Dlaczego warto wybrać przekładnię zębatą walcową o dużej nośności do zastosowań wymagających dużych obciążeń?

I. Zrozumienie wymagań dotyczących obciążenia w maszynach o dużej wytrzymałości

Kiedy maszyna pracuje w ciężkich warunkach, często napotyka złożoną kombinację obciążeń promieniowych, obciążeń osiowych oraz obciążeń dynamicznych lub udarowych, które zmieniają się w czasie. W wielu systemach przemysłowych układ napędowy musi przenosić moment obrotowy, jednocześnie wytrzymując znaczne siły boczne pochodzące z pasów, łańcuchów lub kół pasowych. Ponadto sporadyczne przeciążenia lub obciążenia udarowe podczas rozruchu lub pracy przejściowej mogą spowodować powstanie naprężeń szczytowych znacznie przekraczających wartości w stanie ustalonym. A konwencjonalny reduktor zoptymalizowane pod kątem średnich obciążeń mogą ulec przedwczesnemu zmęczeniu zębów, pęknięciu korzenia zęba lub uszkodzeniu łożyska pod wpływem takich ekstremalnych warunków. Zrozumienie dokładnego charakteru tych obciążeń – niezależnie od tego, czy są one ciągłe, cykliczne czy impulsowe – jest pierwszym krokiem w ocenie, czy wymagany jest spiralny reduktor o dużej nośności. Jeżeli reduktor musi wytrzymywać połączone naprężenia zginające i skręcające lub wytrzymywać ciągły nacisk promieniowy, wówczas jego konstrukcja musi uwzględniać cechy rozkładające obciążenie, utrzymujące sztywność i ograniczające odkształcenia w czasie, aby zapewnić niezawodne działanie pod obciążeniem.

II. Jak konstrukcja przekładni śrubowej przyczynia się do dużej nośności

Przekładnie śrubowe zazębiają się stopniowo i stykają się ślizgowo, co skutkuje płynniejszym przenoszeniem obciążenia i mniejszymi naprężeniami udarowymi w porównaniu z przekładniami czołowymi. Ponieważ wiele zębów dzieli obciążenie w dowolnym momencie, lokalne naprężenia na każdym zębie są mniejsze, co zwiększa moc i nośność zestawu przekładni. Co więcej, kąt pochylenia linii śrubowej tworzy składową siły osiowej, która przy właściwym zarządzaniu przyczynia się do korzystniejszego rozkładu naprężeń. Aby zmaksymalizować tę zaletę, projektanci przekładni wybierają materiały o wysokiej wytrzymałości i stosują obróbkę, taką jak nawęglanie, azotowanie lub śrutowanie, aby poprawić odporność zmęczeniową i zużycie. Wykańczanie powierzchni, szlifowanie i modyfikacja profili dodatkowo udoskonalają wzorce styku, zmniejszają koncentrację naprężeń i łagodzą obciążenie krawędzi. Po połączeniu tych elementów powstaje przekładnia zębata śrubowa zdolna do przenoszenia wysokiego momentu obrotowego, a jednocześnie odporna na wżery powierzchniowe, zmęczenie zginające i postępujące odkształcenie w warunkach dużego obciążenia.

III. Kluczowe cechy konstrukcyjne reduktorów śrubowych wysokiego obciążenia typu JR

W konstrukcjach reduktorów śrubowych typu JR lub podobnych o dużym obciążeniu zazwyczaj uwzględnia się kilka ulepszeń konstrukcyjnych. Po pierwsze, niezbędne są solidne łożyska: podwójne łożyska promieniowe lub łożyska skośne są przystosowane do pochłaniania nacisku promieniowego i osiowego przy jednoczesnym zachowaniu współosiowości. Obudowa przekładni została zaprojektowana z myślą o dużej sztywności, często z żebrowanymi lub skrzynkowymi odlewami, aby wytrzymać ugięcie pod obciążeniem. Wewnętrznie pary biegów mogą przyjmować wielostopniowe redukcje, każda zoptymalizowana pod kątem momentu obrotowego i podziału obciążenia. Układ wałów pośrednich, zastosowanie wałów pływających lub wsporników nośnych oraz precyzyjne pozycjonowanie wałów przyczyniają się do równomiernego kontaktu zębów i zminimalizowania sił mimośrodowych. W wielu projektach zastosowano funkcje kontroli napięcia wstępnego lub luzu, aby utrzymać spójne zazębienie pod obciążeniem. W przypadku przenoszenia obciążeń osiowych niektóre konstrukcje zawierają łożyska wzdłużne lub zintegrowane wsporniki końcowe w celu zmniejszenia siły osiowej działającej na boki przekładni. W sumie połączenie wspornika łożyska, sztywnej obudowy, parowania kół zębatych i mechanizmów kompensacji osiowej pozwala reduktorowi typu JR wytrzymywać duże obciążenia promieniowe i osiowe, które przytłaczałyby prostsze skrzynie biegów.

IV. Względy wydajności i kompromisy

Chociaż wysoka nośność ma kluczowe znaczenie, wiąże się to z kosztami, którymi należy zarządzać. Podczas pracy z dużym obciążeniem nasilają się straty tarcia, wytwarzanie ciepła i zużycie, co może zmniejszyć ogólną wydajność. Element ślizgowy styku śrubowego wytwarza ciepło, a przy wysokim momencie obrotowym wzrost temperatury może być znaczny, jeśli chłodzenie lub smarowanie nie jest odpowiednie. Ponadto wyższa sztywność często powoduje większą podatność na wibracje lub hałas, jeśli układ nie jest wytłumiony lub wyważony. Ponadto grubsze ściany, masywniejsze łożyska i większe sekcje przekładni potrzebne do zapewnienia dużej nośności zwiększają zarówno wagę, jak i koszt materiałów. Projektanci muszą zatem zrównoważyć nośność z docelową żywotnością, częstotliwościami konserwacji, ograniczeniami dotyczącymi wielkości i akceptowalnymi stratami wydajności. W wielu systemach umiarkowane przeprojektowanie jest rozsądne, ale przeprojektowanie marnuje przestrzeń i zasoby. Idealnym podejściem jest zwymiarowanie zestawu przekładni i obudowy z marginesem bezpieczeństwa, ale nie na tyle, aby dodatkowa masa i koszt stały się zaporowe dla danego zastosowania.

V. Scenariusze zastosowań i wytyczne doboru

Reduktory walcowe o dużej nośności znajdują największe zastosowanie w wymagających warunkach przemysłowych: w przenośnikach górniczych, ciężkich dźwigach, hutach stali, dużych wytłaczarkach lub ogniwach napędowych na statkach, niezbędna jest zdolność do wytrzymywania utrzymującego się wysokiego momentu obrotowego i naprężeń bocznych. W takich środowiskach obciążenia udarowe, narażenie na ścieranie i sporadyczne przeciążenia są powszechne. Wybierając odpowiedni reduktor, należy ocenić maksymalną siłę promieniową, nacisk osiowy, szczyty momentu obrotowego i cykl pracy. Niezwykle istotne jest uwzględnienie współczynnika bezpieczeństwa, często od 1,25 do 1,5, poza obciążeniem nominalnym. Należy wybrać smarowanie, aby utrzymać wytrzymałość filmu w ekstremalnych temperaturach. Może być konieczna wentylacja lub chłodzenie obudowy. Czynniki środowiskowe, takie jak temperatura, kurz, widmo wibracji lub zanieczyszczenie, powinny kierować projektem uszczelnienia i wyborem materiałów. Co więcej, tolerancje wyrównania, sztywność sprzęgła wału i sztywność fundamentu wpływają na to, czy reduktor będzie działał przy swojej wydajności znamionowej, czy też ulegnie przedwczesnemu zmęczeniu. Łącząc wszystkie te rozważania, otrzymujemy niezawodne rozwiązanie z przekładnią śrubową o dużym obciążeniu, które spełnia wymagania ciężkich zastosowań.