Vaihteistokäytöt: periaatteet, luokitukset ja teolliset sovellukset

1. Johdanto

2. Toimintaperiaatteet

Keskeiset edut

• Tarkka ja vakaa välityssuhde , lähes ilman luistoa.

• Korkea mekaaninen hyötysuhde , tyypillisesti 95–99,5 %.

• Laaja teho- ja nopeusalue milliwateista megawatteihin.

• Kompakti rakenne, joka soveltuu rajoitettuihin asennustiloihin.

• Pitkä käyttöikä ja korkea luotettavuus jatkuvaan käyttöön.

3. Yleiset pyydysten luokitukset

1. Spur Gears

• Hampaat ovat yhdensuuntaiset akselin akselin kanssa; helppo valmistaa ja kustannustehokas.

• Käytetään rinnakkaisakselikäyttöihin.

• Soveltuu keskisuurille – hitaille nopeuksille ja kevyille – keskisuurille kuormituksille.

2. Kierrevaihteet

• Hampaat leikataan kierrekulmassa, mikä tarjoaa pidemmät kosketuslinjat ja suuremman kosketussuhteen.

• Sujuva toiminta, alhainen melutaso ja suuri kuormituskyky.

• Käytetään laajasti vaihdelaatikoissa, autoissa ja tarkkuuskoneissa.

3. Kartiovaihteet

• Suunniteltu risteäviin akselikäyttöihin , yleensä 90° kulmassa.

• Suorat kartiohammaspyörät: yksinkertainen rakenne, hitaat sovellukset.

• Spiraali- ja hypoidikartiovaihteet: raskaat, pehmeät käytöt ajoneuvojen akseleille ja rakennuskoneille.

4. matovaihteet

• Käytetään ei-leikkautuviin kohtisuoraan akseleihin.

• Tarjoaa korkeat alennussuhteet ja hiljaisen toiminnan; jotkut ovat itselukkiutuvia.

• Käytetään hisseissä, nostimissa ja indeksointimekanismeissa.

5. Planetary Gears

• Kompakti, korkea vääntömomenttitiheys ja koaksiaalilähtö.

• Useat hampaat jakavat kuorman, mikä mahdollistaa raskaan suorituskyvyn.

• Käytetään robotiikassa, uusissa energiaajoneuvoissa ja servovähentäjissä.

4. Tärkeimmät vaihteiston suunnitteluparametrit

• Moduuli (m) – Hampaiden koon ja kantavuuden perusindeksi.

• Hampaiden lukumäärä (z) – määrittää välityssuhteen:

  i=z1z2

• Painekulma (α) – Vakioarvo on yleensä 20°.

• Helix Angle (β) – Vaikuttaa tasaisuuteen ja aksiaaliseen kuormitukseen.

• Transmission Ratio (i) – Määrittää nopeuden ja vääntömomentin muunnoksen.

• Keskietäisyys (a) – Vaikuttaa kokoonpanoon ja lujuuteen.

• Kasvojen leveys (b) – Vaikuttaa suoraan kantavuuteen.

5. Vaihteiden tarkkuusluokat

• 0–2 : Ultratarkkuus, metrologiaan ja huippuluokan instrumentteihin.

• 3–5 : Nopeat tarkkuuskoneet.

• 6–8 : Yleiset teollisuusvaihteistot, autojen vaihteistot.

• 9–12 : Hidaskäyntiset, raskaat, maatalous- ja kaivoskoneet.

• Kumulatiivinen äänenkorkeusvirhe

• Profiilin poikkeama

• Johdon poikkeama

• Radiaalinen juoksu

6. Materiaalit ja lämpökäsittely

Tyypilliset materiaalit

• Hiiliteräkset : 45# teräs yleiskäyttöisiin vaihteistoihin.

• Seosteräkset : 40Cr, 42CrMo keskiraskaita kuormia varten.

• Kotelokarkaisuteräkset : 20CrMnTi, 20CrMo suorituskykyisille vaihteille.

• Valurauta : Harmaarauta, pallografiittivalurauta hitaisiin ja edullisiin sovelluksiin.

• Muovit : Nylon, POM kevyille, hiljaisille laitteille.

Lämpökäsittelyprosessit

• Karkaisu ja karkaisu – Parantaa yleistä sitkeyttä.

• Pinnan karkaisu – Kova pinta, kova ydin.

• Hiiletys ja karkaisu – Korkea pinnan kovuus raskaille kuormille.

• Nitraus – Minimaalinen vääristymä, äärimmäinen kulutuskestävyys.

7. Valmistusprosessit

• Hobbing – Yleisin lieriömäisille hammaspyörille.

• Muotoilu – Soveltuu sisä- ja monivaihevaihteistoille.

• Parranajo – Pehmeä viimeistelyprosessi tarkkuuden parantamiseksi.

• Hionta – Erittäin tarkka viimeistely karkaistuille hammaspyörille.

• Takominen ja suulakepuristus – Suuri volyymi, erittäin luja tuotanto.

8. Voitelu- ja vikatilat

Yleisiä epäonnistumisia

• Hankaavaa kulumista – johtuu huonosta voitelusta tai likaantumisesta.

• Pitting – Väsymisvika syklisen kosketusjännityksen vuoksi.

• Hampaiden rikkoutuminen – Ylikuormitus, isku tai materiaaliviat.

• Muovinen muodonmuutos – Hitaan nopeuden ja raskaan kuormituksen olosuhteissa.

• Pisteet – Liiman kuluminen korkeissa lämpötiloissa nopeissa ajoissa.

Voitelutoiminnot

• Vähennä kitkaa ja kulumista

• Jäähdytä ja haihduta lämpöä

• Suojaa korroosiolta

• Vähennä melua ja pidennä käyttöikää

9. Teolliset sovellukset

• Autot : Vaihteistot, tasauspyörästö, ajoitusjärjestelmät.

• Rakennuskoneet : Kaivinkoneet, nosturit, jyrät.

• Huippuluokan laitteet : Työstökoneet, tuulivaihteistot, robotit.

• Yleiset koneet : Supistimet, pumput, puhaltimet, kuljettimet.

• Junakuljetukset : Suurnopeusjuna- ja metroasemat.

• Maatalous ja kevyt teollisuus : Harvesterit, tekstiili- ja pakkauskoneet.

• Ilmailu : Lentokoneiden moottorit ja helikopterien voimansiirrot.

10. Johtopäätös