Zazor pužnog prijenosnika - izvori, mjerenje i kontrola
Specifikacija zazora od 0,05 mm na obodu nije jedan broj - to je zbir pet zazora. Razložite ih, izmjerite svaki i željena tačnost indeksiranja je odjednom dostižna.
Zazor na paru puža i pužnog kotača nije jedna veličina, već zbir pet izvora: zazor utora za klin, prianjanje glavčine i osovine, radijalni zazor izlaznog ležaja, zazor profila zuba i neusklađenost termičkog širenja. Ukupni zazor izmjeren na obodu kotača obično je 0,05 do 0,30 mm za opće industrijske pogone i 0,02 do 0,05 mm za precizno indeksiranje. Smanjenje ukupnog broja ispod 0,02 mm zahtijeva kontrolu svakog izvora pojedinačno, pri čemu geometrija dupleks puža obrađuje komponentu profila zuba gotovo do nule. Većina pritužbi na "bučan pogon za preokretanje" vodi do jednog ili dva dominantna izvora, a ne do ujednačenog povećanja u svih pet. Dijagnosticiranje koji izvor dominira je prvi korak u svakom projektu smanjenja zazora.
Zašto je povratna reakcija važna — test od pet lučnih minuta
Novi voditelj projekta kod korejskog proizvođača alatnih mašina prošlog mjeseca nas je zamolio za pužni zupčanik omjera 60:1 s "industrijskim standardnim zazorom". Ispostavilo se da je aplikacija bila rotacijski indeksni sto s 4 stanice i tolerancijom pozicioniranja od plus ili minus pet lučnih minuta. Industrijski standardni zazor na tipičnom pužnom zupčaniku iznosi 30 do 60 lučnih minuta - šest do dvanaest puta više od tolerancije primjene. Neusklađenost nije bila greška dobavljača niti greška kupca. To je bila posljedica tretiranja zazora kao jednog broja, a ne kao sistemskog svojstva sastavljenog od pet nezavisnih doprinosa.
Svaki par pužnih zupčanika nosi određeni gubitak kretanja između navoja puža i zuba pužnog točka. Taj gubitak kretanja je neophodan kako bi se omogućilo stvaranje filma maziva, prilagodilo termičko širenje i spriječilo zaglavljivanje. Pitanje nije da li treba imati zazor, već koliko ga dozvoliti i kako kontrolisati njegove izvore. Članci koji kažu da je „zazor između 30 i 60 lučnih minuta“ ponavljaju kataloški broj koji može, ali i ne mora odgovarati primjeni. Članci koji govore o „pužnim zupčanicima bez zazora“ prelaze na rješenje prije nego što identifikuju odakle zapravo dolazi zazor. Prava polazna tačka je dekompozicija.
Pet izvora negativne reakcije - dekompozicija
Ukupni zazor izmjeren na obodu pužnog kotača je zbir pet komponenti. Svaka komponenta ima svoj fizički mehanizam, vlastiti raspon kontrole i vlastito projektno djelovanje. Dekompozicija je važna jer ne možete smanjiti ukupni zazor ispod najveće pojedinačne komponente, bez obzira koliko snažno zategnete ostale.
Većina općih industrijskih pogona ima jednu ili dvije dominantne komponente - obično profil zuba i radijalni zazor ležaja - dok ostale malo doprinose. Primjene preciznog indeksiranja moraju kontrolirati svih pet do usporedivih nivoa.
Dodajte tipične doprinose i slika postaje jasna. Opšti industrijski par pužnih zupčanika ima ukupni zazor od otprilike 0,08 do 0,34 mm na obodu - što se pretvara u 30 do 90 lučnih minuta na radijusu koraka od 100 mm. Taj raspon se poklapa sa kataloškim brojevima koje većina članaka navodi bez objašnjenja. Dekompozicija otkriva zašto ti brojevi nisu sudbinski određeni: svaki izvor se može pojedinačno smanjiti, a rezultat preciznosti od 0,02 mm je dostižan kada se svaka komponenta drži na uskoj granici svog raspona.
Kako izmjeriti zazor — metoda indikatora s kazaljkom
Mjerenje zazora je jednostavno, ali se lako može pogriješiti u prvom pokušaju. Dolje navedeni postupak funkcionira za bilo koji par pužnih zupčanika, od minijaturnog aktuatora do velikog industrijskog reduktora. Ključna disciplina je potpuno zaključavanje pužne osovine tako da svo izmjereno kretanje na kotaču dolazi iz zazora zgloba, a ne od puža koji se lagano okreće pod opterećenjem.
- Blokirajte pužno vratilo od rotacije. Na kompletnom reduktoru, držite ulazno vratilo od kretanja pomoću stezaljke ili ravne ploče preko utora za klin. Na golom zupčaniku postavljenom u ispitnu armaturu, direktno stegnite pužno vratilo.
- Montirajte komparator s kazaljkom na stabilnu referentnu površinu uz obruč pužnog kotača. Postavite vrh komparatora na ravnu površinu na obruču, okomito na os kotača, na najvećem dostupnom radijusu za osjetljivost mjerenja.
- Primjenjujte laganu tangencijalnu silu na obruč kotača u jednom smjeru dok se zubi pužnog kotača potpuno ne zahvate na jednoj strani. Postavite komparator na nulu.
- Preokrenite tangencijalnu silu, primjenjujući jednaku veličinu u suprotnom smjeru dok se zubi ponovo ne zahvate na suprotnoj strani. Očitajte pomak komparatora - to je ukupni zazor na mjernom radijusu.
- Pretvorite u ugaoni zazor ako je potrebno: ugaoni zazor (radijani) = linearni zazor (mm) podijeljeno s mjernim radijusom (mm). Pomnožite sa 3437,75 da biste pretvorili radijane u lučne minute.
- Ponovite na četiri pozicije oko obima točka (razmaknute za 90 stepeni). Varijacija zazora oko točka otkriva greške u razmaku između zuba i efekte odstupanja koje jedno mjerenje propušta.
- Dokumentujte četiri očitanja, prosjek i raspon varijacije. Prosjek je radni zazor; varijacija je signal kvalitete samog točka.
Varijacija veća od 25 posto prosjeka obično ukazuje na neravninu točka ili grešku u razmaku između zuba usljed istrošene rezne ploče. Ako je varijacija ujednačena po cijelom točku, ali je apsolutni broj prevelik, dominantni izvor je fiksni zazor (utor za klin, dosjed, ležaj) i podešavanje točka ga neće popraviti.
Suptilnost mjerenja koja privlači tehničare početnike: pokazni uređaj mora očitavati pomak naplatka kotača, a ne pomak baze pokaznog uređaja u odnosu na kućište kotača. Ako je pokazni uređaj montiran na isto kućište u kojem se kotač okreće, savijanje kućišta pod tangencijalnom silom manifestira se kao lažni zazor. Montirajte pokazni uređaj na vanjski kruti okvir, a ne na samo kućište mjenjača. Prvi put kada smo proveli reviziju zazora na indeksnom stolu japanskog kupca, prividni zazor se smanjio za 40 posto u trenutku kada smo pomaknuli bazu pokaznog uređaja s poklopca mjenjača na zasebni magnetski stalak na granitnoj površini.
Dizajniranje budžeta za povratne reakcije za aplikaciju za indeksiranje
Nakon što se pet izvora razloži, proces dizajniranja postaje jednostavan. Rasporedite ukupni budžet na pet komponenti, uzimajući u obzir da najjeftinija smanjenja dolaze od komponenti koje već imaju najveći raspon kontrole, a najskuplja smanjenja dolaze od komponenti poput profila zuba kojima je potrebna specijalizirana geometrija.
Razmotrimo precizni indeksirajući rotacijski stol za korejski zavarivač automobilskih dijelova. Specifikacija tačnosti indeksa: plus ili minus 30 lučnih sekundi na obratku, koji se nalazi 250 mm od središta točka. To se pretvara u plus ili minus 0,036 mm linearno na radijusu obratka, skalirajući se na plus ili minus 0,018 mm na naplatku točka od 125 mm. Ukupni dvosmjerni budžet zazora: 0,036 mm na naplatku. Raspodjela između pet izvora na uskom kraju svakog kontroliranog raspona:
Primijetite da komponenta profila zuba zauzima više od polovine ukupnog budžeta. To je tipično - zazor profila zuba je strukturno najveći izvor i zahtijeva najagresivnije smanjenje (geometrija dvostrukog puža) da bi se uklopio u precizni budžet. Ostale četiri komponente je lakše kontrolirati pojedinačno i doprinose proporcionalno manje.
Tehnologija dupleks pužnog zupčanika (protiv povratnog udara)
Dupleks puž ima malu namjernu razliku u koraku navoja između desnog i lijevog boka svakog navoja. Razlika u koraku stvara debljinu zuba koja varira duž dužine puža - tanji je na jednom kraju, deblji na drugom.
Aksijalno pomicanje puža u odnosu na točak mijenja koji je aksijalni položaj u zahvatu, a samim tim i koja debljina zuba dodiruje zube točka. Pomicanjem puža prema debljem kraju, zazor profila zuba se smanjuje. Pomicanjem puža u drugom smjeru, zazor se otvara. Isti par zupčanika se prilagođava širokom rasponu postavki zazora bez ponovne obrade bilo čega.
Tipičan dupleks dizajn mijenja zazor za 0,02 mm za svakih 1 mm aksijalnog pomicanja puža. S proizvodnim tolerancijama na kotaču od plus ili minus 0,045 mm, aksijalni pomak puža od 2 mm pokriva cijeli raspon tolerancije od otvorenog zazora do nultog zazora. Podešavanje se vrši prilikom montaže pomoću podloške i sigurnosne matice, a postavka ostaje za cijeli vijek trajanja pogona, osim ako se podloške ne podese ponovo.
Dva upozorenja u vezi s geometrijom dupleksa. Prvo, nulti zazor rijetko je pravi cilj - pri nultom zazoru film maziva se ne može uspostaviti, trenje raste, a habanje se ubrzava. Većina dupleks primjena cilja na zazor profila zuba od 0,02 do 0,04 mm, ostavljajući prostor za film ulja bez žrtvovanja tačnosti pozicioniranja. Drugo, dupleks geometrija se ne može naknadno ugraditi. Pužni puž i točak se uparuju kao par od proizvodnje, a zamjena standardnog puža u kućište dupleks kotača u potpunosti uklanja mogućnost podešavanja.
Pomak povratnog udara tokom vijeka trajanja
Zazor nije konstantan tokom životnog vijeka pogona. Svaki od pet izvora se mijenja na svojoj vremenskoj skali, a ukupan broj raste po karakterističnom obrascu koji timovi za održavanje mogu pratiti.
Praćenje povratnog udara putem planiranih mjerenja jedna je od najjeftinijih dostupnih tehnika praćenja stanja - 5-minutna provjera indikatorom svaki kvartal otkriva razvoj habanja mnogo prije nego što postane vidljiv na druge načine.
Zazor profila zuba stalno raste s radnim satima kako se zubi bronzanog točka troše. Tipičan industrijski pogon pokazuje rast profila zuba od 0,003 do 0,008 mm na 1.000 radnih sati pod nominalnim opterećenjem, ubrzavajući se na 0,015 mm na 1.000 sati pod hroničnim preopterećenjem. Radijalni zazor ležaja raste postepeno kada se ležajevi istroše preko praga zamora. Zazor žlijeba za klin raste kada se pragovi klina savijaju pod opterećenjem u suprotnom smjeru. Prianjanje glavčine i vratila i termičko širenje su u suštini konstantni osim ako nešto katastrofalno ne otkaže.
Tim za održavanje koji kvartalno bilježi zazor i prati trend obično može predvidjeti zamjenu mjenjača šest do dvanaest mjeseci unaprijed - mnogo prije nego što rastući zazor počne utjecati na tačnost pozicioniranja izlaza ili aktivirati alarme nizvodno. Za kompletne pogonske jedinice, pregledajte standardne pužni reduktor opcije koje uključuju fabričke specifikacije zazora i odredbe o podešavanju na terenu za većinu veličina okvira.
Tri stvarna slučaja kontrole povratnog efekta
Slučaj 1 — Korejski sto za indeksiranje alatnih mašina
Korejskom zavarivaču automobilskih dijelova bila je potrebna tačnost indeksa od plus ili minus 30 lučnih sekundi na rotacionom stolu sa 4 stanice za zavarivanje okvira vrata. Početna specifikacija: standardni pužni reduktor 50:1. Izmjereni zazor na prvom prototipu bio je 35 lučnih minuta - 70 puta veći od tolerancije primjene. Dijagnoza: dominantan zazor profila zuba bio je 0,12 mm na obodu, pri čemu je žlijeb za klin dodao još 0,04 mm. Rješenje: prelazak na dupleks pužni zupčanik i par točaka sa ciljnim profilom zuba od 0,020 mm, ručno ugrađen paralelni klin smanjuje zazor žlijeba za klin na 0,005 mm, prednapregnuti ugaoni kontaktni ležajevi smanjuju radijalni zazor na 0,005 mm. Konačni izmjereni zazor: 0,034 mm na obodu, što je ekvivalentno plus ili minus 28 lučnih sekundi - unutar tolerancije primjene s malom marginom. Ukupna premija na cijenu u odnosu na standardni reduktor: otprilike 2,4 puta. Primjena je zahtijevala ovu premiju jer je greška pozicioniranja direktno utjecala na kvalitet zavara.
Slučaj 2 — Japanska faza poluprovodničkih pločica
Japanskom proizvođaču poluprovodničke opreme bilo je potrebno pozicioniranje u sub-lučnoj sekundi na rotacionom postolju za rukovanje pločicama. Budžet zazora na obodu točka: 0,005 mm - znatno ispod praktične granice bilo koje tehnologije pužnog prijenosnika. Dijagnoza: pužni prijenosnik je bio pogrešan tehnološki izbor za ovu klasu tačnosti. Rješenje: u potpunosti zamijeniti koncept pužnog prijenosnika motorom s direktnim pogonom i harmonijskom rezervom pogona, napuštajući pristup pužnog prijenosnika. Pouka: kada proračun budžeta pokaže da čak ni najstroža kontrola svakog izvora zazora ne može ispuniti zahtjev, odgovor nije bolja tehnologija pužnog prijenosnika. Odgovor je drugačija tehnologija prijenosnika. Pužni prijenosnici s punim dupleksom i čvrstim ležajevima mogu doseći otprilike 0,02 mm na obodu; ispod toga, harmonijski pogon ili direktni pogon postaju pravo rješenje.
Slučaj 3 — Vijetnamski pozicioner za tekstilni razboj
Vijetnamski proizvođač tekstilnog razboja prijavio je "bučno okretanje unazad" na pogonu za pozicioniranje konca nakon 4 mjeseca rada. Početna pretpostavka: istrošeni bronzani točak koji treba zamijeniti. Mjerenje zazora pokazalo je 0,42 mm na obodu, što je daleko iznad fabričke specifikacije od 0,18 mm. Dijagnoza raspadanja: profil zuba je samo neznatno porastao sa 0,08 mm na 0,12 mm. Dominantni novi izvor bio je radijalni zazor ležaja, koji je porastao sa 0,02 mm pri isporuci na 0,18 mm - ležajevi su bili istrošeni, a ne zupčani par. Rješenje: zamijeniti ležajeve, zadržati originalni puž i točak, vratiti zazor na 0,16 mm. Ukupni trošak: oko 8 posto potpune zamjene zupčanog para. Pouka: ne znači svaka pritužba na povećani zazor istrošene zupčanike. Raspadanje prije zamjene štedi novac na dijelovima koji su još uvijek u upotrebi.
Često postavljana pitanja
P: Da li je nulti povratni udar realan cilj dizajna?
Gotovo nikad. Nulti zazor znači da su puž i zubi točka u kontinuiranom kontaktu na obje strane istovremeno, što sprječava stvaranje filma maziva između kontaktnih površina. Trenje se povećava, stvaranje toplote se povećava, a habanje se dramatično ubrzava. Praktični dizajni "protiv zazora" ciljaju na zazor profila zuba od 0,01 do 0,04 mm - dovoljno mali za precizno pozicioniranje, ali dovoljno veliki da održi film ulja. Pravi dizajni sa nultim zazorom (opružno prednapregnuti podijeljeni puž) funkcionišu, ali zahtijevaju pažljiv odabir maziva i prihvataju kraći vijek trajanja kao kompromis.
P: Kako se povratni udar pretvara između linearnih i ugaonih jedinica?
Linearni zazor na radijusu R pretvara se u kutni zazor pomoću formule: kutni zazor (radijani) = linearni (mm) podijeljeno sa R (mm). Pomnožite sa 3437,75 da biste pretvorili radijane u lučne minute ili sa 206265 da biste pretvorili u lučne sekunde. Primjer: linearni zazor od 0,05 mm izmjeren na radijusu oboda od 100 mm jednak je 0,0005 radijana jednako je 1,72 lučne minute jednako je 103 lučne sekunde. Istih 0,05 mm na radijusu oboda od 25 mm daje 6,88 lučnih minuta, što je četiri puta lošije. Uvijek navedite mjerni radijus pored linearne vrijednosti ili direktno navedite kutnu vrijednost.
P: Mogu li smanjiti zazor na postojećem mjenjaču bez zamjene dijelova?
Ponekad — zavisi od toga koji izvor dominira. Ako je zazor izlaznog ležaja dominantan izvor, zamjena ležajeva s manjom klasom zazora često nadoknađuje 50 posto originalnog budžeta zazora bez dodirivanja zupčanika. Ako se zazor žlijeba za klin povećao zbog habanja ključa, ugradnja malo većeg ključa vraća originalne specifikacije. Ako je zazor profila zuba dominantan, puž i točak fiksne geometrije ne mogu se podesiti na mjestu — zamjena je jedini put. Dizajni s podesivim središnjim razmakom omogućuju određeni oporavak profila zuba, ali samo na kućištima koja su za to dizajnirana. Dijagnosticirajte dominantan izvor prije nego što odlučite zamijeniti zupčanike.
P: Kakav je odnos između zazora i klase tačnosti zupčanika?
Klasa tačnosti (DIN 5, 6, 7, 8) kontroliše grešku profila između zuba i ukupnu kumulativnu grešku koraka, a ne prosječni zazor. Par brušenih pužnih zupčanika DIN 5 ima užu geometriju boka zuba od para samo sa ozubljenim zubima DIN 8, ali njihov prosječni zazor se može postaviti na slične vrijednosti. Razlika je u varijaciji zazora oko točka - DIN 5 može pokazati varijaciju od 0,005 mm, dok DIN 8 pokazuje 0,030 mm. Za primjene gdje je varijacija zazora bitna (servo pozicioniranje, glatka kontrola kretanja), klasa tačnosti je jednako bitna kao i prosječni zazor. Za primjene kojima je potreban samo konzistentan položaj pri preokretanju, prosječni zazor je dominantna specifikacija.
P: Kako temperatura utiče na zazor na kotaču od fosforne bronze i čeličnom pužu?
Fosforna bronza ima koeficijent termičkog širenja od otprilike 18 ppm po stepenu Celzijusa, dok kaljeni čelik ima koeficijent 11 ppm po stepenu Celzijusa. Bronzani točak raste brže od čeličnog puža i kućišta kako temperatura raste. Za točak s promjerom koraka od 100 mm, promjena temperature od 30°C mijenja prečnik točka za približno 0,054 mm - što se uglavnom direktno prevodi u smanjeni zazor profila zuba na radnoj temperaturi. Zazor pri hladnom startu je stoga veći od zazora pri toplom radu, a precizne primjene koje rade u širokom temperaturnom rasponu moraju biti dizajnirane za slučaj hladnog starta (najveći zazor), a istovremeno osigurati da kućište pri toplom radu nikada ne dostigne nulti zazor.
P: Da li trebam specificirati zazor u lučnim minutama ili milimetrima u svom crtežu?
I korejske i japanske specifikacije proizvođača originalne opreme (OEM) obično navode ugaonu vrijednost kao primarnu specifikaciju (npr. „maksimalni dvosmjerni zazor od 12 lučnih minuta“) s ekvivalentnom linearnom vrijednošću na definiranom radijusu kao sekundarnom referencom (npr. „ekvivalentno 0,07 mm na radijusu koraka od 100 mm“). Dvostruka specifikacija eliminira dvosmislenost za dobavljača i daje inspekcijskom timu direktnu metu mjerenja. Samostalne linearne vrijednosti bez navedenog radijusa su dvosmislene; samostalne ugaone vrijednosti su precizne, ali ih je teže izmjeriti na stolu. Obje zajedno čine specifikaciju nedvosmislenom i preglednom.
P: Kako zazor utiče na proračun prenosnog odnosa pužnog prenosa i izbor montaže?
Veći omjeri proizvode veći zazor na izlazu pri istom ulaznom kretanju, jer se izlaz manje okreće po jedinici ulaza. Omjer 100:1 sa zazorom oboda od 0,1 mm pokazuje 10 mm hoda ulaznog vratila prije nego što se izlazni spoj preokrene - iritantno, ali bezopasno na transporteru, nepodnošljivo na servo pozicioneru. Način montaže je također važan: stezanje s podijeljenom glavčinom uvodi nulti zazor zgloba jer je trenje prianjanje ujednačeno po cijelom opsegu otvora, dok montaža utora za klin uvijek doprinosi zazoru utora za klin. Za precizne primjene s visokim omjerom, i izbor omjera i izbor montaže moraju se uzeti u obzir uz specifikaciju zazora zupčanog para.
Zazor na pužnom paru zupčanika nije pojedinačni broj o kojem se treba pregovarati s dobavljačem. To je budžet sastavljen od pet nezavisnih izvora, od kojih je svaki mjerljiv, svaki se može kontrolirati kroz specifične dizajnerske radnje, a svaki je podložan pomjeranju tokom vijeka trajanja na vlastitoj vremenskoj skali. Članci koji navode "tipično 30 do 60 lučnih minuta" bez objašnjenja dekompozicije ne ostavljaju inženjeru dizajna put do preciznog rezultata. Inženjer koji dekomponuje budžet, pošteno dodjeljuje svaku komponentu i mjeri sastavljeni pogon u odnosu na budžet, pouzdano dostiže toleranciju primjene iz prvog pokušaja.
Za korejske i japanske OEM dizajnerske timove koji razvijaju precizno indeksiranje, alatne mašine ili servo pozicioniranje, naš inženjerski odjel provodi dekompoziciju zazora iz pet izvora u skladu s vašim zahtjevima za tačnost i preporučuje raspored zupčanika, nosača, ležaja i ključa koji odgovara budžetu. Standardni katalog precizni i dupleks pužni zupčanici Pokrivamo cijeli raspon od općih industrijskih do primjena indeksnog razreda. Prilagođene geometrije se izrađuju prema crtežu s rokovima isporuke od 6 do 8 sedmica - zatražite negativni pregled budžeta s vašom specifikacijom tačnosti i naš tim će vam vratiti alokaciju iz pet izvora u roku od jednog korejskog radnog dana.
Dizajniranje preciznog indeksnog ili pozicionog pogona?
Pošaljite specifikaciju tačnosti (u lučnim sekundama ili milimetrima na radijusu obratka) i opseg radne temperature. Razložit ćemo budžet za zazor na pet izvora i preporučiti kombinaciju zupčanika, nosača i ležaja koja odgovara toleranciji.
Urednik: Cxm
