01 Pregled
Pogon polžastega gonila je sestavljen iz a
polž in polžasto kolo, ki se uporablja za prenos gibanja in moči med gredmi, ki se križajo, običajno s presečnim kotom 90 stopinj. Pri splošnih polžastih pogonih je polž pogonska komponenta.
Po videzu črv spominja na vijak, medtem ko je polžasto kolo zelo podobno spiralnemu cilindričnemu zobniku.
Med delovanjem zobje polžastega kolesa drsijo in se kotalijo po spiralni površini polža.
Polžasti zobnik je zobnik z enim ali več vijačnimi zobmi, ki se ujamejo s polžastim kolesom in tvorijo zobniški par-osi s križno osjo. Njegova nagibna površina je lahko cilindrična, stožčasta ali toroidna.
Obstajajo štiri vrste: Arhimedov polž, evolventni polž, polž z normalnim ravnim-profilom in stožčasti polž z ovojnico.
Tako kot niti so tudi črvi razdeljeni na desno-in levo-vrste, ki se imenujejo desno-črvi oziroma levi-črvi.
Za boljši kontakt med zobmi je polžasto kolo izdelano v obliki loka po širini zoba, tako da delno zajame polža. Posledica tega je linijski stik med polžem in polžastim kolesom med začepanjem namesto točkovnega stika.
02Prednosti polžastih zobnikov
✦ Veliko eno{0}}prenosno razmerje, na splošno i=10~100. V indeksirnih mehanizmih za prenos moči lahko doseže več kot 1500.
✦ Mreža je v stiku z linijo, kar mu omogoča, da prenese večjo moč.
✦ Kompaktna struktura, gladek prenos in nizka raven hrupa.
✦ Ko je vodilni kot polža manjši od enakovrednega kota trenja med zobniki, ima lastnosti samo{0}}zaklepanja v obratni smeri, kar pomeni, da lahko polž poganja polžasto kolo, polžasto kolo pa ne more poganjati polža.
03 Slabosti polžastih zobnikov
✦ Ker sta obe gredi pravokotni in sta hitrosti vozlišč obeh zobnikov pravokotni, je relativna drsna hitrost zelo visoka, kar povzroča nastajanje toplote in obrabo.
✦ Nizka učinkovitost, na splošno 0,7~0,8; polžasti zobniki s samo{2}}zaklepnimi lastnostmi imajo še nižji izkoristek, na splošno manj kot 0,5.
04 Formule za izračun polžastih zobnikov in polžev
1. Prenosno razmerje=Število zob polžastega zobnika ÷ Število navojev polža
2. Sredinska razdalja=(premer koraka polžastega gonila + premer koraka polža) ÷ 2
3. Zunanji premer polžastega zobnika=(število zob + 2) × modul
4. Premer koraka polžastega zobnika=modul × število zob
5. Premer nagiba polža=Zunanji premer polža - 2 × modul
6. Vodnik črva=π × modul × število niti
7. Kot vijačnice (vodni kot) tgB=(modul × število navojev) ÷ premer nagiba polža
8. Vodnik črva=π × modul × število niti
9. Modul=premer kroga naklona / število zob
Število navojev polža: Polž z enim-navojem (samo ena vijačna linija na polžu, kar pomeni, da se polž zavrti za en obrat, polžasto gonilo pa za en zob); Dvo-navojni polž (dve vijačni liniji na polžu, kar pomeni, da se polž zavrti za en obrat, polžasto gonilo pa zavrti dva zoba).
Modul se nanaša na velikost spiralne črte na vijaku; večji kot je modul, večja je vijačnica na vijaku.
Koeficient premera se nanaša na debelino vijaka.
Modul: Delični krog zobnika je osnova za načrtovanje in izračun dimenzij različnih delov zobnika. Obseg delitvenega kroga zobnika=πd=zp, torej je premer delčnega kroga
d = z p/π
Ker je π iracionalno število v zgornji formuli, ga je neprimerno uporabljati kot referenco za pozicioniranje delnega kroga. Da bi olajšali izračun, proizvodnjo in pregled, je razmerje p/π umetno definirano kot nekaj preprostih vrednosti in to razmerje se imenuje modul, ki ga predstavlja m.
05Vrste polžastih zobnikov
Glede na obliko polža lahko polžaste pogone razdelimo na cilindrične polžaste pogone, toroidne polžaste pogone in stožčaste polžaste pogone. Med njimi so najbolj razširjeni cilindrični polžasti pogoni. Navadni cilindrični polžasti zobniki so večinoma obdelani na stružnici z rezalnim orodjem z ravnim rezilom. Odvisno od položaja vgradnje orodja in vrste uporabljenega orodja je mogoče dobiti štiri vrste polžastih zobnikov z različnimi profili zob v prečnem-prerezu pravokotno na os: evolventni polžasti zobnik (tip ZI), Arhimedov polžasti zobnik (tip ZA), polžasti zobnik z normalnim ravnim-profilom (ZN) in stožčasti ovojni zobnik. valjasto polžasto gonilo (ZK).
Evolventno polžasto gonilo (tip ZI) – ravnina rezalnega roba je tangentna na osnovni valj polžastega gonila, čelni zobje pa so evolventni, primerni za višje hitrosti in večjo moč.
Arhimedov polžasti zobnik (tip ZA) – Profil zoba v ravnini, ki je pravokotna na os, je Arhimedova spirala, profil zoba v ravnini, ki poteka skozi os, pa je ravna črta. Je enostaven za izdelavo, vendar ima manjšo natančnost (aksialni ravni-profilni polžasti zobniki).
Običajni polžasti-profilni zobnik (ZN) – lahko se brusi s spremenjenim brusom, zaradi česar je obdelava relativno preprosta. Pogosto se uporablja za več-polžaste zobnike, učinkovitost prenosa pa lahko doseže 0,9.
Konično ovojno valjasto polžasto gonilo (ZK) – To je ne-linearno polžasto gonilo s spiralno površino. Ni ga mogoče obdelovati na stružnici in ga je mogoče samo rezkati na rezkalnem stroju in brusiti na brusilnem stroju. Ta vrsta polžastega orodja je enostavna za brušenje, kar ima za posledico večjo natančnost, njena uporaba pa postaja vse bolj razširjena.
06Tehnologija obdelave kovinskih polžastih zobnikov
1. Določanje materiala surovca
⑴ Odlična obdelovalnost, kar ima za posledico dobro površinsko obdelavo in majhno preostalo notranjo napetost, z manjšo obrabo rezalnih orodij.
⑵ Natezna trdnost na splošno ni manjša od 588 MPa.
⑶ Dobre lastnosti toplotne obdelave, dobra kaljivost, ni nagnjena k razpokam zaradi kaljenja, enotna struktura, majhna deformacija toplotne obdelave in zmožnost pridobitve visoke trdote, s čimer se zagotovi odpornost proti obrabi in dimenzijska stabilnost polžastega orodja.
⑷ Enotna trdota materiala in metalografska struktura, ki ustrezata standardom. Pogosto uporabljeni materiali vključujejo: T10A, T12A, 45, 9Mn2V, CrMn itd. Med njimi ima 9Mn2V boljšo obdelovalnost in stabilnost, vendar slabo kaljivost; njegova prednost je majhna deformacija po toplotni obdelavi, primerna za izdelavo visoko{9}}natančnih delov, vendar je nagnjena k pokanju in ima slabe lastnosti brušenja. Višja kot je trdota polžastega gonila, bolj-je odporen proti obrabi, vendar ga je težje brusiti med izdelavo. 2. Izbira površin za obdelovalne točke
Izhodiščne površine polžastih zobnikov: Strukturno so polžasti zobniki v dveh oblikah: sestavljeni polžasti zobniki in integralni polžasti zobniki. Sestavljeni polžasti zobniki uporabljajo notranjo izvrtino kot referenčno površino obdelave. Zato je treba najprej natančno obdelati notranjo izvrtino, nato pa se strojno obdelajo zunanji premer in podporni čepi z uporabo notranje izvrtine kot referenčne površine. Obdelava navojev uporablja tudi notranjo izvrtino kot referenčno površino, zato je potreben trn. Na splošno je natančnost notranje izvrtine polžastih zobnikov z natančnim indeksiranjem zelo visoka in nekateri zahtevajo brušenje, da se zagotovi natančnost.
Notranja izvrtina splošnih-natančnih polžastih zobnikov mora imeti natančnost vsaj stopnje 1, površinsko hrapavost najmanj 0,12 in odmik čelne strani najmanj 0,005 mm. Pri obdelavi polžastega gonila na trnu je treba najprej preveriti radialno odtekanje obeh končnih ramen, da se zagotovi, da je znotraj predpisane tolerance. To je treba preveriti pri vsakem naslednjem postopku. Med montažo polžastega gonila je treba preveriti tudi radialno odtekanje obeh končnih ramen. Natančnost trna mora biti enaka ali višja od natančnosti gredi, ki se spaja s sestavljenim polžastim zobnikom.
Integralni polžasti zobniki uporabljajo sredinsko luknjo kot referenčno površino obdelave. Zahteve za sredinsko luknjo so zelo visoke; imeti mora zožitev, da se zagotovi gladkost in kontaktna površina. Sredinsko luknjo je treba preveriti in popraviti pred vsakim postopkom. Nosilni nastavki morajo zagotavljati soosnost s sredinsko luknjo in lastno geometrijsko natančnost. Pred postopkom pol-končne obdelave in končne obdelave je treba preveriti radialno in aksialno odtekanje podpornih čepov, da zagotovite, da sta znotraj tolerance.
Pri izbiri grobe referenčne točke je glavni pomislek, kako zagotoviti, da ima vsaka strojno obdelana površina zadosten dopust za obdelavo, tako da dimenzije in položaji med neobdelano referenčno površino in obdelano površino izpolnjujejo zahteve za risanje.
Izbira grobe referenčne točke mora izpolnjevati naslednje zahteve:
(1) Grobo referenčno točko je treba izbrati z obdelane površine. To zagotavlja natančnost relativnega razmerja položaja med obdelano površino in neobdelano površino. Če je na obdelovancu več površin, ki ne zahtevajo obdelave, je treba kot grobo referenčno točko izbrati površino z najvišjo zahtevo glede relativne natančnosti položaja glede na obdelano površino. To zagotavlja enakomerno debelino stene, simetrično obliko in manj vpenjanja.
(2) Za grobo referenčno točko izberite pomembno površino z enotnimi zahtevami glede dodatka za obdelavo.
(3) Kot grobo referenčno točko je treba izbrati površino z najmanjšim dovoljenjem za obdelavo. To zagotavlja, da ima površina dovolj prostora za obdelavo. (4) Kolikor je mogoče, je treba kot grobo referenčno točko izbrati ravno, gladko površino z dovolj veliko površino, da se zagotovi natančno pozicioniranje in zanesljivo vpenjanje. Površine z zapornicami, dvižnimi cevmi, robovi ali robovi ne smejo biti izbrane kot grobe referenčne točke; če je potrebno, je potrebna predhodna obdelava.
(5) Izogibati se je treba večkratni uporabi grobe referenčne točke, ker je večina površin grobe referenčne točke hrapavih in nepravilnih, ponavljajoča se uporaba pa otežuje zagotavljanje natančnosti položaja med zunanjimi površinami.
V skladu z načelom izbire grobe referenčne točke lahko vpenjanje zunanjega kroga in obdelava večine površine v eni vpenjalni operaciji zagotovita koaksialnost zunanjega kroga in notranje luknje ter pravokotnost čelne ploskve na os.
Postopek obdelave kovinskih polžastih zobnikov
(1) Ne-kaljeno sestavljeno polžasto gonilo
Priprava materiala-Normalizacija-Grobo struženje-(Kaljenje)-Pol-končno struženje zunanjega premera, grobo struženje vijačne površine-Umetno staranje-Končno struženje (končno brušenje) notranje luknje in čelne ploskve-Utor ključa rezanje-Pol-končno struženje vijačne površine-Buljenje (obrezovanje nepopolnih zob)-Pol-končno brušenje zunanjega premera-Končno brušenje vijačne površine-Nizko-temperaturno staranje-Lepanje središča luknja-Končno brušenje zunanjega premera-Končno brušenje vijačne površine
(2) Karburizirano in kaljeno integralno polžasto gonilo
Kovanje-Žarjenje-Grobo struženje-Normaliziranje-Pol-končno struženje zunanjega premera in vijačne površine-Bruženje (obrezanje nepopolnih zob)-Naogljičenje-Dokončno struženje zunanjega premera (odstranitev delov, ki jih ne potrebujete karburiziranje)-Kaljenje in popuščanje-Lepanje sredinske luknje-Struženje pritrdilnih navojev-Rezkanje utorov-Pol-končno brušenje zunanjega premera-Pol-končno brušenje vijačnih površina-nizko{17}}temperaturno staranje-lepanje sredinske luknje-končno brušenje zunanjega obroča in čelne strani-končno brušenje vijačne površine
Blankovanje: V skladu s predpisi mora biti surovec kovan, da dobimo dobro kovinsko vlaknasto strukturo.
Grobo struženje: Zagotovite koaksialnost in pustite ustrezno količino za končno obdelavo.
Toplotna obdelava in obdelava popuščanja HRC28-32, polkončno struženje, vsak del pusti 0,5 mm za končno struženje, del polžastega zobnika in oba konca razbremenilnega utora sta obrnjena v skladu z zahtevanimi specifikacijami, rezanje polžastih zobnikov, grobo rezanje, ne glede na to, ali se uporablja plastna metoda ali metoda rezanja itd., so vsi sprejemljivi.
Izmerite dodatek na srednjem premeru, pol{0}}dodatek za končno rezanje je dobra osnova za končno obdelavo. Končna-nizka hitrost je potrebna na vseh treh površinah, rezalno orodje pa mora biti ostro z dobro hrapavostjo robov. Vsako površino je treba obdelati posebej. Za zagotovitev koncentričnosti je potrebno natančno struženje vseh delov.
Običajne cilindrične polžaste zobnike, obdelane na stružnici z ravnim rezalnim robom, je mogoče razvrstiti v Arhimedove polžaste zobnike (ZA), evolventne polžaste zobnike (ZI) in polžaste zobnike z ravnim -profilom (ZN), odvisno od vgradnega položaja rezalnega orodja. ZA Arhimedovi polžasti zobniki: ravnina rezalnega orodja poteka skozi os polžastega zobnika, polžasto gonilo, razrezano s kotom rezalnega roba 2 =40 stopinj, ima raven zobni profil v aksialni ravnini, normalni presečni zobni profil pa je konveksna krivulja. Krivulja profila zoba na čelni strani je Arhimedova spirala, od tod tudi ime Arhimedov polžasti zobnik. Ta vrsta polžastega orodja je relativno enostavna za obdelavo in merjenje, zato se pogosto uporablja.
Vendar pa je strojna obdelava težavna, če je vodilni kot prevelik. Z brusilnim kolutom je težko brusiti natančen profil zoba, zato sta natančnost in učinkovitost prenosa nizki. Evolventni polžasti zobniki ZI: Ravnina rezalnega roba rezalnega orodja je tangentna na osnovni valj polžastega zobnika. Nastali polžasti zobnik ima konveksno krivuljo profila v aksialni ravnini, profil zoba na čelni strani, pravokotni na os, pa je evolventna krivulja, od tod tudi ime evolventni polžasti zobnik. To vrsto polžastega orodja je mogoče brusiti, zato ima večjo natančnost in učinkovitost prenosa ter je primeren za množično proizvodnjo in visoko-zmogljiv,-hitro natančen prenos.
Polžasti zobniki z običajnim ravnim-profilom ZN: Ko je vodilni kot polžastega gonila velik, se ravnina rezalnega orodja med obdelavo postavi na normalno ravnino vijačnice polžastega gonila, da se doseže razumen kot nagiba in razbremenilni kot za rezalno orodje. Nastalo polžasto gonilo ima v normalnem delu raven zob, od tod tudi ime polžasto gonilo z normalnim ravnim{2}}profilom. Krivulja profila zoba na čelni ploskvi, pravokotni na os, je podaljšana evolventna krivulja, zato jo imenujemo tudi podaljšana evolventna polžasta prestava. Ta vrsta polžastih zobnikov ima boljšo rezalno zmogljivost, primerna je za obdelavo več-polžastih zobnikov in jih je mogoče brusiti z brusom. Pogosto se uporablja v več-natančnih polžastih menjalnikih v obdelovalnih strojih. Z napredkom tehnologije in zahtev po izdelkih se je pojavila potreba po nadaljnjem povečevanju rezalne hitrosti, metoda struženja pa je naletela na ozko grlo, kar je vodilo v razvoj vrtinčnega rezkanja. Ta metoda uporablja vrtljivo rezalno orodje za povečanje hitrosti rezanja (do 400 metrov na minuto), medtem ko se obdelovancu ni treba vrteti z veliko hitrostjo.
Obstajata dva načina za vrtinčenje polžastega orodja: notranje vrtinčenje in zunanje vrtinčenje.
Notranje vrtinčenje: Obod obdelovanca se dotika notranjega oboda rezalnega orodja (polžasto gonilo je znotraj rezalne glave). Natančnost lahko doseže DIN7 Ra0,8.
Zunanje vrtinčenje: Obod obdelovanca se dotika zunanjega oboda rezalnega orodja (polžasto gonilo je zunaj rezalne glave). Natančnost lahko doseže DIN6 Ra0,4.
