Hammasrataste ja sidurite lõtku mõistmine
Lõtk (mida nimetatakse ka lõtkeks või mänguks) on mehaaniliste ülekannete kokkupuutuvate osade vaheline vahe või lõhe – kõige sagedamini on tegemist hammasrataste hammaste vahelise tangentsiaalse lõtkega, kui üks hammasratas on paigal ja teist liigutatakse edasi-tagasi. See on süsteemis esineva „kaotatud liikumise” ehk vaba mängu suurus: vahemaa, mille võimsusülekande hammasratas suudab läbida enne, kui see hakkab vastassuunas liikuvale hammasrattale mõjuma. Väike, tahtlik tagasilöök on hädavajalik süsteemi tõrgeteta toimimiseks hammasülekande töö, kuid kui see kulumise tagajärjel läbi kasvab, tekitab see löökkoormust, müra, positsioneerimisviga ja vibratsioon.
1. Mõiste: Mis on lõtk?
Hammasrataste paari puhul määratletakse lõtku kõige täpsemalt kui vahet, mida mõõdetakse mööda jõujoont – või samaväärselt kui tangentsiaalset mänguruumi jaotusjoonel –, mis võimaldab ühel hambal liikuda veidi vastashamba ruumis enne kokkupuute tekkimist. Kui hoida üht hammasratast paigal ja liigutada teist, siis nurk, mille ulatuses see vabalt liigub enne, kui hammaste küljed kokku puutuvad, väljendab otseselt olemasolevat lõtku.
Sama põhimõte kehtib ka muude osade puhul peale hammasrataste. Sidurites, nuutides, juhtkruvides, hammaslattajamites ning igasugustes hammas- või kiilühendustes esineb teatud mäng. Oluline on see, et teatud lõtk on vajalik ja tahtlik: see võimaldab määrdekile tekkimist, arvestab hammaste soojuspaisumisega, kompenseerib tootmistolerantse ja takistab hammaste kinnikiilumist koormuse all. Lõtk muutub defektiks alles siis, kui see ületab projekteeritud väärtuse – sel juhul käitub see nagu lokaalne vorm mehaaniline lõtvus hammasrattakomplekti sees.
2. Eesmärk ja tüüpilised väärtused
Miks lõtk projekteeritakse sisse
- Määrimisruum: võimaldab õlikile tekkimist koormatud ja koormamata hammaste külgede vahel.
- Soojuspaisumine: võimaldab hammaste pikendamist, kui reduktor soojeneb töötemperatuurini.
- Tootmistolerantsid: võimaldab hammaste paari kokku sobitada hoolimata hammaste paksuse ja vahekauguse väikestest erinevustest.
- Võimaldab vältida kokkukleepumist: tagab, et hambad ei jää koormuse või soojuspaisumise tõttu kunagi kinni, mis suurendaks hõõrdumist ja soojust.
Tüüpilised lõtku väärtused
- Täppisülekanded: 0,05–0,15 mm (0,002–0,006 tolli).
- Tööstuslikud hammasrattad: 0,2–0,8 mm (0,008–0,030 tolli).
- Rasketehnika: 1,0–3,0 mm (0,040–0,120 tolli).
- Rusikareegel: tavapäraste tööstuslike hammasrataste puhul umbes 0,04–0,08% telgede vahekaugusest.
Need on suunised, mitte absoluutsed väärtused – õige näitaja sõltub moodulist, täpsusklassist, materjalist ja kasutusoludest. Uue hammasratta projekteerimisel või kontrollimisel tasub hammaste geomeetriat võrrelda täpsusstandardiga; a sirgehammasratta kalkulaator ja vastav hammasratta täpsusklass See tööriist võimaldab hõlpsasti seostada telgede vahekauguse ja tolerantsi sobiva lõtkuvahemikuga.
3. Mõõtmismeetodid
Otsene mõõtmine
- Paksusmõõturi meetod: asetage lehtkaliibrid hammaste vahele jaotusjoonel, et vahet otse mõõta.
- Mõõturiga mõõtmise meetod: lukusta üks hammasratas, liiguta teist edasi-tagasi ja mõõda vaba liikumisulatus telje raadiusel.
- Koordinaatmõõtmine: mõõta täpselt mõlemat hammasratast ja arvutada teoreetiline hammasvahe hammaste paksuse ja telgede vahekauguse alusel.
- Lõtkumõõtur: spetsiaalselt tootmiskontrolliks või välitöödeks loodud vahendid.
Operatiivne hindamine
- Kuulake, kas kostub kolksumist või klõpsumist, mis viitab liigsele lõtkule.
- Jälgige võlli liikumist koormuse suuna muutumisel – nähtav kõikumine viitab lõtkudele.
- Mõõta servo- või indekseerimissüsteemide positsioneerimisviga.
- Kasutage vibratsioonianalüüs et selgitada välja, milliseid löögiga seotud mustreid tekitab liigne lõtk.
4. Liigse lõtku põhjustatud probleemid
Löögikoormus ja vibratsioon
- Kui koormus muutub vastupidiseks, liiguvad hambad lahku ja löövad seejärel uuesti kokku.
- See tekitab iga kord, kui kontakt taastub, löökkoormusi ja impulssvibratsiooni.
- Löök tekib koormuse suuna muutumise kiiruse juures, mitte tingimata võlli pöörlemiskiiruse juures.
- Korduvad löögid kiirendavad hamba väsimus ja kandma.
- Selle tulemuseks on iseloomulik koputav või kolksuv heli.
Positsioneerimisvead
- Servosüsteemides ja positsioneerimisseadmetes tekitab tagasilöök iga suunamuutuse ümber „surnud tsooni“.
- Väljundvõll ei reageeri väikestele sisendmuutustele enne, kui mäng on kõrvaldatud.
- Positsioneerimisviga on võrdne lõtku suurusega.
- See on äärmiselt oluline CNC-tööpinkide, robootika ja täppisinstrumentide puhul.
Müra ja vähenenud jäikus
- Müra: hambade kokkupõrkumisel tekkiv kolin koormuse kõikumisel, mis on eriti tülikas muutuva koormusega ajamites ja süveneb, kui kulumise tõttu suureneb vahe.
- Süsteemi jäikuse vähenemine: lõtk lisab jõuülekandesse järeleandlikkust, vähendades efektiivset väändumine jäikust, halvendades reguleerimissilmuse toimivust, ning tagasisidesüsteemides võib see põhjustada isegi piirtsükli ebastabiilsust.
5. Liigse lõtku põhjused
Tavaline kulumine
- Hammaste küljed kuluvad hammasrataste kokkupuutumisel tekkiva libistava kontakti tõttu.
- Lõtk suureneb järk-järgult kasutusaastate jooksul.
- See on kõigi hammasülekannete puhul oodatav kulumisviis.
- Kulu sõltub koormusest, määrdeaine kvaliteedist ja õli puhtusest.
Kiirendatud kulumine
- Abrasiivse materjali sattumine: kõvad osakesed toimivad lihvimismassina, lihvides servasid.
- Ebapiisav määrimine: Metallpindade kokkupuutepunkt kiirendab kulumist.
- Ülekoormus: Liigne koormus hammaste peale kiirendab pinna kulumist.
- Joondusviga: äärekoormus alates võlli joondushäire koormus koondub hammaste ühele otsale.
Projekteerimis- või paigaldusvead
- Ebaõige teljevahe.
- Vale hammasrataste paar, mille hammasprofiilid ei sobi kokku.
- Soojuspaisumist ei ole piisavalt arvesse võetud.
- Tootmistolerantsid on seatud liiga laialt.
6. Lõtku diagnoosimine vibratsioonianalüüsi abil
Vibratsiooni signatuur
- Löögid: teravad impulssid aja lainekuju iga koormuse suuna muutumisel.
- Mitmekordsed harmoonilised: löökkoormus tekitab laia rühma harmoonilised selle asemel, et kasutada ühtainust puhast tooni.
- Koormusest sõltuv: vibratsioon tugevneb ja nõrgeneb vastavalt pöördemomendi koormusele.
- Kiirusest sõltumatu komponent: löögisagedus sõltub koormuse muutumise tsüklist, mitte võlli pöörlemiskiirusest.
Lõtku eristamine muudest riketest
- vs. varustuse üldine kulumine: tagasilöök tekitab lööke, samas kui ühtlane kulumine tekitab sujuva, kuid kõrgendatud hammasrataste hambumissagedus (GMF) koos külgribadega.
- vs. hamba murdumine: murtud hammas tekitab ühe löögi ühe pöörde kohta, samas kui tagasilöök tekitab mitu lööki ühe koormustsükli jooksul.
- vs. lõtvus: lõtk on hammasrataste sisene nähtus; lõtvus asub laagrites, korpustes või kinnitustes.
Kuna lõtku, hammaste kulumise ja lõtvuse iseloomulikud tunnused kattuvad, on hindamatu analüsaator, mis registreerib nii spektri kui ka faasiga ajalainekuju. Välitingimustes on selliseks abivahendiks näiteks kaasaskantav kahekanaliline seade, nagu Balanset-1A võimaldab tehnikul salvestada ajakäigu kõverat reduktori laagri korpuses, tuvastada impulssilisi pöördeid, mis viitavad liigsele mängule, ning välistada või kinnitada tasakaalustamatuse olemasolu enne reduktori avamist. Hammaste kokkupuutepunkti ja selle külgribade täpne kindlaksmääramine on veelgi kiirem spetsiaalse hammasrataste hambumissageduse kalkulaator.
7. Parandamine ja haldamine
Reguleerimismeetodid
- Keskmise vahemaa vähendamine: liigutage hammasrattaid veidi lähemale üksteisele, kui kinnitus seda võimaldab.
- Plaadi reguleerimine: kasutage alusplaate, et hammasrattad õigesse asendisse paigutada.
- Tagasilöögivabad hammasrattad: lahknevad, vedruga varustatud hammasrattad, mis kõrvaldavad pidevalt lõtku.
- Eellaadimine: rakendage kerget koormust, et hammaste küljed oleksid pidevas kontaktis (vt laagri eelkoormus (vt samasugust põhimõtet laagrite puhul).
Asendamine
- Vahetage kulunud hammasrattad välja, kui hammaste vaheline lõtk ületab lubatud piiri.
- Vahetage mõlemad kokkupuutuvad hammasrattad korraga välja, kuna need kuluvad paarina.
- Kaaluge kulumiskindluse parandamiseks uuendatud materjalide või pinnakatte kasutamist.
Kasutuslikud kohandused
- Vältige sagedasi koormuse suuna muutusi, kui protsess seda võimaldab.
- Reguleerige koormuse rakendamise kiirust, et leevendada lööki.
- Pidage mõningast lõtku normaalseks – ärge pingutage hambumist üle, sest see võib põhjustada kinnikiilumist ja ülekuumenemist.
- Servosüsteemides tuleb juhtimistarkvaras kompenseerida surnud tsoon.
Lõtk on hammasülekannete vajalik omadus, mis muutub probleemiks alles siis, kui see muutub liiga suureks. Õigete tehniliste näitajate, usaldusväärsete mõõtmismeetodite ja liigse mängu põhjustatud vibratsioonisümptomite tundmine võimaldab hooldada reduktoreid tõhusalt, planeerida nende vahetamist mõistlikult ja rakendada distsiplineeritud tõrkeotsing ja seisundi jälgimine hammasülekandega masinate korduvate müra- ja vibratsiooniprobleemide lahendamiseks.
