Prečo je mosadzný dvojzávitový závitovkový prevod ideálnou voľbou pre motorom poháňaný krížový prenos výkonu?

Čo je mosadzný dvojzávitový závitovkový prevod?

A šnekový prevod je typ ozubeného kolesa, v ktorom skrutkovitý hriadeľ - nazývaný závitovka - zaberá s ozubeným kolesom nazývaným závitovkové koleso alebo závitovkové koleso. Dvojzávitový variant, ako naznačuje názov, obsahuje dva špirálové závity navinuté okolo závitovkového hriadeľa namiesto jedného, ​​ktorý priamo ovplyvňuje prevodový pomer a charakteristiku výstupných otáčok prevodového systému. Tento špecifický komponent je obrábaný z mosadze prostredníctvom sústružníckeho procesu, čím vzniká diel s úzkymi rozmerovými toleranciami, hladkou povrchovou úpravou a materiálovými vlastnosťami, ktoré sú vhodné pre požiadavky motoricky poháňaných mechanických systémov.

Mosadzný dvojzávitový závitovkový prevod sa primárne používa v spojení s elektromotorom na prenos pohybu a výkonu medzi dvoma hriadeľmi, ktoré sú navzájom orientované pod uhlom - najčastejšie v uhle 90 stupňov. Na rozdiel od systémov s paralelným hriadeľom alebo kužeľovým prevodom, závitovkové usporiadanie umožňuje, aby sa hnacie a hnané hriadele nepretínali a neboli paralelné, čo z neho robí výnimočne všestranné riešenie pre kompaktné mechanické zostavy, kde priestorové obmedzenia bránia konvenčnému vyrovnaniu hriadeľov. Kombinácia vysokého prevodu, hladkej a tichej prevádzky a vlastných mechanických vlastností mosadze robí z tohto komponentu spoľahlivú voľbu v širokom spektre priemyselných a komerčných aplikácií.

Prečo je mosadz materiál voľby

Výber mosadze ako výrobného materiálu pre závitovkové prevody nie je svojvoľný – je výsledkom dobre zavedeného chápania toho, ako táto zliatina medi a zinku funguje v špecifických mechanických a tribologických podmienkach prítomných v závitovkových prevodoch. Kontakt závitovky sa vyznačuje vysokou rýchlosťou kĺzania medzi závitom závitovky a povrchom zuba ozubeného kolesa, čo je stav, ktorý vytvára značné trenie a teplo, ak sú navzájom spárované nekompatibilné materiály. Mosadz ponúka kombináciu vlastností, ktoré priamo riešia túto výzvu.

• Nízky koeficient trenia: mosadz má prirodzene nízky koeficient trenia voči oceli, ktorá je typickým materiálom používaným pre spojovací závitovkový hriadeľ. To znižuje tvorbu tepla, minimalizuje straty výkonu trením a výrazne predlžuje životnosť oboch komponentov.
• Dobrá opracovateľnosť: mosadz je jedným z najobrobiteľnejších kovov, ktoré sú k dispozícii, umožňujúce rezanie zložitého profilu špirálových zubov dvojzávitového závitovkového kolesa s vysokou presnosťou na sústruhu alebo CNC sústružníckom centre. Táto opracovateľnosť tiež udržuje výrobné náklady primerané aj pre presné komponenty.
• Primeraná pevnosť a tvrdosť: mosadz, hoci je mäkšia ako oceľ, poskytuje dostatočnú pevnosť v ťahu a tvrdosť povrchu pre úrovne zaťaženia typické pre pohony so závitovkovým prevodom spojeným s motorom, najmä v stredne náročných aplikáciách, kde sa extrémne rázové zaťaženie netýka.
• Odolnosť proti korózii: mosadz odoláva oxidácii a korózii vo väčšine prevádzkových prostredí, vďaka čomu je vhodná na použitie vo vnútorných priemyselných prostrediach aj v zariadeniach vystavených miernej vlhkosti bez potreby ochranných náterov.
• Tepelná vodivosť: mosadz vedie teplo efektívnejšie ako mnohé technické plasty používané ako alternatívne materiály pre závitovkové prevody, pomáha rozptýliť teplo vznikajúce trením počas nepretržitej prevádzky a zabraňuje tepelnej degradácii mazacích filmov.

V praxi je konvenčným párovaním závitovkový hriadeľ z tvrdenej ocele, ktorý zaberá s mosadzným závitovkovým kolesom. Táto odlišná kombinácia materiálov je zvolená zámerne, pretože minimalizuje opotrebenie lepidla – tendenciu klzných povrchov vyrobených z rovnakého materiálu k mikrozvarom a trhaniu počas kontaktu. Závitovka z tvrdšej ocele reže čisto na povrchu mosadzného kotúča a akékoľvek menšie opotrebenie, ku ktorému dôjde, prednostne odstráni materiál z mäkšej mosadze, a nie poškodí oceľový závitník, ktorý je nákladnejším a náročnejším komponentom na výmenu.

Pochopenie konštrukcie s dvojitým závitom a jeho vplyvu na prevodový pomer

Počet závitov na závitovkovom hriadeli – označovaný ako počet štartov – je jedným z najzákladnejších konštrukčných parametrov v systéme závitovkového prevodu, pretože priamo určuje prevodový pomer dosiahnuteľný pre daný počet zubov na závitovkovom kolese. Tento vzťah je vyjadrený priamym vzorcom: prevodový pomer sa rovná počtu zubov na závitovkovom kolese vydelenému počtom štartov na závitovkovom hriadeli.

Jednoštartová závitovka posúva závitovkové koleso presne o jeden zub na celú otáčku závitovkového hriadeľa. Dvojzávitová (dvojzávitová) závitovka posúva koleso o dva zuby na otáčku. To znamená, že pri rovnakom počte zubov šnekového kolesa vytvára dvojzávitová závitovka polovičný prevodový pomer ako jednozávitová závitovka, ale poskytuje dvojnásobnú výstupnú rýchlosť. Naopak, aby sa dosiahol rovnaký prevodový pomer ako u jednozávitovej závitovky s dvojzávitovou závitovkou, koleso musí mať dvakrát toľko zubov — čím sa zväčší priemer kolesa a celková veľkosť páru ozubených kolies.

Porovnanie prevodového pomeru podľa počtu závitov

Dizajn s dvojitým závitom zaberá v tomto spektre užitočnú strednú cestu. Ponúka podstatne vyššie prevodové pomery, ako sú dosiahnuteľné s čelnými, šikmými alebo kužeľovými ozubenými kolesami v jednom stupni, pri zachovaní lepšej mechanickej účinnosti ako jednorozbehové závitovkové kolesá. Vďaka tomu je dvojzávitové mosadzné závitovkové koleso obzvlášť vhodné pre aplikácie, kde je potrebné výrazné zníženie otáčok motora – ako je zníženie výkonu motora 1 400 ot./min. na 70 ot./min. pre pohon dopravníka – bez výrazného zníženia účinnosti spojeného so závitovkovými pohonmi s jedným štartom s veľmi vysokým pomerom.

Prenos výkonu medzi ofsetovými osami

Jednou z definujúcich funkčných charakteristík závitovkového prevodu je jeho schopnosť prenášať rotačný pohyb a krútiaci moment medzi dvoma hriadeľmi, ktoré nie sú ani rovnobežné, ani sa nepretínajú – konfigurácia označovaná ako prevod so skríženou osou alebo s posunutou osou. V štandardnej konfigurácii sú závitovkový hriadeľ a hriadeľ závitovkového kolesa navzájom usporiadané v uhle 90 stupňov so stredovou vzdialenosťou medzi ich osami, ktorá je určená geometriou ozubeného kolesa. Toto usporiadanie sa zásadne líši od kužeľových ozubených kolies, ktoré vyžadujú pretínajúce sa osi, a od čelných alebo šikmých ozubených kolies, ktoré vyžadujú rovnobežné osi.

Táto geometrická flexibilita je mimoriadne cenná v mechanickom dizajne. Umožňuje inžinierom smerovať prenos sily okolo rohov v rámci kompaktnej zostavy bez potreby vložených hriadeľov, univerzálnych kĺbov alebo ďalších prevodových stupňov. Motor namontovaný vodorovne môže poháňať zvislý výstupný hriadeľ alebo zvislo namontovaný motor môže poháňať vodorovný dopravník – to všetko v rámci jedného puzdra prevodovky obsahujúceho dvojicu závitoviek a kolies. Kompaktnosť tohto riešenia je jedným z dôvodov, prečo sú závitovkové reduktory také rozšírené pri manipulácii s materiálom, balení a automatizačných zariadeniach.

Mosadzný dvojzávitový závitovkový prevod je zvyčajne hnaným komponentom v páre - prijíma pohyb z oceľového závitovkového hriadeľa, ktorý je spojený priamo s výstupom motora. Keď sa závitovka otáča, jej špirálové závity zaberajú so zubami mosadzného kolesa v nepretržitom klznom a valivom kontakte, pričom tlačia každý zub v poradí a spôsobujú otáčanie kolesa okolo svojej vlastnej osi. Charakteristiky hladkého a progresívneho záberu zubov špirálovej geometrie spôsobujú skôr postupný, rovnomerný prenos krútiaceho momentu než impulzívny kontakt, ktorý sa môže vyskytnúť v pároch ozubených kolies s priamymi zubami, čo je primárny dôvod, prečo sú pohony so závitovkami v podstate tiché a hladké.

Výhody plynulej rotácie a vysokého prevodového pomeru v motorových aplikáciách

Keď je mosadzné dvojzávitové závitovkové koleso spárované s elektromotorom, táto kombinácia poskytuje súbor výkonnostných charakteristík, ktoré je ťažké zladiť s alternatívnymi technológiami ozubenia pri porovnateľnej veľkosti a nákladoch. Vďaka týmto výhodám je šnekový prevod predvolenou voľbou pre širokú škálu motorom poháňaných strojov.

Tichá prevádzka bez vibrácií

Profil skrutkovitého závitu závitovky zaisťuje, že záber zubov je postupný a nie náhly. V každom danom momente sú viaceré body pozdĺž dĺžky závitu v kontakte so zubom kolesa, čím sa zaťaženie rozdeľuje na väčšiu kontaktnú plochu a zabraňuje sa vibráciám a hluku spôsobenému nárazmi, ktoré postihujú prevodové systémy s priamym rezom. Vďaka tomuto hladkému záberu sú závitovkové reduktory preferovanou voľbou v aplikáciách, kde je problémom hluk – kancelárske zariadenia, lekárske prístroje, stroje na spracovanie potravín a spotrebné spotrebiče, všetky ťažia z tejto prirodzene tichej prevodovej charakteristiky.

Veľký prevodový pomer v jednom stupni

Jediný závitovkový prevodový stupeň môže dosiahnuť prevodové pomery v rozsahu od 5:1 do viac ako 100:1 v závislosti od počtu závitov a počtu zubov kolesa. Dosiahnutie porovnateľného pomeru s čelnými alebo špirálovými ozubenými kolesami by vyžadovalo dva alebo tri samostatné prevodové stupne v sérii, z ktorých každý zvyšuje zložitosť, náklady, hmotnosť a potenciálne body zlyhania prevodovky. Pohon šnekovým prevodom dosahuje tento veľký pomer v jednom zábere, výsledkom čoho je prevodovka, ktorá je výrazne kompaktnejšia a mechanicky jednoduchšia ako viacstupňové alternatívy pri rovnakom prevodovom pomere.

Samouzamykacia schopnosť

Pri nižších uhloch predstihu – ktoré zodpovedajú vyšším prevodovým pomerom a menšiemu počtu štartov závitu – sa závitovkové prevody správajú samosvorne: prevod nie je možné poháňať späť z výstupného hriadeľa. To znamená, že keď sa motor zastaví, zaťaženie nemôže spôsobiť spätné otáčanie výstupného hriadeľa, čo poskytuje vstavanú mechanickú brzdu bez akýchkoľvek ďalších komponentov. Zatiaľ čo dvojzávitové závitovky majú vyšší uhol nábehu ako jednozávitové závitovky a nemusia sa za každých podmienok samouzamykať, stále ponúkajú podstatne väčšiu odolnosť proti spätnému chodu ako väčšina ostatných typov prevodov. Táto vlastnosť sa využíva pri zdvíhacích zariadeniach, pohonoch brán a polohovacích systémoch, kde je držanie bremena v pokoji po vypnutí motora bezpečnostnou alebo funkčnou požiadavkou.

Typické aplikačné polia

Praktické využitie mosadzných dvojzávitových závitovkových prevodov v motorom poháňaných systémoch pokrýva výnimočne širokú škálu priemyselných odvetví a kategórií produktov. Vďaka kombinácii vysokého redukčného pomeru, geometrie priečnej osi, tichej prevádzky a kompaktného tvaru sú vhodné všade tam, kde motor potrebuje poháňať relatívne pomalý výstupný hriadeľ pri vysokom krútiacom momente bez zložitých viacstupňových prevodoviek.

• Dopravníkové a manipulačné systémy: motorom poháňané závitovkové reduktory riadia rýchlosť dopravníkových pásov, valčekových stolov a triediacich systémov v skladoch, výrobných linkách a logistických zariadeniach
• Pohony ventilov a vrát: šnekový prevod drives convert motor rotation into the high torque needed to open and close large industrial valves, sluice gates, and flood barriers
• Zdvíhacie a zdvíhacie zariadenia: elektrické navijaky, malé kladkostroje a javiskové lanové systémy používajú závitovkové reduktory pre ich samosvornosť a vysoký krútiaci moment
• Baliace stroje: indexovacie stoly, pohony plniacich hláv a etiketovacie zariadenia využívajú kompaktné závitovkové prevodovky na dosiahnutie presného, opakovateľného polohovania pri nízkych výstupných rýchlostiach
• Robotika a automatizácia: maloformátové závitovkové páry zabezpečujú otáčanie kĺbov v robotických ramenách, držiaky kamier a automatizované kontrolné zariadenia
• Poľnohospodárska technika: Pohony sejačky, rozmetacie mechanizmy a otočné pohony zavlažovania používajú závitovkové reduktory pre svoju spoľahlivosť v prašnom, vonkajšom prostredí

Úvahy o mazaní a servise

Efektívne mazanie je najdôležitejšou prevádzkovou požiadavkou pre pohon so závitovkovým prevodom z mosadze. Pretože pri kontakte medzi závitovkou a kolesom dominuje skôr kĺzanie ako odvaľovanie, musí sa mazací film neustále udržiavať, aby sa zabránilo kontaktu kov na kov, ktorý by spôsobil rýchle opotrebovanie povrchu mosadzného kotúča. Väčšina závitovkových reduktorov je mazaná špeciálnym závitovkovým prevodovým olejom – typicky vysokoviskóznym minerálnym alebo syntetickým olejom s extrémne tlakovými (EP) aditívami formulovanými špeciálne pre podmienky klzného kontaktu závitovkových pohonov. Štandardné prevodové oleje určené pre špirálové alebo čelné ozubené kolesá nie sú vhodnou náhradou, pretože nemajú filmotvorné vlastnosti potrebné v podmienkach kĺzania závitoviek.

Hladinu oleja je potrebné pravidelne kontrolovať a udržiavať na značke plnenia špecifikovanej výrobcom. Intervaly výmeny oleja závisia od prevádzkovej teploty, pracovného cyklu a od toho, či sa používa syntetický alebo minerálny olej – typické intervaly sa pohybujú od 2 000 do 5 000 hodín prevádzky. Prevádzka pohonu so závitovkovým prevodom pri zvýšených teplotách urýchľuje oxidáciu a degradáciu maziva, preto by sa pri aplikáciách s nepretržitou prevádzkou malo zvážiť tepelné riadenie prostredníctvom primeraného vetrania krytu alebo externého chladenia. Pravidelná kontrola zubov mosadzného kolesa, či nevykazujú známky jamkovej jamky, ryhy alebo nerovnomerného opotrebovania, poskytuje včasné varovanie pred problémami s mazaním alebo zarovnaním skôr, ako prejdú do katastrofálneho zlyhania ozubeného kolesa.