Inzicht in speling in tandwielen en koppelingen
Definitie: Wat is Backlash?
Verzet (ook wel speling genoemd) is de speling of spleet tussen in elkaar grijpende componenten in mechanische aandrijvingen, meestal verwijzend naar de tangentiële speling tussen in elkaar grijpende tandwieltanden wanneer één tandwiel stilstaat en het bijbehorende tandwiel heen en weer wordt gedraaid. Het geeft de hoeveelheid "verloren beweging" of vrije speling in het systeem weer: de afstand die het aandrijvende tandwiel kan draaien voordat het het aangedreven tandwiel in de tegenovergestelde richting raakt.
Enige speling is noodzakelijk en opzettelijk, omdat het ruimte biedt voor smering, thermische uitzetting opvangt en het vastlopen van de tanden voorkomt. Overmatige speling door slijtage veroorzaakt echter stootbelasting, geluid, positioneringsfouten en trillingen problemen, met name bij precisiemachines en toepassingen met omkeeraandrijving.
Doel van de terugslag
Noodzakelijke functies
- Smeerruimte: Zorgt ervoor dat er een smeerfilm tussen de tanden ontstaat
- Thermische uitzetting: Geschikt voor het verlengen van de tandwieltanden bij temperatuurstijging
- Productietoleranties: Maakt montage mogelijk ondanks kleine variaties in de tandafstand
- Voorkomt binding: Zorgt ervoor dat tanden niet vastlopen onder belasting of thermische groei
Typische spelingwaarden
- Precisie tandwielen: 0,05-0,15 mm (0,002-0,006 inch)
- Industriële tandwielen: 0,2-0,8 mm (0,008-0,030 inch)
- Zware machines: 1,0-3,0 mm (0,040-0,120 inch)
- Vuistregel: 0,04-0,08% hartafstand voor industriële tandwielen
Meetmethoden
Directe meting
- Voelermaatmethode: Plaats voelermaatjes tussen de tanden op de steeklijn
- Meetklokmethode: Houd één versnelling vast, draai de andere heen en weer, meet de beweging op de spoedlijn
- Coördinaten meten: Precieze meting van beide tandwielen, theoretische speling berekenen
- Spelingsmeter: Gespecialiseerde gereedschappen voor productie of inspectie
Operationele beoordeling
- Luister naar ratelend of bonkend geluid (overmatige speling)
- Observeer de asbeweging wanneer de belasting wordt omgekeerd
- Meet de positioneringsfout in servosystemen
- Trillingsanalyse die impactgerelateerde patronen laat zien
Problemen door overmatige terugslag
Impactbelasting en trillingen
- Wanneer de belasting omkeert, gaan de tanden uit elkaar en botsen vervolgens
- Creëert schokbelastingen en impulsieve trillingen
- Frequentie bij belastingomkeersnelheid
- Versnelt de vermoeidheid en slijtage van tandwielen
- Produceert een karakteristiek kloppend of bonkend geluid
Positioneringsfouten
- In servosystemen of positioneringsapparatuur creëert speling een “dode zone”
- Uitgaande as reageert niet op kleine invoerveranderingen
- Positioneringsfout is gelijk aan de hoeveelheid speling
- Cruciaal voor CNC-bewerkingsmachines, robotica en precisie-instrumenten
Lawaai
- Ratelen door tanden die inslaan tijdens belastingschommelingen
- Vooral problematisch bij toepassingen met variabele belasting
- Wordt erger naarmate de speling door slijtage toeneemt
Verminderde systeemstijfheid
- Terugslag zorgt voor flexibiliteit in aandrijflijn
- Vermindert de effectieve torsiestijfheid
- Beïnvloedt de prestaties van het besturingssysteem
- Kan instabiliteit veroorzaken in feedbackregelsystemen
Oorzaken van overmatige terugslag
Normale slijtage
- Tandflanken slijten door glijdend contact
- Geleidelijke toename van de terugslag in de loop der jaren
- Verwachte slijtagemodus in alle versnellingen
- Tarief is afhankelijk van belasting, smering en reinheid
Versnelde slijtage
- Schurende verontreiniging: Deeltjes die als slijpmiddel fungeren
- Onvoldoende smering: Grenscontact versnelt slijtage
- Overbelasting: Overmatige tandbelasting
- Verkeerde uitlijning: Randbelasting concentreert slijtage
Ontwerp- of installatiefouten
- Onjuiste specificatie van de hartafstand
- Verkeerde versnellingscombinatie (niet-passende profielen)
- Thermische uitzetting wordt niet adequaat in aanmerking genomen
- Te losse productietoleranties
Trillingsdiagnose
Trillingskarakteristieken
- Impact op: Scherpe impulsen in tijdgolfvorm bij belastingomkeringen
- Meervoudige harmonischen: Impactbelasting veroorzaakt meerdere frequenties
- Belastingafhankelijk: Trillingen variëren met koppelbelasting
- Snelheidsonafhankelijke component: Slagfrequentie gebaseerd op de variatiesnelheid van de belasting, niet op de assnelheid
Het onderscheiden van tegenreacties van andere kwesties
- vs. algemene slijtage van uitrusting: Terugslag creëert impact; slijtage creëert glad maar verhoogd GMF
- vs. tandbreuk: Een gebroken tand veroorzaakt een impact van één keer per omwenteling; speling veroorzaakt meerdere impacten per belastingscyclus
- vs. Losheid: Speling is intern in tandwielen; speling zit in lagers of bevestigingen
Correctie en beheer
Aanpassingsmethoden
- Centrumafstandsreductie: Verplaats de tandwielen dichter bij elkaar (indien verstelbaar)
- Shim-afstelling: Gebruik vulplaatjes om tandwielen correct te positioneren
- Anti-Backlash tandwielen: Gesplitste tandwielen met veerbelasting waardoor speling wordt geëlimineerd
- Vooraf laden: Oefen een lichte belasting uit en behoud het tandcontact
Vervanging
- Vervang versleten tandwielen wanneer de speling de specificaties overschrijdt
- Vervang beide bijpassende tandwielen tegelijk (slijtage samen)
- Overweeg verbeterde materialen of coatings voor een betere slijtvastheid
Operationele accommodaties
- Vermijd indien mogelijk frequente omkeringen van de belasting
- Controleer de toepassingssnelheid van de belasting om de impact te minimaliseren
- Accepteer een beetje speling zoals normaal (draai het gaas niet te strak)
- In servosystemen compenseren in besturingssoftware
Speling is een noodzakelijk kenmerk van tandwielaandrijvingen dat pas problematisch wordt als het te veel speling heeft. Inzicht in de juiste spelingsspecificatie, spelingsmeting en de symptomen van overmatige speling maakt effectief tandwielkastonderhoud, de juiste timing voor vervanging en het correct oplossen van trillings- en geluidsproblemen in machines met tandwielen mogelijk.