. Четенето на тази статия ще бъде полезно.

Какво е хипоидна предавка?

Хипоидното зъбно колело е по същество специален тип трансмисионна форма с конусни зъбни колела, като ядрото му е дизайнът на Non Interstiting Axis. По-конкретно, оста на зъбното колело е вертикално изместена спрямо оста на зъбния венец в пространството, образувайки специфично разстояние, което също наричаме хипоидно изместване

Ключови характеристики

Отместване на оста:Това изместване позволява на зъбното колело да има по-голям диаметър от спиралното конусно зъбно колело със същото предавателно отношение. В този случай малката предавка е по-здрава и здравината на зъбния корен е по-висока.

Спирални зъби с плъзгащо действие:Тази структура създава значително триене при плъзгане по дължината на зъба. Това комбинирано движение "плъзгане + търкаляне" прави зацепването изключително гладко, като същевременно изисква смазочното масло да издържа на екстремно налягане (EP).

Широкомащабното -прилагане на Hypoid Gear започва в автомобилната индустрия през 20-те години на миналия век (насърчавано от Gleason Works) за решаване на проблема с високите задвижващи валове и допълнително увеличаване на вътрешното пространство. В днешно време типичните сценарии за приложение включват автомобилни разлики, високопрецизна роботика, промишлени машини и т.н.

Какво е спирално конусно зъбно колело?

Spiral Bevel Gear е член на същото семейство конусни зъбни колела, като основната му функция е пресичаща се ос, където две оси обикновено се пресичат под ъгъл от 90 градуса в една и съща равнина. Можете да си представите два конуса, които се срещат във върховете си и извършват чисто търкалящо движение. Обикновено се използва в области като индустриални скоростни кутии, морско задвижване, аерокосмическа техника и др.

Ключови характеристики

Чисто въртящо се движение:Поради пресичането на осите, относителното плъзгане между зъбните повърхности е минимално, което води до по-ниско генериране на топлина и по-висока ефективност на предаване (обикновено между 90% -98%) по време на движение.

Извит профил на зъбите: The tooth profile is curved in a spiral shape, ensuring that multiple pairs of teeth mesh simultaneously (overlap coefficient>1) и споделете товара.

Разлика от прави конусни зъбни колела

Шум и вибрации:Правите конусни зъбни колела осъществяват мигновен контакт по цялата ширина на зъбите по време на зацепване, което води до значителен удар и шум от щракване. А зъбите на Spiral Sleeve се захващат постепенно, като работят по-плавно и с изключително нисък шум.

Товароносимост:Спиралните зъби имат по-голяма контактна площ и могат да издържат на по-голям въртящ момент при същия обем.

Хипоидна предавка

Спирално конусно зъбно колело

Дизайн и геометрия

Конфигурация на ос

Режим на контакт със зъб

• Спирален скосекипировка:Контактната плочка за зъби е елипсовидна и в идеалния случай трябва да бъде центрирана върху повърхността на зъба.
• Хипоидна предавка:Благодарение на аксиалното плъзгане, неговите контактни петна са удължени, представлявайки тънка диагонална форма на петна.

Плюсовете и минусите на офсета

Предимства

• По-силен пиньон:Наклонът позволява на малкото зъбно колело да има по-голям диаметър и ъгъл на спиралата, което води до по-здрави зъбни корени и по-висок-носещ капацитет.
• По-високо съотношение на контакт:По-дългата контактна траектория означава, че повече зъби са зацепени едновременно, което води до по-равномерно разпределение на натоварването и по-плавна работа.
• Гъвкавост на дизайна:Оставете трансмисионния вал да мине под централната линия на голямата предавка, намалявайки центъра на тежестта на автомобила и увеличавайки използването на пространството.

Ограничения

• Малко по-ниска ефективност:Има значително аксиално плъзгане между зъбните повърхности, което води до увеличени загуби от триене.
• По-висок контактен стрес:Въпреки че разпределението на натоварването е добро, комбинираният ефект на плъзгане и търкаляне ще генерира по-голямо повърхностно напрежение.
• Производството е по-сложно:изискващи специализирани и по-сложни металорежещи машини и режещи инструменти.

Експлоатационни характеристики

Сложност на производството

Процес на обработка

• Традиционно майсторство:И двамата са разчитали в голяма степен на машинни инструменти Gleason или Klingelnberg за рязане и шлифоване на зъбни колела. Хипоидните зъбни колела обикновено изискват прилепване по двойки, за да се осигурят идеални контактни точки, което изисква високо ниво на опит на оператора.
• Модерна технология:Усъвършенствани технологии като Power Skiving могат да завършат груба и фина обработка с едно затягане, значително подобрявайки коаксиалността и позиционната точност на зъбните колела, особено подходящи за масово производство на високо-прецизни хипоидни зъбни колела, значително съкращавайки производствения цикъл.

Изисквания за точност

• Хипоидна предавка:Изискванията за контрол на топологията на зъбната повърхност (микроструктура) и позицията на контактната зона са по-строги. Поради изместване на осите, всякакви малки грешки при инсталиране (ъгли, разстояния) ще бъдат увеличени, което ще доведе до изместване на контактната зона, шум и преждевременно износване. Обикновено за постигане на оптимална производителност се изисква точност на ниво ISO 5-6.
• СпиралаФаскаекипировка:Неговата устойчивост на грешки е малко по-висока от тази на Hypoid Gear и обикновено изисква прецизност ISO 6-7, за да отговори на повечето индустриални приложения.

Последици за разходите и времето за доставка

Като цяло, производствените разходи на Hypoid Gear обикновено са по-високи от тези на Spiral Marvel Gear. Поради по-сложната си обработка, по-високите изисквания за точност и допълнителните процеси на сдвоено смилане.

• Време за изпълнение:Поради сложността на процеса и изискването за специализирано оборудване, цикълът на доставка на Hypoid зъбни колела обикновено е по-дълъг, особено при персонализирани проекти.
• Мухъл/режещ инструмент:И двата не-стандартни режещи инструмента имат висока цена. Но износването на инструмента на хипоидните зъбни колела е по-бързо (поради симулация на триене при плъзгане), а дългосрочната -цена на инструмента също е по-висока.

Смазване и поддръжка

Изисквания за смазване

Хипоидна предавка:Трябва да се използват смазочни материали за екстремно налягане (EP смазки), обикновено клас API GL-5. Добавките на сяра и фосфор в петролните продукти ще образуват химически филм върху повърхността на зъба, предотвратявайки директен контакт метал с метал и "надраскване" под високо налягане, генерирано от плъзгане. Не може да се използва обикновено трансмисионно масло.

Спирално конусно зъбно колело:В сравнение с Hypoid Gear, Spiral Sleeve Gea има относително облекчени изисквания за смазочно масло. При повечето приложения с ниско до средно натоварване е достатъчно високо{1}}качествено масло за предавки срещу ръжда и анти{2}}окисление (R&O) или масло клас API GL-4.

Цикъл на поддръжка и режими на отказ

Поради консумацията на EP добавки в Hypoid трансмисионното масло с течение на времето и по-високите работни температури, неговият цикъл на смяна на маслото обикновено е по-кратък от този на спиралните скоростни кутии Marvel, което изисква по-често наблюдение на състоянието на маслото и зъбната повърхност.

Режими на отказ

• И двете имат:питинг, износване и пластична деформация.
• Хипоидна предавка:Надраскване и надраскване, необичайно износване, причинено от повреда на смазването и разместване.
• Спирално конусно зъбно колело:Концентрирано натоварване в края на зъба поради грешка при инсталиране (отклонение на контактната площ)

Досега вярвам, че трябва да сте разбрали, че няма абсолютно превъзходство или по-ниско качество между тези два вида съоръжения, а само различно представяне в различни сценарии. След това ще обсъдим конкретните приложения и на двете.

След като разберем какво представляват и защо, сега трябва да разберем къде се използват, което също е важен момент за разграничаване между тях.

Кога да изберете хипоидни зъбни колела

Кога да изберете спирални конусни зъбни колела

 

 

Анализ на разпределението на товара

Изчисляване на контактния стрес

За спирални конусни зъбни колела,неговият анализ на напрежението следва основно теорията на контакта на Hertzian, която може да бъде точно изчислена с помощта на стандарти AGMA или софтуер за анализ на крайни елементи (FEA) като ANSYS и Abaqus.

За хипоидни предавки,изчислението е относително сложно. Поради едновременното съществуване на търкаляне и плъзгане, контактното напрежение е съставна стойност. Професионален софтуер за проектиране на зъбни колела (като Gleason CAGE) трябва да се използва по време на проектирането ™, Klingelnberg KIMoS ™), този софтуер може точно да симулира топологията на зъбната повърхност и да извърши анализ на контакта на зъбите (TCA), за да предскаже позицията на контактните петна и концентрацията на напрежение при натоварване.

Въздействие на скоростта на плъзгане

Това е ключът към разграничението между двете. Има значително геометрично плъзгане между зъбните повърхности на хипоидното зъбно колело, което е от полза за сработването и намаляването на шума, но също така носи две основни въздействия:

Загуба на ефективност и повишаване на температурата:Триенето при плъзгане е основната причина за намаляване на ефективността (до 90-95%) и генерира допълнителна топлина, което изисква по-високи изисквания за смазване и охлаждане.

Антиадхезионна способност:Високата скорост на плъзгане може лесно да повреди масления филм и е необходимо смазочно масло, съдържащо добавки за екстремно налягане (EP), за да се предотврати нарушаване на адхезията на зъбната повърхност.

Прецизност и толерантност

Защо хипоидните зъбни колела изискват по-висока точност

Неговата сложна точкова контактна елипса е изключително чувствителна към микрогеометрията (топологична модификация) на зъбната повърхност. Малките отклонения във формата или ориентацията на зъба могат да бъдат усилени от отклонение, което води до силно отклонение в контактната зона, повишен шум и намален-носещ капацитет. Следователно, за да се постигне неговата теоретична тишина и висока производителност, обикновено се изисква да се постигнат изключително високи нива на прецизност от ISO 5-6.

В Hansheng Automation разчитаме на усъвършенствана технология Power Skiving и система за прецизна проверка, за да произвеждаме стабилно прецизни хипоидни зъбни колела на ниво ISO 5.

Чувствителност на монтажа

• Спирално конусно зъбно колело:изключително чувствителен към позицията на пресичане на оста.
• Хипоидни зъбни колела:В допълнение към аксиалното положение, те са чувствителни и към отклонения в разстоянието на отместване.

Избор на материал

Сравнение на общи материали

20CrMnTi (китайски GB стандарт) и SCM415/SCM420 (японски JIS стандарт) са две ниско-въглеродни легирани стомани, широко използвани в предавки с високо натоварване. Всички те съдържат легиращи елементи като хром (Cr), манган (Mn), титан (Ti) или молибден (Mo), насочени към подобряване на закаляването на материала.

Изборът на материал обикновено зависи от цената, веригата на доставки и специфичните изисквания за твърдост на сърцевината. например,SAE 8620е често използван еквивалентен материал в Северна Америка.

Изисквания за термична обработка

Стандартният процес на термична обработка е карбуризиране и закаляване, последвано от темпериране при ниска-температура. ядрото се крие в

• Дълбочина на инфилтрационния слой:Трябва да се изчисли точно въз основа на модула и работното натоварване. Ако е твърде плитко, лесно се смачква, а ако е много дълбоко, лесно се отлепва.
• Твърдост на повърхността:Обикновено се изисква HRC 58-62.
• Контрол на деформацията:Това е труден момент в производството на прецизни зъбни колела, изискващ професионални приспособления и опит в процеса, за да се гарантира, че точността на профила на зъбите остава в контролируем диапазон след топлинна обработка.

Персонализирани срещу стандартни решения

Ограничения на стандартните части
Стандартните зъбни колела, циркулиращи на пазара, като някои метрични и имперски конусни зъбни колела, често са продукти на компромисен дизайн. Те може да не отговарят на вашите изисквания за оптимална ефективност, минимален размер или специфични цели за шум. Използването на стандартни компоненти често означава компромис с производителността, продължителността на живота или размера на системата.

Стойността на персонализирането

1. Определете точно предавателното отношение.
2. Оптимизиране и модифициране на формата/ориентацията на зъбите за компенсиране на деформация при очаквани натоварвания.
3. Интегрирането на зъбни колела с валове, фланци и други компоненти в интегриран дизайн намалява броя на частите и кумулативните грешки.
4. Точно съвпадение на материалите и топлинна обработка
5. Препоръки за проектиране на смазване въз основа на действителните работни условия.

Нашите инженерни услугисе коренят в това. Нашият екип не само обработва въз основа на чертежи, но също така предоставя пълен набор от решения от концептуален анализ, оптимизация на дизайна, прецизно производство до тестване и проверка. Чрезперсонализиране, нашият инженерен екип ще си сътрудничи с вас, за да гарантира, че крайната доставка не е просто част, а осезаемо подобрение на конкурентоспособността на вашия продукт, от избора на материал до фината{0}}настройка на профила на зъбите.

Първоначална инвестиция

Разходи за инструменти

За хипоидна предавка:Поради сложната повърхност на хипоидното зъбно колело, което изисква високоспециализирани дискообразни фрези и шлифовъчни инструменти, или ако трябва да персонализирате уникално предавателно отношение или размер, разходите ви за режещи и шлифовъчни инструменти обикновено ще бъдат високи в ранните етапи.

За Spiral Marvel Gear:Режещите инструменти и производствените процеси за това зъбно колело са сравнително по-стандартизирани, така че при персонализирани проекти неговите-еднократни разходи за матрица/инструмент обикновено са по-ниски от тези на Hypoid зъбни колела.

Изисквания за MOQ (минимално количество за поръчка).

Поради по-сложния и{0}}отнемащ време процес на производство и настройка на Hypoid зъбни колела, производителите обикновено изискват по-високо минимално количество за поръчка (MOQ), за да фиксират равномерно разходите. Производствената гъвкавост на зъбните колела Spiral Marvel е по-висока, което улеснява посрещането на изискванията на малки и средни-поръчки.

Чрез тези въпроси можете да имате по-ясна представа какво оборудване трябва да изберете за вашия проект.

Hansheng е не само производител на зъбни колела, но и ваш партньор за постигане на дизайн с висока-производителност.

Специализирана в зъбни колела ISO 5-клас
Ние сме специализирани в производството на високо{0}}прецизни хипоидни и спирални конусни зъбни колела, които отговарят на стандартите ISO 5 (еквивалентни на AGMA Q11-12). Особено подходящ за задвижващи оси на електрически превозни средства, които търсят безшумност, роботизирани съединения, които изискват нулева грешка, и прецизни инструменти с висока надеждност,

Овладяване на разширено производство
В допълнение към традиционните процеси на обработка на зъбни колела, ние въведохме и усъвършенствани техники за обработка, като например Power Skiving. В сравнение с традиционното майсторство, Power Skiving може да завърши всички процеси от груба обработка до прецизна обработка с едно затягане на машинен инструмент. Това значително съкрати нашия производствен цикъл и значително намали кумулативните грешки.

Гама модули за прецизни приложения
Нашите основни възможности покриват диапазона отМодул 0.1 до 5.0.Независимо дали проектирате микро медицински изделия (модул<1.0) or high torque industrial robots (Module 1.0-5.0), we can provide optimized precision gear solutions.

Разгледайте нашата висока{0}}прецизностРешения за хипоидни зъбни колела

Могат ли хипоидните зъбни колела да заменят спиралните конусни зъбни колела в съществуващите конструкции?

Не. Не можете директно да замените хипоиден комплект зъбни колела със спирален конусен комплект в съществуваща скоростна кутия. Причината е основна за техния дизайн: изместването на оста. Скоростна кутия, проектирана за пресичащите се оси на спирално конусно зъбно колело, няма да има физическото пространство или правилните позиции на лагера, за да поеме изместената ос на хипоиден пиньон. Замяната би изисквала цялостно преработване на корпуса на скоростната кутия и лагерния възел.

Каква е типичната разлика в ефективността между хипоидни и спирални конусни зъбни колела?

Спиралните конусни зъбни колела обикновено са по-ефективни, работещи в диапазона 90-98%. Хипоидните зъбни колела, поради присъщото триене на плъзгане между зъбите, имат малко по-ниска ефективност, обикновено между 90-95%.

Кой тип предавка се справя по-добре с ударни натоварвания?

Хипоидните зъбни колела обикновено се справят с ударни натоварвания и висок въртящ момент по-добре от спиралните конусни зъбни колела със същия приблизителен размер. Това се дължи на два основни фактора:

Хипоидният пиньон има по-голям диаметър и по-голям спирален ъгъл, което води до физически по-силен зъб.

Хипоидните зъбни колела имат по-висок контактен коефициент (повече зъби в мрежата във всеки един момент), което разпределя натоварването върху по-голяма повърхност.

Как изместването на осите влияе върху производителността на предавката?

Изместването на оста е определящата характеристика на хипоидното зъбно колело и има няколко ефекта:

Положително: Позволява по-здраво зъбно колело, по-висок капацитет на въртящ момент и изключително плавна, тиха работа (NVH производителност). Той също така предлага по-голяма гъвкавост на дизайна за оформление на машината.

Отрицателно: Въвежда триене при плъзгане, което намалява ефективността, генерира повече топлина и налага използването на специализирани смазочни материали за екстремно налягане (EP).

Какво ниво на точност е необходимо за производството на хипоидни зъбни колела?

Високо{0}}производителните хипоидни зъбни колела са изключително чувствителни към производствени и монтажни грешки. За да се осигури правилен контакт на зъбите и да се избегне преждевременна повреда, често се изисква ниво на прецизност от ISO 5 или по-високо (еквивалентно на AGMA Q11-12), особено при взискателни приложения като задвижване на електрически превозни средства и роботика.

Хипоидните зъбни колела по-скъпи ли са от спиралните конусни зъбни колела?

Да, като общо правило, комплектът хипоидни зъбни колела ще бъде по-скъп от сравним комплект спирални конусни зъбни колела. По-високата цена се дължи на по-сложната геометрия, по-строгите производствени толеранси, специализираната инструментална екипировка и общото изискване пиньонът и зъбният венец да се обработват и прилепват като съвпадаща двойка.

Могат ли и двата вида съоръжения да се използват-при високоскоростни приложения?

Да, и двете са подходящи за високо{0}}скоростни приложения, но с различни съображения.

За хипоидните предавки основното предизвикателство при високи скорости е управлението на топлината, генерирана от триенето при плъзгане. Ефективната система за охлаждане и смазване е от решаващо значение.

За спиралните конусни зъбни колела, които генерират по-малко топлина, основният фокус при високи скорости е върху поддържането на прецизен динамичен баланс за минимизиране на вибрациите.

Какви са изискванията за смазване за всеки тип?

Хипоидни зъбни колела: ТРЯБВА да се използва смазка за екстремно налягане (EP), обикновено такава, която отговаря на спецификацията API GL-5. EP добавките образуват защитен слой върху зъбните повърхности, за да предотвратят катастрофална повреда (надраскване) под интензивния натиск на плъзгащия контакт.

Спирални конусни зъбни колела: Имат по-малко взискателни изисквания. Високо{1}}качествено масло за предавки, инхибиращо ръждата и окисляването (R&O) или по-мека смазка API GL-4 е достатъчно за повечето приложения. Използването на грешен лубрикант в комплект хипоидни зъбни колела ще доведе до бърза повреда.

Изборът между хипоидно зъбно колело и спирално конусно зъбно колело не е въпрос на „по-добър“ или „по-лош“. Изцяло зависи от конкретните нужди на вашето приложение.

Няма "най-добра" екипировка. Има само оборудването, което е най-подходящо за вашето уникално приложение-това, което усилва основните силни страни на вашия продукт, независимо дали това е шепотът-тихата работа на луксозен EV или безкомпромисната надеждност на промишлен конвейер.

Наръчник на Dudley's Gear: Проектирането, производството и приложението на Gears, второ издание

Автор/Редактор: Денис П. Таунсенд

ANSI/AGMA 2005-D03: Ръководство за проектиране на конусни зъбни колела

Издател: Американската асоциация на производителите на съоръжения (AGMA)

Ръководство за проектиране на скосени и хипоидни зъбни колела на Gleason

Издател: The Gleason Works

Дизайнът на машинното инженерство на Shigley

Автори: Ричард Г. Будинас и Дж. Кийт Нисбет

API PUBL 1509: Система за лицензиране и сертифициране на двигателни масла

Издател: Американски петролен институт (API)